Windenergie
Es braucht nicht mehr lange, bis Strom aus Windenergie wettbewerbsfähig ist

Ein wissenschaftlich erstellter Fahrplan zeigt, wie die Hersteller den Bau von Windkraftanlagen industrialisieren und dadurch die Kosten der Stromerzeugung mit Windenergie glatt halbieren können.

Betriebswirt Wildemann: Ein Teil des Fahrplans ist schon abgearbeitet, ein mindestens so großer Teil der Kostensenkungen liegt noch vor uns (Foto: TCW)
Von Horst Wildemann

Wir können die Erderwärmung und den Klimawandel nur stoppen, wenn wir die erneuerbaren Energien massiv ausbauen. Die Windenergie ist dabei die Schlüsseltechnologie. Damit der Strom dadurch aber nicht teurer wird als heute, ist es unbedingt notwendig, dass die Windräder weniger kosten und leistungsfähiger werden. Denn sie sind ein gewichtiger Kostenblock der Windstromproduktion. Ihn zu reduzieren, ist unerlässlich. Nur dann gelingt die Energiewende, ohne dass wir immer mehr für Strom bezahlen müssen und die Mehrheit der Menschen darunter wirtschaftlich leidet.

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Doch geht das? Die 25 Prozent des Stroms in Deutschland, die inzwischen von Windmühlen an Land und auf See stammen, sind leider noch teurer als der Strom aus fossilen Kraftwerken und als der Strom, der an der Leipziger Strombörse gehandelt wird. Die Mehrkosten tragen alle Stromverbraucher in Form der sogenannten EEG-Umlage. Diese beträgt aktuell rund sechseinhalb Cent pro Kilowattstunde und summiert sich jedes Jahr zu Milliardenbeträgen.

Die hohen Kosten des Windstroms haben zwei Ursachen. Dies sind zum einen die vielfach kleinen, wenig effizienten Anlagen aus der Vergangenheit. Zum andern verschlang die Produktion der Anlagen zumindest bis vor nicht langer Zeit sehr viel Geld, weil sie fast wie im Handwerk von statten ging.

Das darf nicht so weiter gehen. Und das wird es auch nicht. Ziel muss es sein, die Windmühlen durchgängig mit industriellen Methoden herzustellen, wie sie in der Autoindustrie oder im Maschinenbau angewendet werden. Es sind dies die Methoden der Massenproduktion. Dazu zählen die Verwendung möglichst vieler gleicher Teile, die Automatisierung, die Digitalisierung sowie feste Arbeitsläufe. Wir haben in einer mehrjährigen Studie zusammen mit Forschern und vielen hundert Akteuren aus der Windindustrie einen Fahrplan entwickelt, der die Kosten des Windstroms am Ende glatt halbiert. Dabei spielen mehrere Aspekte eine Rolle.

Höher, größer, leiser – und leistungsfähiger

Unser Fahrplan fußt auf der Erkenntnis, dass die Technologie der Windkraftanlagen noch längst nicht ausgereift ist. Eine Innovation jagt die nächste,  so dass Windparks schon nach zehn Jahren veraltet sind, ihren Strom also teurer produzieren, als es möglich wäre. Treiber dieser Entwicklung sind vor allem technische Verbesserungen.

Die Größe der Turbinen etwa, die durch ihre Umdrehungen Strom erzeugen, nimmt immer weiter zu. Die Rotorblätter werden größer aber leichter und erbringen bei gleichem Wind mehr Strom. Hinzu kommt der Durchmesser der Rotorblätter, der in den 1980er Jahren noch 15 Meter betrug, inzwischen jedoch bis zu 75 bis 80 Meter erreicht und dadurch viel mehr Wind abgreifen kann. Nebenbei drehen sich so große Anlagen langsamer, verursachen weniger Geräusche und werfen weniger Schatten.

Ein wichtiger Faktor für die Stromerzeugung ist theoretisch auch die Höhe der Windmühlen. Die Nabe, um die sich die Rotorblätter drehen, befindet sich bei neuen Anlagen in einer Höhe von 200 Meter. Mit jedem Meter mehr erzeugt die Anlage 0,5 bis ein Prozent mehr Strom im Jahr. Allerdings ist die Steigerung der Stromausbeute hier begrenzt, denn Windanlagen können nicht beliebig in den Himmel wachsen und mit der Höhe steigen auch die Anforderungen an das Material und die Kosten. Ein bedeutenderer Stellhebel ist daher der Transport und die Installation der Anlagen. Sie bieten erhebliche Einsparpotenziale. Gelingt es, alle Möglichkeiten auf diesem Gebiet auszuschöpfen, lassen sich allein dadurch die Kosten der Stromerzeugung mit Windmühlen um 13 Prozent senken.

