Economics of Hybrid Photovoltaic Power Plants

The global power supply stability is faced to several severe and fundamental threats, in particular steadily increasing power demand, diminishing and degrading fossil and nuclear energy resources, very harmful greenhouse gas emissions, significant energy injustice and a structurally misbalanced ecological footprint. Photovoltaic (PV) power systems are analysed in various aspects focusing on economic and technical considerations of supplemental and substitutional power supply to the constraint conventional power system. To infer the most relevant system approach for PV power plants several solar resources available for PV systems are compared. By combining the different solar resources and respective economics, two major PV systems are identified to be very competitive in almost all regions in the world. The experience curve concept is used as a key technique for the development of scenario assumptions on economic projections for the decade of the 2010s. Main drivers for cost reductions in PV systems are learning and production growth rate, thus several relevant aspects are discussed such as research and development investments, technical PV market potential, different PV technologies and the energetic sustainability of PV. Three major market segments for PV systems are identified: off-grid PV solutions, decentralised small scale on-grid PV systems (several kWp) and large scale PV power plants (tens of MWp). Mainly by application of ‘grid-parity’ and ‘fuel-parity’ concepts per country, local market and conventional power plant basis, the global economic market potential for all major PV system segments is derived. PV power plant hybridization potential of all relevant power technologies and the global power plant structure are analyzed regarding technical, economical and geographical feasibility. Key success criteria for hybrid PV power plants are discussed and comprehensively analysed for all adequate power plant technologies, i.e. oil, gas and coal fired power plants, wind power, solar thermal power (STEG) and hydro power plants. For the 2010s, detailed global demand curves are derived for hybrid PV-Fossil power plants on a per power plant, per country and per fuel type basis. The fundamental technical and economic potentials for hybrid PV-STEG, hybrid PV-Wind and hybrid PV-Hydro power plants are considered. The global resource availability for PV and wind power plants is excellent, thus knowing the competitive or complementary characteristic of hybrid PV-Wind power plants on a local basis is identified as being of utmost relevance. The complementarity of hybrid PV-Wind power plants is confirmed. As a result of that almost no reduction of the global economic PV market potential need to be expected and more complex power system designs on basis of hybrid PV-Wind power plants are feasible. The final target of implementing renewable power technologies into the global power system is a nearly 100% renewable power supply. Besides balancing facilities, storage options are needed, in particular for seasonal power storage. Renewable power methane (RPM) offers respective options. A comprehensive global and local analysis is performed for analysing a hybrid PV-Wind-RPM combined cycle gas turbine power system. Such a power system design might be competitive and could offer solutions for nearly all current energy system constraints including the heating and transportation sector and even the chemical industry. Summing up, hybrid PV power plants become very attractive and PV power systems will very likely evolve together with wind power to the major and final source of energy for mankind.

Entwicklung und Anwendung einer Kraftwerks- und Speichereinsatzoptimierung für die Untersuchung von Energieversorgungsszenarien mit hohem Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland

