21.01.2012
Windkraftanlagen Technologie und Wirtschaftlichkeit
Walter Eggersglüß Energieberater
Leistungsberechnung für Windkraftanlagen
P = cp * ½ r * AR * vW³ cp
=
Leistungsbeiwert (max. 0,59)
r
=
Luftdichte in kg/m³
AR
=
durchströmte Rotorfläche in m²
vw
=
Windgeschwindigkeit in m/s
1
21.01.2012
Große Windenergieanlagen (WEA)
2
21.01.2012
Aufbau einer Gondel - mit Getriebe
Aufbau einer Gondel - getriebelos
3
21.01.2012
Steigerung in Leistung und Effizienz: Entwicklung der Anlagentechnik bis heute
Marktübliche Windenergieanlagen: 1995
2011
Nennleistung
500 kW
3.000 kW
Rotordurchmesser
40 m => 1.256 m²
100 m => 7.850 m² 2,5xRotor => 6,25xFläche
Nabenhöhe
50 m
100 m
2x
Ertrag
1,0 Mio. kWh/a
9,0 Mio. kWh/a
9x
Volllaststunden
2.000 h/a
3.000 h/a
Spezifischer Ertrag/m² 796 kWh/m²/a
1.194 kWh/m²
6x
1,5x 1,45x
4
21.01.2012
Zunahme der mittleren Windgeschwindigkeit mit der Nabenhöhe Hell mann-Faktor :
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
Windgeschwindigkeitsänderung mit der Höhe bei Hellmann-Faktor 0,25 6,00 5,00 mittlere Windg.in m/s
alpha
4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Nabenhöhe in m
Turbulenzen vor und hinter Windhindernissen
WEA können nur laminare Strömung nutzen
5
21.01.2012
Windverteilung bei 4,7 und 5,3 m/s 1.600 Windverteilung bei 4,7 m/s Windverteilung bei 5,3 m/s
Stunden je Jahr (h/a)
1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Wind in m/s
Vergleich von WEA-Leistungskurven 2.500
Leistung in kW
2.000
1.500
1.000
500
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Wind in m/s
6
21.01.2012
Fraunhofer-Institute für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Excel-Programm Small Wind Turbine Yield Estimator
Jahresstromproduktionsvergleich WEA
kWh/a
bei 4,7 bzw. 5,3 m/s Wind-Jahresmittel
600.000 E-70 E4 2,3MW / 64m => 1.942 MWh/a 500.000
E-82 E4 2,0MW / 108m => 3.489 MWh/a
400.000
100 % 180 %
300.000
200.000
100.000
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Wind in m/s
7
21.01.2012
WINDINDEX SH 2011 im Vergleich zu den Vorjahren Streubereich einzelner Monate in Prozent der Jahresproduktion 25
% 20
15 Mittelwerte 1990-2010 10
5 2011 0 Jan
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
Vergütung für W indenergie nach EEG 2012 Referenzertrag in % Inbetriebnahmejahr
100
AnfangsBasis- Repoweringvergütung vergütung Bonus
SDL- Laufzeit hohe DurchschnittsBonus Vergütung Jahre vergütung
2011
9,02
4,92
0,49
0,49
16,1
9,01
2012
8,93
4,87
0,49
0,49
16,1
8,93
2013
8,84
4,82
0,48
0,48
16,1
8,83
2014
8,75
4,77
0,48
0
16,1
8,36
2015
8,66
4,73
0,47
0
16,1
8,27
8
21.01.2012
Vergütung für W indenergie nach EEG 2012 Referenzertrag in % Inbetriebnahmejahr
70
AnfangsBasis- Repoweringvergütung vergütung Bonus
SDL- Laufzeit hohe DurchschnittsBonus Vergütung Jahre vergütung
2011
9,02
4,92
0,49
0,49
20,0
10,00
2012
8,93
4,87
0,49
0,49
20,0
9,91
2013
8,84
4,82
0,48
0,48
20,0
9,80
2014
8,75
4,77
0,48
0
20,0
9,23
2015
8,66
4,73
0,47
0
20,0
9,13
Investitionskosten Windenergie 2 MW – 90m – 105m Nh
9
21.01.2012
Betriebskosten Windenergie
