Benutzer:K1dehner/Erneuerbare Energien
Wirtschaftlichkeit und Kosten
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Direkte Kosten
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Wettbewerbsfähigkeit der einzelnen Energiewandlungstechniken hängt in großem Maße von den Energiegestehungskosten ab, die sich aus den bei der Errichtung anfallenden Investitions- und Finanzierungskosten sowie den Betriebskosten inklusive Wartungs- und ggf. Brennstoffkosten ergeben. Nicht bei der Berechnung der Stromgestehungskosten berücksichtigt werden externe Kosten (s. u.), da es sich bei der Ermittlung von Energiegestehungskosten um betriebswirtschaftliche, nicht um volkswirtschaftliche Kosten handelt. Während die externen Kosten konventioneller Kraftwerke vergleichsweise hoch sind, zeichnen sich erneuerbare Energien durch niedrige externe Kosten aus. Mit Ausnahme der Biomassenutzung weisen die meisten erneuerbaren Energien eher hohe Investitionskosten und niedrige Betriebskosten auf.
Stromgestehungskosten und Wettbewerbsfähigkeit
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Fast alle Studien, die die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Stromerzeugungstechnologien untersuchen, nutzen die Stromgestehungskosten (Levelized Costs of Electricity, LCOE) als Vergleichsmaßstab. Bei deren Berechnung werden die anfänglichen Investitionskosten, die fixen und variablen Betriebskosten sowie die Kapitalkosten über die Lebensdauer einer geplanten Anlage ins Verhältnis zur erzeugten Strommenge über die Laufzeit gesetzt. Hierbei handelt sich um die betriebswirtschaftliche Sichtweise eines Investors oder Betreibers einer Anlage vor deren Errichtung (oder bei Erwerb einer Anlage). Die Höhe der Stromgestehungskosten resultiert aus Modellrechnungen mit unterschiedlichen Anlagen-/Kraftwerksdaten, so dass sich die Kosten konkurrierender Technologien nur bedingt vergleichen lassen.[1]
Eine weltweit viel zitierte Quelle für die LCOE unterschiedlicher Energietechnologien ist der investoren-orientierte Bericht des Finanzberatungsunternehmens Lazard.[2]
Wie der Bericht zeigt, sind die Kosten für die industrielle Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in der Vergangenheit erheblich gesunken. Ermöglicht wurde diese Entwicklung durch technologische Innovationen, die den Wirkungsgrad verbessert haben, reduzierten Materialverbrauch, effizientere Produktionsprozesse und die automatisierte Massenproduktion von Komponenten.
Abhängig von der Art der erneuerbaren Energie verläuft die Kostensenkung unterschiedlich. So sind die Stromgestehungskosten für Photovoltaik auf der Freifläche im Zeitraum 2009 bis 2023 von durchschnittlich 359 $/MWh auf 60 $/MWh gesunken, für Windenergie onshore von durchschnittlich 135 $/MWh auf 60 $/MWh.
Allerdings zeigt die jüngste Entwicklung, dass auch ein Anstieg der Kosten für erneuerbare Energien möglich ist bzw. bereits eingetreten ist. Grund dafür sind vor allem steigende Kosten für Rohstoffe und Transport.
| Energieträger | Stromgestehungskosten
in ct/kWh, Stand 2021 |
|---|---|
| Braunkohle | 10,38–15,34 |
| Steinkohle | 11,03–20,04 |
| Erdgas-GuD | 7,79–13,06 |
| Erdgas-Gasturbinenkraftwerk | 11,46–28,96 |
| Wind/Onshore | 3,94–8,29 |
| Wind/Offshore | 7,23–12,13 |
| Biogas (mit Wärmeauskopplung) | 8,45-17,26 |
| Biomasse (mit Wärmeauskopplung) | 7,22-15,32 |
| Photovoltaik-Kleinanlage Dach | 5,81–11,01 |
| Photovoltaik-Großanlage Dach | 4,63–9,78 |
| Photovoltaik-Großkraftwerk Freifläche | 3,12–5,70 |
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme veröffentlichte zuletzt im Juni 2023 eine Studie zu den aktuellen Stromgestehungskosten von regenerativen und konventionellen Kraftwerken in Deutschland. Der Berechnung zufolge belaufen sich die Stromgestehungskosten von Photovoltaik-Kleinanlagen (< 30 kWp) in Süddeutschland auf 5,81 bis 8,04 ct/kWh, in Norddeutschland auf 7,96 bis 11,01 ct/kWh (Stand 2021). Für größere PV-Dachanlagen (> 30 kWp) liegen die Stromgestehungskösten in Süddeutschland zwischen 4,63 und 7,14 ct/kWh, in Norddeutschland zwischen 6,34 und 9,78 ct/kWh. Große Freiflächenanlagen (> 1 MWp) kommen auf Werte zwischen 3,12 und 4,16 ct/kWh in Süddeutschland und 4,27 bis 5,70 ct/kWh in Norddeutschland.