In dieser Arbeit wurde ein gemischt-ganzzahliges lineares Einsatzoptimierungsmodell für Kraftwerke und Speicher aufgebaut und für die Untersuchung der Energieversorgung Deutschlands im Jahre 2050 gemäß den Leitstudie-Szenarien 2050 A und 2050 C ([Nitsch und Andere, 2012]) verwendet, in denen erneuerbare Energien einen Anteil von über 85 % an der Stromerzeugung haben und die Wind- und Solarenergie starke Schwankungen der durch steuerbare Kraftwerke und Speicher zu deckenden residualen Stromnachfrage (Residuallast) verursachen. In Szenario 2050 A sind 67 TWh Wasserstoff, die elektrolytisch aus erneuerbarem Strom zu erzeugen sind, für den Verkehr vorgesehen. In Szenario 2050 C ist kein Wasserstoff für den Verkehr vorgesehen und die effizientere Elektromobilität hat einen Anteil von 100% am Individualverkehr. Daher wird weniger erneuerbarer Strom zur Erreichung desselben erneuerbaren Anteils im Verkehrssektor benötigt. Da desweiteren Elektrofahrzeuge Lastmanagementpotentiale bieten, weisen die Residuallasten der Szenarien eine unterschiedliche zeitliche Charakteristik und Jahressumme auf. Der Schwerpunkt der Betrachtung lag auf der Ermittlung der Auslastung und Fahrweise des in den Szenarien unterstellten ’Kraftwerks’-parks bestehend aus Kraftwerken zur reinen Stromerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplungskraftwerken, die mit Wärmespeichern, elektrischen Heizstäben und Gas-Backupkesseln ausgestattet sind, Stromspeichern und Wärmepumpen, die durch Wärmespeicher zum Lastmanagment eingesetzt werden können. Der Fahrplan dieser Komponenten wurde auf minimale variable Gesamtkosten der Strom- und Wärmeerzeugung über einen Planungshorizont von jeweils vier Tagen hin optimiert. Das Optimierungsproblem wurde mit dem linearen Branch-and-Cut-Solver der software CPLEX gelöst. Mittels sogenannter rollierender Planung wurde durch Zusammensetzen der Planungsergebnisse für überlappende Planungsperioden der Kraftwerks- und Speichereinsatz für die kompletten Szenariojahre erhalten. Es wurde gezeigt, dass der KWK-Anteil an der Wärmelastdeckung gering ist. Dies wurde begründet durch die zeitliche Struktur der Stromresiduallast, die wärmeseitige Dimensionierung der Anlagen und die Tatsache, dass nur eine kurzfristige Speicherung von Wärme vorgesehen war. Die wärmeseitige Dimensionierung der KWK stellte eine Begrenzung des Deckungsanteils dar, da im Winter bei hoher Stromresiduallast nur wenig freie Leistung zur Beladung der Speicher zur Verfügung stand. In den Berechnungen für das Szenario 2050 A und C lag der mittlere Deckungsanteil der KWK an der Wärmenachfrage von ca. 100 TWh_th bei 40 bzw. 60 %, obwohl die Auslegung der KWK einen theoretischen Anteil von über 97 % an der Wärmelastdeckung erlaubt hätte, gäbe es die Beschränkungen durch die Stromseite nicht. Desweiteren wurde die CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher und des Lastmanagements mit Wärmepumpen untersucht. In Szenario 2050 A ergab sich keine signifikante CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher, in Szenario 2050 C hingegen ergab sich eine geringe aber signifikante CO2-Einsparung in Höhe von 1,6 % der Gesamtemissionen der Stromerzeugung und KWK-gebundenen Wärmeversorgung. Das Lastmanagement mit Wärmepumpen vermied Emissionen von 110 Tausend Tonnen CO2 (0,4 % der Gesamtemissionen) in Szenario A und 213 Tausend Tonnen in Szenario C (0,8 % der Gesamtemissionen). Es wurden darüber hinaus Betrachtungen zur Konkurrenz zwischen solarthermischer Nahwärme und KWK bei Einspeisung in dieselben Wärmenetze vorgenommen. Eine weitere Einschränkung der KWK-Erzeugung durch den Einspeisevorrang der Solarthermie wurde festgestellt. Ferner wurde eine untere Grenze von 6,5 bzw. 8,8 TWh_th für die in den Szenarien mindestens benötigte Wasserstoff-Speicherkapazität ermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das technisch-ökonomische Potential von Langzeitwärmespeichern für eine bessere Integration von KWK ins System zu ermitteln bzw. generell nach geeigneteren Wärmesektorszenarien zu suchen, da deutlich wurde, dass für die öffentliche Wärmeversorgung die KWK in Kombination mit Kurzzeitwärmespeicherung, Gaskesseln und elektrischen Heizern keine sehr effektive CO2 -Reduktion in den Szenarien erreicht. Es sollte dabei z.B. untersucht werden, ob ein multivalentes System aus KWK, Wärmespeichern und Wärmepumpen eine ökonomisch darstellbare Alternative sein könnte und im Anschluss eine Betrachtung der optimalen Anteile von KWK, Wärmepumpen und Solarthermie im Wärmemarkt vorgenommen werden.

A storage scheme for an automated archive

Presentation given at the Al-Azhar Engineering First Conference, AEC’89, Dec. 9-12 1989, Cairo, Egypt. The paper presented at AEC'89 suggests an infinite storage scheme divided into one volume which is online and an arbitrary number of off-line volumes arranged into a linear chain which hold records which haven't been accessed recently. The online volume holds the records in sorted order (e.g. as a B-tree) and contains shortest prefixes of keys of records already pushed offline. As new records enter, older ones are retired to the first volume which is going offline next. Statistical arguments are given for the rate at which an off-line volume needs to be fetched to reload a record which had been retired before. The rate depends on the distribution of access probabilities as a function of time. Applications are medical records, production records or other data which need to be kept for a long time for legal reasons.

