Anfang des Monats hat das U.S. Department of Energy (DOE) die neueste Ausgabe seines jährlichen Wind Technologies Market Report veröffentlicht, der eine Fülle von Daten zusammenfasst, um Trends bei den Kosten, der Leistung und dem Wachstum der Windenergie zu verfolgen.
Der Bericht stellt fest, dass die Windenergie in den USA weiterhin zu den günstigsten Energiequellen gehört. Der Bericht stellt fest, dass die Windenergie in den USA weiterhin eine der kostengünstigsten Stromerzeugungstechnologien sein wird. Der langfristige Preis für Windstrom, der über einen Stromabnahmevertrag verfügbar ist, liegt bei etwa der Hälfte der erwarteten Kosten für den Betrieb eines Erdgaskraftwerks.
Außerdem wird die starke Konkurrenz durch Erdgas und Solarenergie die Windindustrie dazu bringen, noch niedrigere Preise und eine höhere Leistung durch die Entwicklung größerer Turbinen zu erzielen, die darauf zugeschnitten sind, ihre Leistung auch in Regionen mit weniger als optimalen Windgeschwindigkeiten zu maximieren.
In diesem Beitrag werden einige der wichtigsten US-Windenergietrends aus dem DOE-Bericht vorgestellt.
Windenergie ist eine der günstigsten Stromquellen in den Vereinigten Staaten
Während der Gesamtpreis der Windenergie direkt von den Windgeschwindigkeiten an einem bestimmten Standort abhängt, zeigt die Untersuchung der nationalen Trends bei den installierten Kosten der Windenergie definitiv, dass Windenergie zu einer extrem günstigen Stromquelle geworden ist.
Der durchschnittliche US-Verbraucher zahlt etwa 12 Cent pro Kilowattstunde für Strom. Dieser Preis beinhaltet die Kosten für die Stromerzeugung, die Leitungen, die den Strom von den Generatoren zu unseren Häusern liefern, und die Kosten für den Betrieb des Versorgungsunternehmens. Die tatsächlichen Kosten der Stromerzeugung allein liegen bei etwa 2 bis 4 Cent pro Kilowattstunde – das ist der Preis, mit dem die Windenergie konkurrieren muss, um erfolgreich zu sein.
Basierend auf den Daten, die im Wind Technologies Market Report zusammengestellt wurden, liegt die Windenergie durchweg bei oder unter dem aktuellen Marktpreis für Strom. Windenergie wird oft in großen Blöcken über einen langfristigen Vertrag, ein sogenanntes Power Purchase Agreement (PPA), gekauft. Die Abbildung unten zeigt den historischen Preis von Windenergie-PPA-Verträgen seit 1996. Der Durchmesser jedes Kreises ist die Größe des gebauten Windparks in Megawatt, und die Höhe des Kreises auf der y-Achse ist der Vertragspreis in Dollar pro Megawattstunde (oder Dollar pro 1000 Kilowattstunden).
In den letzten Jahren wurde eine enorme Menge an Windenergie zu einem Preis von 20 Dollar pro Megawattstunde oder darunter beschafft – oder nur 2 Cent pro Kilowattstunde. Das ist in jeder Hinsicht wettbewerbsfähig mit den typischen Großhandelspreisen für Strom.
Allerdings ist es wichtig zu beachten, dass der Preis für Windenergie, der über eine PPA angeboten wird, ein Gesamtpreis ist, der die Auswirkungen von Subventionen wie der bundesweiten Steuergutschrift für die Produktion von Windenergie beinhaltet, die eine Steuersubvention von 18 bis 23 Dollar pro Megawattstunde erzeugter Energie bietet. Wenn Sie die Steuergutschrift ausschließen und die Stromgestehungskosten (LCOE) von Windkraftanlagen im Landesinneren betrachten, ergeben sich immer noch äußerst wettbewerbsfähige Kosten von weniger als 50 Dollar pro Megawattstunde (5 Cent pro Kilowattstunde). Zum Vergleich: Die Energy Information Administration schätzt, dass die Stromgestehungskosten eines erstklassigen Gas- und Dampfturbinenkraftwerks bei etwa 54 Dollar pro Megawattstunde (5,4 Cent pro Kilowattstunde) liegen. Selbst wenn man also den Effekt der Steuergutschrift für Windenergie berücksichtigt, bleibt Windenergie eine extrem wettbewerbsfähige Energiequelle.
Der Wettbewerb treibt die Windenergie dazu an, billiger, größer und besser zu werden
Einer der Vorteile der Windenergie, die mit der konventionellen Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen voll konkurrenzfähig wird, ist, dass sie einen erheblichen Druck auf die Windindustrie ausübt, die Kosten und die Leistung ihrer Windturbinen ständig zu verbessern, um der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein.
