Het valt niet mee om er iets over te vinden, maar ik heb dan toch een Duits rapport gevonden wat iets vertelt over de energiebalans van Concentrated Solar Power.

Beschouwde type CSP systemen

In het genoemde Duitstalige rapport wordt gesproken over twee CSP vormen, namelijk de al bekende en gebruikte paraboolspiegels (trogspiegels) en de nog wat minder in gebruik zijnde versie met Fresnelspiegels. Beide zijn van hetzelfde type, zie ook dit artikel over CSP, het gaat namelijk over spiegelsystemen die zorgen voor concentratie in een brandlijn.

Fresnelspiegels voor CSP
Je neemt een togspiegel variant, en in plaats van een grote parabolische spiegel bestaat de versie met Fresnelspiegels uit langwerpige smalle spiegels naast elkaar op de bodem, en iedere spiegen staat in een iets andere schuine stand en richt zich tot een tweede collector. Deze tweede collector is gevormd rondom een watervoerende buis en vangt alle zonnestralen op van de Fresnelspiegels en geeft deze af aan de centrale buis. Zie ook beide figuren, afkomstig van een document over Fresnelcollectoren van Solarmundo.

Voordelen Fresnelspiegels boven trogspiegels
In het vergelijk tussen trogspiegels en Fresnelspiegels worden o.a. de volgende voordelen van Fresnelspiegels genoemd:

• goedkope spiegels, en eenvoudig zonnevolgsysteem
• vaste absorptiebuis, zonder moeilijke koppelstukken of draaibare onderdelen
• een absorptiebuis zonder noodzaak tot termische uitzetbogen
• omdat de reflectoren plat zijn, is er minder windbelasting op deze reflectoren

Gezegd moet wel dat er met Fresnelspiegels niet zoveel ervaring is. In het Duitse rapport wordt uitgegaan van aannames die reeël lijken, maar nog wel geverifieerd moeten worden.

Financiële simulaties op basis van Greenius

Met behulp van een simulatieprogramma Greenius, ontwikkeld door het Duitse centrum voor Lucht en Ruimtevaart (DLR) wordt een vergelijk gemaakt tusssen de verschillende CSP technologieën en wordt berekend wat de jaarlijkse opbrengsten zijn afhankelijk van de bouwplaats waarvoor het programma zoninstralingsgegevens kent. Uiteindelijk berekent het programma, afhanekelijk van de investeringskosten, ook de uiteindelijke stroom-kilowattuur-kosten. Hieruit blijkt dan dat de kosten voor CSP op Fresnelspiegels gebaseerd goedkopere stroomprijzen met zich meebrengen dan trogspiegels, door de al genoemde voordelen. Het programma had niet de mogelijkheid om de nu optimaal naar vorm geavanceerde Fresnelspiegels met maximale opbrengt te modelleren.

In de simulaties is geen rekening gehouden met gesmolten zoutopslag, wat een mogelijkheid is voor trogspiegelsystemen, en wat een financieel voordeel voor de trogspiegelvariant geeft boven de Fresnelvariant. Ook is alleen gekeken naar niet hybride CSP systemen. Het resultaat geef ik in grafiekvorm (klik erop voor vergroting). Deze geeft de stroomkosten van beide varianten, bij verschillende bouwplaatsen.

Noot: Rinne is de trogspiegelversie.

Omgevingsaspecten bepaald met Eco-balans software Umberto

De beide varianten worden met elkaar vergeleken en met huidige aardgas en de fossiele stroommix op het gebied van emissies en brongebruik. Hiervoor is software life cycle assessment (lca) software van Umberto gebruikt. Het grootste gedeelte van brongebruik ligt aan het gebruik van staal voor de bouw van de CSP centrale. Er wordt gekeken naar de volgende gebieden:

• primaire energieverbruik
• broeikaseffect
• zomersmog
• verzuring
• ijzerverbruik
• deeltjes generatie

Met betrekking tot resourceverbruik worden een empirisch hergebruik van 46 % aangenomen. Deze waarde komt dan overeen met een extrapolatie van de ervaringen tot dusver met CSP.

In de grafiek de resultaten van het vergelijk tussen de verschillende CSP varianten en aardgas en Duitse energiemix, op het gebied van primaire energieverbruik en broeikaseffect. Het is duidelijk dat beide CSP varianten daar veel beter op scoren.

Het verschil in beslag op primaire energie is groot, en bij berekening van de energiebalans komt de trogspiegelvariant op 4,5 maanden en de Fresnelspiegelvariant op 6,7 maanden. Dit met een levensduur van 25 jaar, geeft een EPR van 67 respectievelijk 45.

In de volgende grafiek staan de resultaten op bronverbruik. Duidelijk is het grote ijzerbeslag door de CSP centrales in vergelijk met de stroommix en aardgascentrales. Ook het relatief grote aandeel deeltjes generatie is op dit grote ijzerbeslag terug te voeren.

Desondanks het grote ijzerbeslag is deze parameter van veel minder belang als het primaire energiebeslag; het feit is dat CSP veel meer energie oplevert dan dat het kost!
Desalniettemin zouden nieuwe ontwikkelingen van CSP moeten leiden tot een lager ijzerbeslag en dientengevolge ook een lagere deeltjesgeneratie.

Conclusies en energiebalans

CSP met Fresnelspiegels leveren iets lagere energiestroomkosten op dan CSP met trogspiegels, zeker wanneer de geoptimaliseerde vrom Fresnelspiegels gebruikt worden. Let wel dat de Fresnel technologie op aannames gebaseerd is, en dat de trogspiegelopbrengst overeenkomt met ervaringen.

Bij trogspiegels is winst te behalen op kosten, door het te combineren met zoutopslag.

Bij berekening van de energiebalans komt de trogspiegelvariant op 4,5 maanden en de Fresnelspiegelvariant op 6,7 maanden. Dit met een levensduur van 25 jaar, geeft een EPR van 67 respectievelijk 45. Ik heb de tabel met de energieterugverdientijden in het artikel Energiebalans bijgewerkt.

Er is nog ecologische winst te behalen door de besparen op ijzerverbruik.