Enseñar desde la práctica con la energía solar.

Experiencia práctica, con el alumnado, que les acerca a las energías renovables, en concreto, a la energía solar.

Projecte d'implantació d'energia solar fotovoltaica al municipi d'Albanyà

Disseny d’una instal·lació d’energia solar fotovoltaica per als edificis públics del municipi d’Albanyà (Alt Empordà) per connectar-la a la xarxa i amb un estudi sobre la substitució dels actuals fanals de l’enllumenat públic per fanals alimentats amb energia solar fotovoltaica

Projecte per la realització d’ una intal·lació solar fotovoltaica en règim especial als edificis de l’ Escola Politècnica Superior de la UdG

El present projecte té per principal odjectiu dur a terme el disseny d’ una instal·lació solar fotovoltaica de producció d’ energia elèctrica en règim especial sobre teulada instal·lada en un edifici de caràcter oficial de l’ Escola Politècnica Superior de la UdG amb l’ objectiu de generar energia elèctrica

Projecte de la intal·lació de calefacció i ACS amb energia solar i caldera de biomassa en un edifici de quatre vivendes.

Projecte de la instal•lació de calefacció i agua calenta utilitzant energia solar tèrmica i ajudant-se d’ una caldera de biomassa en un edifici en construcció situat a Colera (Alt Empordà). Es tracta d’un bloc de quatre vivendes distribuïdes en dues plantes, soterrani i terrassa superior

El sistema solar : un paseo por el universo

El CEIP Manuel P??rez de Bollullos Par del Condado (Huelva) ha recibido el Primer Premio de P??ginas Web Educativas de la Junta de Andaluc??a, y ha sido galardonado con la Medalla de Oro al M??rito Educativo

El horno solar : cocina tradicional ecol??gica y sin gasto energ??tico

Seleccionado en la convocatoria: Ayudas a la innovaci??n e investigaci??n educativa en centros docentes de niveles no universitarios, Gobierno de Arag??n 2010-11

Projecte d’instal·lacions d’aigua calenta sanitària per a un hotel de quatre estrelles a Platja d’Aro amb aportació d’energia solar

En el present projecte final de carrera s’han dissenyat i pressupostat les instal·lacions de fontaneria, energia solar i gas natural per abastir d’aigua les dependències d’un hotel. L’hotel es troba situat a municipi de Platja d’Aro, a la província de Girona. La seva categoria és de quatre estrelles i això comporta un nivell alt de qualitat en els serveis oferts, en aquest cas el subministrament d’aigua freda i aigua calenta sanitària (ACS) als seus clients

Avaluació i implantació d’un sistema de climatització amb energia solar a la Facultat de Ciències de la UdG

Estudi de viabilitat de climatització de la Facultat de Ciències de la UdG per energia solar. Estudi de costos i comparació de l’estalvi respecte al sistema actual

Recuperació de metalls en l’aigua residual de la indústria galvànica mitjançant l’electròlisi i l’energia solar

Proposta del procés d’electròlisi com a mètode de recuperació de metalls pesants presents en les aigües de rentat de la indústria galvànica i l’obtenció de l’energia necessària a través de l’energia solar fotovoltaica

Disseny i implementació d’una “Storage Area Network”

El següent projecte consisteix en analitzar com funciona un sistema SAN, per tal de veure com es pot obtenir un millor rendiment. L’objectiu principal es saber com es comportarà la nostra SAN muntada amb iSCSI a través de la xarxa, volem veure quines són les operacions, les dades i els resultats que comporta crear una RAID a través de discos no locals d’un ordinador i a través d’una xarxa LAN

Instal•lació solar tèrmica i fotovoltaica per a una vivenda aïllada

Aquest projecte va destinat a una família que disposa d’una vivenda aïllada del nucli urbà d’Arenys de Munt, comarca del Maresme, la qual no té al seu abast la connexió del gas ni la de la xarxa elèctrica. S’ha decidit dimensionar la instal•lació per energia solar tèrmica i energia solar fotovoltaica, ja que són energies més constants que l’energia eòlica per a l’indret on ens trobem i a més a més hi ha un mercat que ofereix molts més productes i prestacions

Short-term storage and mental speed account for the relationship between working memory and fluid intelligence. 'El almacenamiento a corto plazo y la velocidad mental dan cuenta de la relaci??n entre memoria de trabajo e inteligencia fluida'

Resumen tomado de la publicaci??n