Die Jury des Preises für den wissenschaftlichen Artikel des Quartals der Höheren Technischen Schule für Ingenieurwesen hat in Anerkennung der hohen Qualität aller eingereichten Publikationen und nach eingehender Beratung unter Berücksichtigung verschiedener bibliometrischer Indikatoren einstimmig beschlossen, den Preis für den wissenschaftlichen Artikel des Quartals der ETSI: Oktober–Dezember 2021 an die folgende Arbeit zu verleihen: „Techno-economic and operational assessment of concentrated solar power plants with a dual supporting system“, Applied Energy, Band 302, November 2021, von Raúl Ernesto Gutiérrez Álvarez, Pedro García Haro und Alberto Gómez Barea. DOI 10.1016/j.apenergy.2021.117600

Obwohl konzentrierte Solarthermie-Kraftwerke (CSP) kommerziell verfügbar sind, wurde ihr großflächiger Einsatz in den letzten Jahren aufgrund hoher Investitionskosten und größerer Komplexität im Vergleich zu anderen Technologien eingeschränkt. Die Rolle, die diese Systeme als bedarfsgerechte Anbieter erneuerbarer Energien spielen können, könnte jedoch entscheidend für die Dekarbonisierung zukünftiger Stromnetze sein. Die Systemdienstleistungen, die solche Anlagen erbringen können, dürften eine stärkere Nutzung von fluktuierenden, kostengünstigeren erneuerbaren Energietechnologien wie Photovoltaik und Windkraft fördern.

Dank ihrer Fähigkeit, Wärmespeicher (TES) zu nutzen, können Solarkraftwerke (CSP) auch nach Sonnenuntergang Strom erzeugen und so den Betrieb von Gas- und Dampfkraftwerken für einige Stunden überflüssig machen. Um jedoch als Grundlastkraftwerke zu fungieren, benötigen CSP-Anlagen neben Wärmespeichern zusätzliche Backup-Systeme, die sich so betreiben lassen, dass ihr erneuerbarer Charakter erhalten bleibt. In diesem Zusammenhang erweist sich die Hybridisierung von CSP mit Biomassekonversionssystemen als interessante Alternative, um sowohl die Leistung von CSP-Anlagen zu steigern als auch die Risiken zu mindern, die mit dem Verbrauch großer Mengen Biomasse in Bioenergieanlagen verbunden sind.

Unsere Studie analysiert detailliert die Vorteile der Integration eines vollständig erneuerbaren Dual-Backup-Systems (basierend auf Biomasse und Wärmespeicher) in konzentrierte Solarkraftwerke (CSP). Als Fallstudien dienten die Solarressourcen in Sevilla sowie zwei 50-MW-Kraftwerke mit Parabolrinnen- und Solarturmtechnologie. Beide Kraftwerke verfügen über einen Biomassekessel und arbeiten im Hybridbetrieb parallel zum Kraftwerksblock. Darüber hinaus wurden sieben Betriebsstrategien für den Biomassekessel vorgeschlagen und in Kombination mit fünf Kapazitätsstufen des Wärmespeichersystems (0 bis 20 Stunden) modelliert. Abschließend wurde die Methode des Analytischen Hierarchieprozesses (AHP) als Instrument zur multikriteriellen Entscheidungsfindung eingesetzt, um die technische, wirtschaftliche und betriebliche Leistungsfähigkeit aller vorgeschlagenen Szenarien vergleichend zu bewerten.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Einbindung von Biomasse als Backup-Kraftwerk den Betrieb des Systems als Grundlastkraftwerk optimiert. Der Kapazitätsfaktor (CF) steigt um bis zu 71 %, der elektrische Nettowirkungsgrad um bis zu 10 % und die Erzeugungskosten sinken im Vergleich zu netzunabhängigen CSP-Anlagen um bis zu 56 %. Für die betrachtete Solarenergiequelle (Sevilla) lassen sich durch einen ausgewogenen Ausgleich zwischen Biomasse und Wärmespeicher (TES) günstige Erzeugungskosten (0,153 USD/kWh) erzielen. Gleichzeitig wird eine zuverlässige Energieversorgung (CF ≥ 80 %) gewährleistet und der Flexibilitätsbedarf des Kessels reduziert. Große Wärmespeicherkapazitäten halbieren den jährlichen Biomassebedarf und verstärken die saisonale Komplementarität von Solar- und Biomasseenergie. CSP-Anlagen mit einem dualen Backup-System stellen somit eine vielversprechende Option für Standorte mit moderater Verfügbarkeit von Solar- und Biomasseenergie dar.

Diese Auszeichnung wird durch ein Stipendium für wissenschaftliche Verbreitungsaktivitäten des VII. Forschungs- und Transferplans der Universität Sevilla finanziert.