Übersicht: Windkraftanlagen im Vergleich WEA-Kennwerte 70-Prozent-Standort 2000 2000 Nennleistung (kW) 82 93 Rotordurchmesser (m) 100 100 Nabenhöhe (m) 70 70 Standortqualität (%) durchschnittliche 6,40 6,40 Windgeschwindigkeit (m/s in Nabenhöhe) 1.855 2.170 Vollaststunden 3.710.000 4.340.000 Stromproduktion (kWh/Jahr) 3.120.000 3.380.000 Gesamte Investition (€) Spez.Investition 0,84 0,78 (€/kWh und Jahr)
10
21.01.2012
Übersicht: Windkraftanlagen im Vergleich WEA-Kennwerte Nennleistung (kW) Rotordurchmesser (m) Nabenhöhe (m) Standortqualität (%) durchschnittliche Windgeschwindigkeit (m/s in Nabenhöhe) Vollaststunden Stromproduktion (kWh/Jahr) Gesamte Investition (€) Spez.Investition (€/kWh und Jahr) Nutzungsdauer (Jahre) Zinsen (5 Prozent) Abschreibung (5 % pro Jahr) Betriebskosten (Ct/kWh und Jahr) Betriebskosten (€/Jahr) Jahreskosten (€) Jahreskosten (Ct/kWh) Einspeisevergütung (Ct/kWh) Jahreserlöse (€) Jahresüberschuss (€)
70-Prozent-Standort 2000
2000
3400
3200
82
93
104
114
100
100
98
93
70
70
70
70
6,40
6,40
6,40
6,30
1.855
2.170
1.750
2.013
3.710.000
4.340.000
5.950.000
6.440.000
3.120.000
3.380.000
4.810.000
5.070.000
0,84
0,78
0,81
0,79
20
20
20
20
78.000
84.500
120.250
126.750
156.000
169.000
240.500
253.500
2,50
2,50
2,50
2,50
92.750
108.500
148.750
161.000
326.750
362.000
509.500
541.250
8,81
8,34
8,56
8,40
8,93
8,93
8,93
8,93
331.303
387.562
531.335
575.092
4.553
25.562
21.835
33.842
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.
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21.01.2012
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
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21.01.2012
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
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21.01.2012
Kostenvergleich Strom aus PV-Anlagen oder Windenergieanlagen der Leistungsklasse bis 30 kW Windenergie
Solarstrom
15
30
4,5
mittlere Windgeschwindigkeit am Standort in 30m ü.Gr.
kWp m/s
1333
900
20000
27000
4,0
5,0
jährliche Betriebskosten (geschätztes Mittel 20 a)
800,00
1350,00
spez. Investitionskosten in Euro/kW Nennleistung
3500
1750
52500
52500
2,63
1,94
Jahrekosten für Abschreibung und Zins (7,5%)
3937,50
3937,50
ca.ú/a
Jahresgesamtkosten
4737,50
5287,50
ca.ú/a
8,93
24,43
Volllaststunden Jahresstromproduktion spezifische Betriebskosten (geschätztes Mittel 20 a)
Investitionskosten spez.Investitionskosten in Euro/kWh/a
Vergütung nach EEG in 2012 Jahreserlöse bei 100 % Stromverkauf
1786,00
Jahresergebnis bei 100 % Stromverkauf
6596,10
-2951,50
Mittlere Stromverwertung im Betrieb (netto) 2012 Zusatzvergütung Stromeigenverbrauch EEG 2012 Eigenverbrauchsanteil
kWh/a Ct/kWh ú/a ca.ú/kWp ca.ú ca.€/kWh/a
Ct/kWh ú/a €/a
20,00
20,00
Ct/kWh
-
8,05
Ct/kWh
70
30
%
3335,80
6889,32
ú/a
-1401,70
1601,82
€/a
Jahreserlöse bei 70/30% Eigenverbrauch Jahresergebnis mit 70/30% Eigenverbrauch
1308,60
kWh/kWp
Maximale Investkosten WEA bei 7 % Kapitalkosten / Jahr (20 a Lebensdauer, Zins 4 % / 2) 2,50
2,27
max.Invest.Euro/kWh/a
2,13
2,00
2,00 1,60 1,50 1,47
1,33
0,80
0,67
0,93 1,00 0,50 0,00 3,0
4,0
5,0
Betriebskosten in Ct/kWh 20 Ct/kWh
15 Ct/kWh
10 Ct/kWh
14
21.01.2012
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