Berechnet wurden auch die Stromgestehungskosten für PV-Batteriesysteme. Diese beziehen sich auf die gesamte von der PV-Anlage produzierte Energiemenge abzüglich der Speicherverluste. Die Stromgestehungskosten für PV-Batterie-Kleinanlagen liegen der Berechnung zufolge zwischen 8,33 und 19,72 ct/kWh. Für größere PV-Dachanlagen mit Batteriespeicher wurden Stromgestehungskosten von 6,58 bis 14,40 ct/kWh, für PV-Freiflächenanlagen mit Batteriespeicher Stromgestehungskosten von 5,24 bis 9,92 ct/kWh berechnet.
Die Stromgestehungskosten von Windkraftanlagen an Land hängen in hohem Maße von den Standortbedingungen ab. Küstennahe Starkwindstandorte (mittlere Windgeschwindigkeit über 7,8 m/s) kommen auf 3200 Volllaststunden im Jahr, an weniger günstigen Standorten im Binnenland werden dagegen oft nicht mehr als 1800 Volllaststunden erreicht. Windkraftanlagen an küstennahen Starkwindstandorten kommen auf Stromgestehungskosten zwischen 3,94 und 5,01 ct/kWh, für Standorte mit einem schwächeren Windangebot ergeben sich Stromgestehungskosten zwischen 6,38 und 8,29 ct/kWh.
Für Offshore-Windkraftanlagen zeigt die Analyse durchweg höhere Stromgestehungskosten als für Onshore-WKA. Offshore-WKA an sehr guten Standorten (4500 Volllasstunden) kommen auf Stromgestehungskosten von 7,23 bis 8,85 ct/kWh (Stand 2021). Diese häufig küstenfernen Standorte unterliegen jedoch dem Nachteil einer aufwändigen und teuren Netzanbindung sowie der Notwendigkeit der Überbrückung der größeren Meerestiefe. Für Standorte mit einer geringeren Volllaststundenanzahl (3200 Stunden) sind Stromgestehungskosten höher und liegen zwischen 9,84 und 12,13 ct/kWh.
Die Stromgestehungskosten von Biomasse- bzw. Biogasanlagen hängen stark von der realisierten Volllastundenzahl ab. Die Berechnung liefert niedrigere Werte, wenn die Wärmeauskopplung mit einbezogen wird. Bei Berücksichtigung der Wärmeauskopplung wurden für Biogasanlagen Stromgestehungskosten von 8,45 bis 17,26 ct/kWh berechnet, ohne Wärmeauskopplung Stromgestehungskosten von 13,43 bis 22,24 ct/kWh. Für Anlagen mit Verwendung fester Biomasse ergeben bei Berücksichtigung der Wärmeauskopplung Stromgestehungskosten zwischen 7,22 und 15,32 ct/kWh, ohne Wärmeauskopplung liegen sie zwischen 11,15 und 19,26 ct/kWh.
Die Stromgestehungskosten allein sagen jedoch nichts über die Wettbewerbsfähigkeit oder die wirtschaftliche Effizienz aus, denn sie berücksichtigen in ihrer ursprünglichen Berechnung nur die Kosten und Leistungen auf Ebene der Anlagen/Kraftwerke. Die entstehenden Kosten der Übertragung und der Stromverteilung werden nicht abgebildet. Erneuerbare Energien tragen aufgrund ihrer fluktuierenden Energiegewinnung nicht im gleichen Maße zur Stabilität des Netzes bei wie konventionelle Kraftwerke, die überwiegend Grundlastleistung bereitstellen und im Lastfolgebetrieb aufwendig hoch oder heruntergefahren werden. Der Wert des erzeugten Stroms variiert abhängig von der Höhe der Erzeugung und dem aktuellem Bedarf. So kann z.B. die jährliche Stromerzeugung einer volatilen Windkraftanlage nicht mit der witterungsunabhängigen Energiegewinnung aus einem Wasser- oder Kohlekraftwerk verglichen werden.[3] Daher ist die Netzparität, bei der die Stromgestehungskosten mit dem Endkundenpreis verglichen werden ein untauglicher Maßstab für die wirtschaftliche Bewertung.[4]
Zu den Gesamtkosten der Stromversorgung zählen auch die Integrationskosten, das sind die zusätzlichen Investitions- und Betriebskosten des wetterunabhängigen Teils des Stromsystems, die durch den höheren Anteil von volatiler Wind- und Solarenergie entstehen, sowie die Systemkosten, die durch eine sinkende durchschnittliche Kapazitätsauslastung der gesamten Stromerzeugungsanlagen entstehen. Bei den konventionellen Kraftwerksbetreibern fallen zudem Kosten für die höhere Regelungsintensität an, wenn die Kraftwerke in Abhängigkeit von der Höhe des jeweils eingespeisten Stroms aus Erneuerbaren häufiger hoch- und runtergefahren werden müssen. Hinzu kommen die Kosten für den Ausbau und Unterhalt der Stromnetze, die dadurch entstehen, dass gute Standorte für erneuerbare Enegien oft weit entfernt von den Nachfragezentren liegen.
