Zusammenfassung der Master Thesis Master Thesis Master s Degree International Infrastructure Technology & Management Wirtschaftlichkeitsparameter zur Auswahl von Windenergieanlagen an windschwachen Standorten Eingereicht von: B. Eng. Tobias Götz Matrikelnummer: 810 160 Erstkorrektor: Prof. Dr. Markus Schmidt Hochschule für Technik Stuttgart Zweitkorrektor:, M. Sc., Dipl.-Betr. (FH) Stefan Lederer EnBW, Erneuerbare Energien GmbH, Stuttgart
2 Einleitung und Zielsetzung der Arbeit In weniger als 8 Jahren, nämlich im Jahre 2020, sollen mindestens 10 Prozent des in Baden- Württemberg (BW) verbrauchten Stroms mit Hilfe von Windkraft erzeugt werden. Dazu müssen rund 1200 neue Windkraftanlagen, mit einer jeweiligen Leistung von 3 MW, errichtet werden. 1 Bisher wurde unter früheren Landesregierungen der Ausbau stark eingedämmt, weil die sogenannte Verspargelung der Landschaft verhindert werden sollte. Somit liegt BW heute in Sachen installierter Leistung, weit zurück hinter den Norddeutschen Bundesländern. Doch auch die südlichen Bundesländer haben das Potential wenn dies auch geringer als im Norden ausfällt erkannt, und der Ausbau der Windkraft im Land hat begonnen. Dies ist nicht zuletzt, neben stabilen Rahmenbedingungen zur Einspeisung, auch den immer weiter wachsenden Türmen und Rotordurchmessern zu verdanken. Jüngst wurde nun auch der Windenergieerlass BW veröffentlicht, der Hilfestellung und Leitlinie bei der Entwicklung der Windkraft sein soll. Weiterhin soll der schnelle Ausbau durch die Änderung des Landesplanungsgesetztes gewährleistet werden. So können in den Regionalplänen nun lediglich noch Vorranggebiete ausgewiesen werden und keine Ausschlussgebiete mehr. Um WEA auch in BW, trotz schlechterer Windverhältnisse als im Norden, wirtschaftlich und mit einer ausreichenden Rendite erfolgreich betreiben zu können, ist es nötig höhere Türme und größere Rotoren einzusetzen. Dieser Trend ist bereits spürbar. So lagen 2011, nach Studien des Fraunhofer IWES (Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik), die Nabenhöhen im Durchschnitt bei 105,81 Metern und der durchschnittliche Rotor bei 83,49 Meter. 2 Die in BW verbauten Anlagen liegen bereits jetzt meist deutlich über diesem Durchschnitt und Nabenhöhen (NH) um 140 Meter sowie Rotordurchmesser bis 120 Meter sind keine Seltenheit. Allerdings treiben immer höhere Türme und gesteigerte Rotordurchmesser auch die Kosten der Windenergieanlagen (WEA) in die Höhe, was zum Thema der vorliegenden Masterarbeit, den Wirtschaftlichkeitsparametern von WEA, führt. Welche Faktoren Einfluss auf Rentabilität eines Projekts haben, soll im Laufe dieser Arbeit erarbeitet und aufgezeigt werden. Die Gesamtwirtschaftlichkeit einer WEA hängt maßgeblich von drei Faktoren ab: Der potentielle Windertrag am Standort als wichtigstes Kriterium, den Investitionskosten für das Projekt an zweiter Stelle und schließlich den Betriebskosten der Anlage. Bei den Investitionskosten entfallen erfahrungsgemäß etwa 85% der Kosten allein auf die WEA (inklusive Fundament) selbst, was Sie zu einem sehr wichtigen Einflussfaktor macht. 3 1 Windenergieerlass Baden-Württemberg (2012), S.5 2 BWE Branchenreport (2012), S. 21 3 Projektmanager EEE (2012), Gesprächsnotiz
3 Erster Schritt der Arbeit ist es, systematisch alle Parameter der Wirtschaftlichkeit eines WEA- Projekts zu erfassen. Hierzu werden, unter anderem, bereits realisierte Projekte der EEE herangezogen und analysiert. Ziel der Arbeit ist es, eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung von verschiedenen Anlagen, aus der Herstellerstrategie der EEE und alternative Anlagen, durchzuführen. 4 Die sogenannten alternativen Anlagen stammen von Herstellern die bisher nicht bei der Realisierung von Projekten verwendet wurden. Die EnBW greift bisher beim Bau ihrer Windkraftprojekte auf ausgewählte Hersteller zurück. Diese in der Herstellerstrategie festgelegten Anlagenbauer sollen nun mit ausgewählten, bisher nicht verwendeten Herstellern verglichen werden. Hierzu werden in verschiedenen Fällen insgesamt zwölf Anlagen hinsichtlich ihrer Rendite vergleichen. Dabei spielen der produzierte Energieertrag sowie die anfallenden Kosten der Anlagen ausschlaggebende Rollen. Mittels Bildung diverser Kennwerte lassen sich die Anlagen der Herstellerstrategie mit den, meist günstigeren, alternativen Anlagen vergleichen und Aussagen über eine weitere, mögliche Entwicklung der Herstellerstrategie ableiten. Wirtschaftlichkeitsparameter einer WEA Abbildung 1: Übersicht der Wirtschaftlichkeitsparameter einer WEA 4 Herstellerstrategie: In der Herstellerstrategie sind jene WEA Hersteller festgelegt, mit welchen bisher bevorzugt bei der Realisierung von Windparkprojekten zusammengearbeitet wurde.