Die Daten der Branche zeigen, dass die 2016 in Betrieb genommenen Windenergieanlagen einen größeren Rotordurchmesser haben, der es ihnen ermöglicht, insgesamt mehr Wind einzufangen, und eine größere Nabenhöhe, die es ihnen ermöglicht, die stabileren Winde in größeren Höhen zu nutzen. Der durchschnittliche Rotordurchmesser im Jahr 2016 betrug 108 Meter, ein Anstieg von 13 Prozent gegenüber dem vorherigen 5-Jahres-Durchschnitt, während die durchschnittliche Nabenhöhe im Jahr 2016 83 Meter betrug, ein Anstieg von 1 Prozent gegenüber dem vorherigen 5-Jahres-Durchschnitt. Infolgedessen lag die durchschnittliche Erzeugungskapazität neu installierter Windturbinen in den USA im Jahr 2016 bei 2,15 Megawatt, was einem Anstieg von 11 Prozent gegenüber dem Durchschnitt der vorangegangenen fünf Jahre entspricht.
Verbesserungen im Design von Windturbinen haben nicht nur dazu beigetragen, die maximale Leistung, die sie erzeugen können (oder ihre Erzeugungskapazität), zu erhöhen, sondern auch ihren Kapazitätsfaktor, ein Maß dafür, wie oft sie tatsächlich Energie erzeugen. Der durchschnittliche Kapazitätsfaktor von Projekten, die in den Jahren 2014 und 2015 installiert wurden, lag bei über 40 Prozent – das bedeutet, dass sie 40 Prozent der maximal möglichen Energie produzierten, die sie produzieren könnten, wenn es 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr sehr windig wäre.
Was ist mit den Integrationskosten, die mit der Windvariabilität verbunden sind?
An dieser Stelle fragen Sie sich vielleicht, was mit all den Kosten ist, die mit der Windvariabilität verbunden sind? Brauchen wir nicht einen Speicher, um die Schwankungen der Windenergie auszugleichen? Leider gibt es keine kurzen Antworten darauf, wie hoch die Kosten für die Integration einer variablen Stromquelle wie Wind sind. Die Antwort ist ein definitives „Es kommt darauf an.“
Eine Sache, die wir tun können, ist einen Blick darauf zu werfen, wie sich die Menge an Wind, die von den Netzbetreibern zwangsweise gedrosselt wurde, verändert hat, als die Menge an Windenergie im Netz gestiegen ist. Die folgende Abbildung zeigt sowohl die Winddurchdringungsraten als auch die Windabregelungsraten zwischen 2008 und 2016 für sieben US-amerikanische unabhängige Systembetreiber (ISOs) (Karte der US-amerikanischen ISOs hier).
Betrachtet man die Gesamtveränderung der Winddurchdringung und der Windabschaltungen über alle sieben ISOs, sind die Abschaltungen tatsächlich zurückgegangen, obwohl die Winddurchdringung deutlich zugenommen hat. Das bedeutet nicht, dass die Kosten für die Integration von Windkraft nicht erheblich sind. Tatsächlich ist ein wichtiger Grund dafür, dass die Abregelungen seit dem Höchststand im Jahr 2009 zurückgegangen sind, dass die Regionen in große Übertragungsleitungen investiert haben, um die Windenergie aus den Ebenen in die Städte zu leiten und die Windkraftleistung besser mit der Nachfrage abzugleichen. In der Region des Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) investierten die Versorgungsunternehmen beispielsweise 7 Milliarden Dollar in Übertragungsleitungen, die das windreiche West-Texas mit den östlichen und zentralen Städten verbinden – und so die Stromabschaltungen deutlich reduzieren. Wie alle Investitionen in Übertragungsleitungen wurden diese Kosten auf den gesamten Kundenstamm verteilt, so dass sie sich nicht in den in den obigen Diagrammen dargestellten Kosten für Windenergie widerspiegeln. Aber wenn man eine Milliardeninvestition auf Millionen von Kunden verteilt, sind die Kosten, die pro Kunde anfallen, relativ bescheiden.
Da der außergewöhnlich niedrige Preis für Windenergie in den USA die Installation weiterer Windparks vorantreibt, wird es interessant sein zu sehen, wie die US-Netzbetreiber die Herausforderung der Integration von Windenergie in das übrige Netz bewältigen. Bislang waren sie zumindest erfolgreich. Politische Entscheidungsträger und Regulierungsbehörden sollten sich jedoch darüber im Klaren sein, dass neue Übertragungskapazitäten und andere Netzverbesserungen erforderlich sind, um die Windenergie zu integrieren, wenn mehr Turbinen an mehr Orten installiert werden. Es ist keine einfache Aufgabe, die kostengünstigsten Investitionen zu identifizieren, um die meisten erneuerbaren Energien zu integrieren – aber sie wird immer wichtiger, je mehr die erneuerbaren Energien das Etikett „alternative Energie“ ablegen und einen wichtigen Beitrag zur Stromversorgung in den USA leisten.