Windkraftanlagen Technologie und Wirtschaftlichkeit

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1 Windkraftanlagen Technologie und Wirtschaftlichkeit Walter Eggersglüß Energieberater Leistungsberechnung für Windkraftanlagen P = c p * ½ r * A R * v W ³ c p = Leistungsbeiwert (max. 0,59) r = Luftdichte in kg/m³ A R = durchströmte Rotorfläche in m² v w = Windgeschwindigkeit in m/s 1

2 Große Windenergieanlagen (WEA) 2

3 Aufbau einer Gondel - mit Getriebe Aufbau einer Gondel - getriebelos 3

4 Steigerung in Leistung und Effizienz: Entwicklung der Anlagentechnik bis heute Marktübliche Windenergieanlagen: Nennleistung 500 kw kw 6x Rotordurchmesser 40 m => m² 100 m => m² 2,5xRotor => 6,25xFläche Nabenhöhe 50 m 100 m 2x Ertrag 1,0 Mio. kwh/a 9,0 Mio. kwh/a 9x Volllaststunden h/a h/a 1,5x Spezifischer Ertrag/m² 796 kwh/m²/a kwh/m² 1,45x 4

5 Zunahme der mittleren Windgeschwindigkeit mit der Nabenhöhe H e l l m a n n - F a k t o r alpha : 0,25 mittlere Referenzhöhe: 80 m Windgeschw.: 5,00 m/s Nabenhöhe : 64 m >>>>>>>>>>> 4,73 m/s 99 m >>>>>>>>>>> 5,27 m/s Höhen 10 m 2,97 m/s 20 m 3,54 m/s 30 m 3,91 m/s 40 m 4,20 m/s 50 m 4,45 m/s 60 m 4,65 m/s 70 m 4,84 m/s 80 m 5,00 m/s 90 m 5,15 m/s 100 m 5,29 m/s 110 m 5,41 m/s 120 m 5,53 m/s 130 m 5,65 m/s 140 m 5,75 m/s 150 m 5,85 m/s mittlere Windg.in m/s 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Windgeschwindigkeitsänderung mit der Höhe bei Hellmann-Faktor 0, Nabenhöhe in m Turbulenzen vor und hinter Windhindernissen WEA können nur laminare Strömung nutzen 5

6 Stunden je Jahr (h/a) Windverteilung bei 4,7 und 5,3 m/s Windverteilung bei 4,7 m/s Windverteilung bei 5,3 m/s Wind in m/s Vergleich von WEA-Leistungskurven Leistung in kw Wind in m/s 6

7 Fraunhofer-Institute für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Excel-Programm Small Wind Turbine Yield Estimator kwh/a Jahresstromproduktionsvergleich WEA bei 4,7 bzw. 5,3 m/s Wind-Jahresmittel E-70 E4 2,3MW / 64m => MWh/a E-82 E4 2,0MW / 108m => MWh/a 100 % 180 % Wind in m/s 7

8 WINDINDEX SH 2011 im Vergleich zu den Vorjahren Streubereich einzelner Monate in Prozent der Jahresproduktion 25 % Mittelwerte Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Vergütung für Windenergie nach EEG 2012 Referenzertrag in % 100 Inbetrieb- Anfangs- Basis- Repowering- SDL- Laufzeit hohe Durchschnittsnahmejahr vergütung vergütung Bonus Bonus Vergütung Jahre vergütung ,02 4,92 0,49 0,49 16,1 9, ,93 4,87 0,49 0,49 16,1 8, ,84 4,82 0,48 0,48 16,1 8, ,75 4,77 0, ,1 8, ,66 4,73 0, ,1 8,27 8

9 Vergütung für Windenergie nach EEG 2012 Referenzertrag in % 70 Inbetrieb- Anfangs- Basis- Repowering- SDL- Laufzeit hohe Durchschnittsnahmejahr vergütung vergütung Bonus Bonus Vergütung Jahre vergütung ,02 4,92 0,49 0,49 20,0 10, ,93 4,87 0,49 0,49 20,0 9, ,84 4,82 0,48 0,48 20,0 9, ,75 4,77 0, ,0 9, ,66 4,73 0, ,0 9,13 Investitionskosten Windenergie 2 MW 90m 105m Nh 9

10 Betriebskosten Windenergie Übersicht: Windkraftanlagen im Vergleich WEA-Kennwerte 70-Prozent-Standort Nennleistung (kw) Rotordurchmesser (m) Nabenhöhe (m) Standortqualität (%) durchschnittliche Windgeschwindigkeit (m/s in 6,40 6,40 Nabenhöhe) Vollaststunden Stromproduktion (kwh/jahr) Gesamte Investition ( ) Spez.Investition ( /kwh und Jahr) 0,84 0,78 10

