Der Sonntags-Ingenieur

Wie billig kann Windstrom werden?

Von Johannes Winterhagen
 - 15:13

Wer sich während einer Auktion in den Rausch des Haben-Wollens hineinsteigert, kann den Raum als armer Mann verlassen. Das gilt auch für Auktionsverfahren, bei denen sich die Teilnehmer nicht über-, sondern unterbieten. Ein solches Verfahren kommt seit der letzten Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes zum Einsatz, um den Zubau von Windkraftanlagen zu regulieren. Die im April bekanntgewordenen Ergebnisse der ersten Ausschreibungsrunde haben selbst Fachleute überrascht. Für vier Windparks in der Nordsee beantragten die erfolgreichen Bieter einen Zuschuss zwischen null und sechs Cent je produzierter Kilowattstunde.

Im Schnitt waren es 0,44 Cent je Kilowattstunde - geradezu ein Schnäppchenpreis angesichts der bislang geltenden Förderhöhe von 18,4 Cent je Kilowattstunde. Der drastische Preisverfall lässt nur zwei Schlüsse zu: Entweder haben sich die Betreiber verkalkuliert und rauschen nun geradewegs in die Pleite, oder Windstrom kann auf dem Meer künftig nahezu so günstig produziert werden wie Kohlestrom an Land. Da es sich bei den Akteuren um große Energieunternehmen wie Dong handelt, darf wirtschaftliche Rationalität unterstellt werden. Dazu gehört, dass es sich um bereits genehmigte Projekte handelte, in deren Planung schon investiert wurde. Und auch, dass die Förderung künftig über 20 Jahre fließt, bislang waren es acht Jahre.

Zwei Bauarten konkurrieren auf See

Dennoch ist der technische Fortschritt der entscheidende Treiber für den Preisverfall. Fortschritt bedeutet hier vor allem: größere Anlagen mit höherer Zuverlässigkeit. In den auktionierten Windparks, die Anfang des kommenden Jahrzehnts in Betrieb gehen sollen, weist jede einzelne Windkraftanlage eine Spitzenleistung von mindestens neun Megawatt auf - rund dreimal so viel, wie bei einer landgestützten Anlage moderner Bauart. Vom Sockel bis zur auf 12 Uhr stehenden Rotorblatt-Spitze misst ein solcher Riese rund 220 Meter, rund 60 Meter mehr also als das Ulmer Münster. Auf dem Meer lohnt es sich, möglichst große Anlagen einzusetzen, da die Baukosten für die Gründung und den Turm einen hohen Anteil an der Gesamtinvestition haben.

Im Betrieb entscheidet dann die Turbine über die Produktivität der Anlage. Nach wie vor konkurrieren zwei Bauarten um die Vorherrschaft auf See, die sich an der Bauweise des Generators unterscheiden lassen: Entweder kommt für die Stromerzeugung eine permanent-erregte Synchronmaschine oder eine fremd-erregte Asynchronmaschine zum Einsatz. „Permanent erregt“ nennen Ingenieure eine E-Maschine, die das elektrische Feld durch Dauermagneten erzeugt. Die Magnetmaterialien basieren auf seltenen Erden, das ist ihr größter Nachteil. Dafür wirkt der Rotor direkt auf den Generator, das bei Asynchronmaschinen benötigte Getriebe entfällt. In der aktuellen Champions League mit einer Nennleistung von 8,4 Megawatt haben die Getriebemotoren jedoch die Nase vorn: Die Serienproduktion ist bereits Ende 2015 angelaufen, anderthalb Jahre vor der Konkurrenz.

Kein Getriebetausch mehr nötig

Das Getriebe war in der Vergangenheit die Schwachstelle vieler Offshore-Windkraftanlagen. Kein Wunder, überträgt es bei Starkwind doch ein Drehmoment von mehr als acht Millionen Newtonmeter auf die Hauptwelle mit einem Durchmesser von nur 1,5 Metern. Ein tausendfach schwächerer Sportwagenmotor müsste analog mit einer nur 1,5 Millimeter messenden Getriebewelle auskommen. Vor allem in den Lagern bildeten sich unter der Lauffläche Mikrorisse, sogenannte White etching cracks, die zu einem Totalausfall des Getriebes führen konnten.

In den Kalkulationen der Betreiber ist bislang ein Getriebetausch innerhalb der Anlagenlaufzeit von 25 Jahren vorgesehen, zu Kosten von einer Million Euro. Das alles soll jedoch überwunden sein, zum Teil durch bessere Beschichtungen der Lager, zum Teil aber auch durch eine neue Getriebebauweise, bei der mit einer Leistungsverzweigung gearbeitet wird. Das Eingangsmoment wird zunächst über zwei Stufen verteilt und dann in einem zweiten Gang nochmals übersetzt. Das führt zu einer hohen Leistungsdichte.

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Fernüberwachung wird bald genauer

Zwar mag man ein mehr als 70 Tonnen schweres und drei Meter hohes Getriebe nicht als kompakt beschreiben, aber in den Augen des Ingenieurs ist es eine technische Meisterleistung. Gebaut werden die aktuell einzigen Acht-Megawatt-Getriebe übrigens in Deutschland, genauer in Witten, mitten im Ruhrgebiet. Seltene Erden hingegen stammen zu mehr als 90 Prozent aus China, so dass die Bauweise auch über die lokale Wertschöpfung bestimmt.

Ob mit oder ohne Getriebe: Die Fernüberwachung war bei den schwer zugänglichen Windkraftanlagen auf See schon lange ein Thema. Dutzende Sensoren erfassen alle möglichen Kennwerte bis hin zur Ölqualität. Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und Big Data soll bald der nächste Schritt vollzogen werden. Drohende Ausfälle könnten dann mehrere Wochen oder gar Monate im Voraus prognostiziert und die Anlage bis zur Wartung entsprechend schonend betrieben werden. Das nutzt nicht nur dem Betreiber, sondern auch dem Bürger. Denn der bezahlt die Förderung am Ende über die EEG-Umlage mit jeder verbrauchten Kilowattstunde.

Quelle: F.A.S.
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