4 Wirtschaftlichkeitsparameter sind Faktoren die Einfluss auf den betriebswirtschaftlichen Erfolg eines Projektes haben. Der betriebswirtschaftliche Erfolg wird meist als monetäre Größe, beispielsweise in Form der Rendite gemessen. Will man einzelne Windparkprojekte untereinander vergleichen eignen sich besonders die folgenden Vergleichsgrößen: 5 Leistungsspezifische Investitionskosten (Gesamtinvestition / installierte Leistung in /kw), welche jedoch keinerlei Schlüsse auf Ertragskraft des Standortes oder der WEA hergeben und Ertragsspezifische Investitionskosten (Gesamtinvestition / Jahresenergieertrag in /kwh/a) In dieser Arbeit wird speziell mit den ertragsspezifischen Investitionskosten gearbeitet, weil diese sich für den Vergleich von Standorten beziehungsweise WEA untereinander eignen. Fallbeispiel zum Vergleich verschiedener WEA Anhand konstruierter Fallbeispiele sollen verschiedene WEA aus der Herstellerstrategie mit alternativen, bisher noch nicht verwendeten WEA, verglichen und auf deren Wirtschaftlichkeit untersucht werden. Grund hierfür sind die Erfahrungen der EEE bei der Realisierung von bisherigen WEA-Projekten in BW. Das Erreichen der Mindestrendite lässt sich aufgrund der niedrigen durchschnittlichen Windgeschwindigkeit oft schwer bewerkstelligen. Anhand der Berechnungen der Excel-Tools sollen Kennwerte gebildet werden, die sich zum Vergleich der Anlagen untereinander eignen. Hierzu gehören die: Projektnebenkosten (PNK), der leistungsbezogene Kennwert / kw installiertem Leistung, der ertragsspezifische Kennwert / kwh erzeugter Energie und schließlich der Zielpreis der Anlage, beim Verfehlen des Renditeziels. Es wurden drei Fallbeispiele untersucht wozu ein fiktiver Standort konstruiert wurde, der den Vergleich unter immer gleichen und vor allem realistischen Voraussetzungen ermöglicht. Fall 1: Hier soll ermittelt werden, ob die intern geforderte Rendite, am gewählten Standort, mit den Anlagen aus der Herstellerstrategie und von alternativen Anlagenherstellern erreicht werden kann. Fall 2: Es soll, sofern die Rendite nicht erreicht wird, ermittelt werden welcher Zielpreis einer WEA anzustreben wäre, um die gewünschte Rendite von 6% zu erreichen. 5 Vgl. Gasch,Twele (2007) S.519
5 Fall 3: Erfasst systematisch alle Mehrkosten und den zu erwartenden Minderertrag an einem Waldstandort und es wird die Rendite am dortigen Standort errechnet. Ergebnisse Folgendes Schaubild stellt die Rendite der 12 verglichenen Anlagen aus der Herstellerstrategie und alternativen Herstellern dar. Selbige Untersuchung wurde auch noch für die Standorthöhen 700 m ü. NN (Schwäbische Alb) und 1000 m ü. NN (Schwarzwald) erstellt. Ebenso wurde die Rendite von Waldstandorten unter den dortigen, besonderen Bedingungen gerechnet. Abbildung 2: Rendite-Vergleich der untersuchten Anlagen der Herstellerstrategie und alternativen Anlagen Die Ergebnisse zeigen, dass es nur mit einer Anlage aus der Herstellerstrategie, der Nordex N117, sowie zwei alternativen Anlagen, der Gamesa G128 und der Vensys V112 möglich ist die Mindestrendite von 6% zu erreichen. Da die Anlagenkosten mit meist über 80% in die Gesamtprojektkosten eingehen, liegt im Einkaufspreis der größte Hebel. Die ermittelten Ergebnisse dienen einer möglichen Neuorientierung und Erweiterung der Herstellerstrategie der EEE.