11 Übersicht: Windkraftanlagen im Vergleich WEA-Kennwerte 70-Prozent-Standort Nennleistung (kw) Rotordurchmesser (m) Nabenhöhe (m) Standortqualität (%) durchschnittliche Windgeschwindigkeit (m/s in 6,40 6,40 6,40 6,30 Nabenhöhe) Vollaststunden Stromproduktion (kwh/jahr) Gesamte Investition ( ) Spez.Investition ( /kwh und Jahr) 0,84 0,78 0,81 0,79 Nutzungsdauer (Jahre) Zinsen (5 Prozent) Abschreibung (5 % pro Jahr) Betriebskosten (Ct/kWh und Jahr) 2,50 2,50 2,50 2,50 Betriebskosten ( /Jahr) Jahreskosten ( ) Jahreskosten (Ct/kWh) 8,81 8,34 8,56 8,40 Einspeisevergütung (Ct/kWh) 8,93 8,93 8,93 8,93 Jahreserlöse ( ) Jahresüberschuss ( ) Fazit: Wirtschaftlichkeit große WEA Windenergieanlagen können bei derzeitiger Vergütung auch an windgünstigen Binnenlandstandorten rentabel betrieben werden In Einzelfallen kann die Kostensituation deutlich von den pauschalen Ansätzen abweichen Kennwert Spezifische Investitionskosten in ú/kwh/a ermitteln > 0,75 ú/kwh/a möglichst unterschreiten Sobald Angebote vorliegen, sollte eine detaillierte Liquiditätsanalyse erfolgen Das Windangebot einzelner Jahre kann bis etwa 20% vom Mittelwert abweichen. In windstarken Jahren sind deshalb Rücklagen zu bilden. 11

12 Selber investieren oder verpachten? Nutzungsvertrag mit Fremdinvestor > Einnahmen entsprechend Nutzungsvertrag > geringes Risiko, evtl. Pachtvorauszahlung > Abstimmung mit weiteren Landeigentümern erforderlich Investition in Windenergieprojekt vor Ort > Einnahmen aus Standort-/ Flächenpacht > Einnahmen aus Beteiligung am Projekt > höheres Risiko durch Planungsvorfinanzierung > höhere Gesamteinnahmen bei gut laufenden Projekten > mehr Akzeptanz vor Ort durch Bürger-Windpark > höhere Wertschöpfung vor Ort > mehr Gewerbesteuer für die Gemeinde Kleinwindanlagen (KWEA) Genehmigung und Wirtschaftlichkeit 12

13 Windenergie und Baurecht BauGB 35 Bauen im Außenbereich (1) Im Außenbereich ist ein Vorhaben nur zulässig, wenn öffentliche Belange nicht entgegenstehen, die ausreichende Erschließung gesichert ist und wenn es 1. einem land- oder forstwirtschaftlichen Betrieb dient und nur einen untergeordneten Teil der Betriebsfläche einnimmt, 2. Sonstige Vorhaben können im Einzelfall zugelassen werden, wenn ihre Ausführung oder Benutzung öffentliche Belange nicht beeinträchtigt und die Erschließung gesichert ist. Windenergie und Baurecht KWEA dient landwirtschaftlichem Betrieb, wenn nachgewiesen wird, dass Windstrom überwiegend dem privilegiertem Vorhaben zugute kommt. Raumbedeutsamkeit wird geprüft Optische Zuordnung zum Betrieb, da Nebenanlage Nebenanlagen i.d.regel bis 70m Gesamthöhe möglich (SH) Über 50m Gesamthöhe Genehmigung nach BImSchG Einzelanlagen bis 30m Gesamthöhe allgemein möglich (SH) Technische Nachweise sind immer erforderlich Zertifizierung bietet gute Grundlage 13

14 Kostenvergleich Strom aus PV-Anlagen oder Windenergieanlagen der Leistungsklasse bis 30 kw Windenergie Solarstrom kwp mittlere Windgeschwindigkeit am Standort in 30m ü.gr. 4,5 m/s Volllaststunden kwh/kwp Jahresstromproduktion kwh/a spezifische Betriebskosten (geschätztes Mittel 20 a) 4,0 5,0 Ct/kWh jährliche Betriebskosten (geschätztes Mittel 20 a) 800, ,00 ú/a spez. Investitionskosten in Euro/kW Nennleistung ca.ú/kwp Investitionskosten ca.ú spez.investitionskosten in Euro/kWh/a 2,63 1,94 ca. /kwh/a Jahrekosten für Abschreibung und Zins (7,5%) 3937, ,50 ca.ú/a Jahresgesamtkosten 4737, ,50 ca.ú/a Vergütung nach EEG in ,93 24,43 Ct/kWh Jahreserlöse bei 100 % Stromverkauf 1786, ,10 ú/a Jahresergebnis bei 100 % Stromverkauf -2951, ,60 /a Mittlere Stromverwertung im Betrieb (netto) ,00 20,00 Ct/kWh Zusatzvergütung Stromeigenverbrauch EEG ,05 Ct/kWh Eigenverbrauchsanteil % Jahreserlöse bei 70/30% Eigenverbrauch 3335, ,32 ú/a Jahresergebnis mit 70/30% Eigenverbrauch -1401, ,82 /a Maximale Investkosten WEA bei 7 % Kapitalkosten / Jahr (20 a Lebensdauer, Zins 4 % / 2) max.invest.euro/kwh/a 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 2,27 1,60 0,93 2,13 2,00 1,47 1,33 0,80 0,67 0,00 3,0 4,0 5,0 Betriebskosten in Ct/kWh 20 Ct/kWh 15 Ct/kWh 10 Ct/kWh 14

15 Entscheidungshilfen KWEA Standortprüfung auf Windangebot u. Genehmigungsfähigkeit Ermittlung der Jahresproduktion auf den Standort bezogen Hersteller bietet garantierte Leistungskurve Versicherbarkeit und Wartungsvertrag klären Anbieter macht Komplettangebot (schlüsselfertig) Nachlässe bei Eigenleistungen eindeutig festlegen Referenzen befragen Rentabilität bei vorhandenen Randbedingungen prüfen 15