In Deutschland ist die gesamte installierte Leistung im Strommarkt infolge des Zubaus bei Windkraft und Photovoltaik von von rund 155 GW im Jahr 2010 auf rund 245 GW Ende 2023 gesteigen, wobei der Anstieg der EE-Kapazitäten von 55 GW auf 165 GW mit einem Abbau der konventionellen Kapazitäten von rund 100 GW auf 80 GW einherging. Im Jahr 2010 kamen die konventionellen Erzeuger noch auf eine Kapazitätsauslastung von fast 50 Prozent, im Jahr 2023 nur noch auf rund 25 Prozent.[5] Die sinkende Auslastung verursacht bei den Betreibern der konventionellen Anlagen höhere Kosten. Diese müssen bei der Berechnung der wirtschaftlichen Gesamtkosten zu den direkten Kosten der Wind- und Solarenergie hinzugerechnet werden.
Einer vielzitierten Studie zufolge belaufen sich die Integrationskosten für Windstrom bei einem Strommarktanteil von 30-40 Prozent in einem Stromversorgungssysten mit thermischen Back-Up auf 25-35 €/MWh.[6] Windstrom (onshore und offshore) erreichte in Deutschland im Jahr 2023 einen Anteil von 32 Prozent.[5] Für Solarenergie kommt eine Studie zu ähnlichen Ergebnissen. Demnach ist bei einem Strommarktanteil von 15 Prozent eine MWh Solarstrom nur 40 bis 60 einer MWh aus einer regelbaren Stromquelle wert.[4] In dieser Schätzung ist die langfristige Anpassung des thermischen Kapazitätsmixes bereits berücksichtigt. Solarstrom kam in Deutschland im Jahr 2023 auf einen Anteil von 12 Prozent (bei den Kapazitäten stellt die Photovoltaik mit rund 80 GW rund ein Drittel der installierten Gesamleistung aller Stromerzeuger in Deutschland)[5].
Klimaschutz
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]| IPCC WGIII | UNECE
Min/Max | |
|---|---|---|
| Steinkohlekraftwerk | 820 | 751-1095 |
| dto. mit CCS | 220 | 147-469 |
| GuD-Gaskraftwerk | 490 | 403-513 |
| dto. mit CCS | 170 | 49-220 |
| Biomassekraftwerk | 230 | n.a. |
| Wasserkraft | 22 | 6-147 |
| PV-Dachanlage | 41 | 23-82 |
| PV-Freifläche | 48 | 23-83 |
| Kernkraftwerk | 12 | 5,1-6,4 |
| WKA onshore | 11 | 7,8-16 |
| WKA offshore | 12 | 12-23 |
- ↑ Die Wissenschaftlichen Dienste Des Deutschen Bundestages: Gestehungskosten von Strom im Vergleich. Zenodo, 17. Februar 2022, doi:10.5281/zenodo.6326972 (zenodo.org [abgerufen am 18. Januar 2024]).
- ↑ Levelized Cost of Energy: Version 16.0. Lazard, 12. April 2023, abgerufen am 18. Januar 2024.
- ↑ Die Wissenschaftlichen Dienste Des Deutschen Bundestages: Gestehungskosten von Strom im Vergleich. Zenodo, 17. Februar 2022, doi:10.5281/zenodo.6326972 (zenodo.org [abgerufen am 18. Januar 2024]).
- ↑ a b Lion Hirth: Market value of solar power: Is photovoltaics cost‐competitive? In: IET Renewable Power Generation. Band 9, Nr. 1, Januar 2015, ISSN 1752-1416, S. 37–45, doi:10.1049/iet-rpg.2014.0101 (wiley.com [abgerufen am 19. Januar 2024]).
- ↑ a b c Bruno Burger: Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2023. In: www.energy-charts.info. Fraunhofer ISE, 10. Januar 2024.
- ↑ Lion Hirth, Falko Ueckerdt, Ottmar Edenhofer: Integration costs revisited – An economic framework for wind and solar variability. In: Renewable Energy. Band 74, 1. Februar 2015, ISSN 0960-1481, S. 925–939, doi:10.1016/j.renene.2014.08.065 (sciencedirect.com [abgerufen am 26. Januar 2024]).