Digitaler, intelligenter – kostengünstiger

Die Digitalisierung der Herstellung wird bei den Windkraftanlagen zu ähnlichen positiven Effekten führen wie in der Automobilindustrie. Entwicklung, Produktion und Montage nebst Umweltbedingungen werden vollständig am Computer simuliert werden. Dadurch lassen sich Probleme vorzeitig erkennen und ausschalten sowie teure Fehler oder Pannen vermeiden. Zudem erlaubt die Digitalisierung, einzelne Windparks zu virtuellen Kraftwerken zusammenzuschließen und die Stromerzeugung je nach Wind und Nachfrage zu steuern.

In der Fertigung beschleunigt die Digitalisierung die Automatisierung, was wiederum die Kosten der Anlagen senkt. Der Bau des Turmes, der die Rotorblätter und den Generator trägt, ist dafür ein gutes Beispiel. Seine einzelnen Stahlelemente, die bei der Montage miteinander verschraubt werden, lassen sich vollautomatisch herstellen und kostengünstig  in standardisierten Container transportieren, wenn die Konstrukteure diese Erfordernisse bei ihren Entwürfen berücksichtigen. Dies ermöglicht eine Kosteneinsparung bei der Stromerzeugung von 15 Prozent.

Gemeinsam, konzentriert – und wirtschaftlicher

Um die Kostenvorteile der Massenproduktion bei der Herstellung von Windkraftanlagen nutzen, ist es notwendig, dass ein Unternehmen möglichst viele Aufträge auf sich vereint. Daraus folgt, dass eine Konzentration der Fertigung auf weniger Anbieter unvermeidbar ist. Der Zusammenschluss des Münchner Siemens-Konzerns und des spanischen Wettbewerbers Gamesa ist hierfür ein Beispiel. Experten gehen davon aus, dass vier bis sieben große Hersteller in Zukunft 80 Prozent des Marktes bedienen werden. Das wird den Zulieferern mehr Umsatz bescheren, so wie das in der Autoindustrie geschehen ist, wo 70 Prozent eines Fahrzeugs und mehr von Firmen wie Bosch und Continental stammen. Durch die engere Kooperation werden Knowhow gebündelt und die Effizienz des Windanlagenbaus über Unternehmensgrenzen hinweg gesteigert.

Sauberer, besser – und kostengünstiger

Die Einzelmaßnahmen, die zur Senkung der Herstellungskosten der Windanlagenkrafträdern beitragen, sind außerordentlich vielfältig. Jede einzelne dieser Maßnahmen schlägt direkt auf die Kosten der Stromerzeugung durch.  Allein sechs bis zehn Prozent der Stromerzeugungskosten lassen sich zum Beispiel sparen, wenn die Hersteller nicht jeden Anlagentyp gewissermaßen neu bauen, sondern wenn sie die unterschiedlichen Modelle von vorneherein so konstruieren, dass ihre Komponenten eine Art Baukasten mit wenigen gleichen Teilen ergeben, aus denen sich verschiedene Anlagen bauen lassen. In der Betriebswirtschaft nennt man dies Modularisierung. Hinzu kommen die Einsparungen durch eine verstärkte Serienproduktion, die dank immer gleicher oder standardisierter Komponenten möglich wird. Das drückt die Stromgestehungskosten um weitere elf bis zwölf Prozent.

Viel bringt auch eine breiter gefächerte Spezialisierung der Branche. Das senkt die Ausgaben etwa für Planung, Erschließung und Netzanbindung von Windmühlen. Zusammen mit anderen Einsparungen lassen sich dadurch die Stromgestehungskosten immerhin um fünf Prozent reduzieren. Auch hilft es, wenn Controller über die unmittelbaren Kosten hinausschauen. Denn tun sich Hersteller und Zulieferer in Industrieparks zusammen, können sie dabei so viel sparen, dass die Stromgestehungskosten um weitere zehn bis zwölf Prozent sinken.

Die Liste der Maßnahmen, die unser Fahrplan enthält, ist noch um einiges länger: hier weitere drei Prozent Kostensenkung durch neue Materialien, dort jeweils ein Prozent durch Digitalisierung und durch IT-unterstützte vorausschauende Wartung. Alles zusammengerechnet ergeben sich Einsparungsmöglichkeiten in der Herstellung und durch technischen Fortschritt , durch die die  Kosten der Stromerzeugung mit Hilfe von Windkraftanlagen um 43 bis 54 gesenkt werden können.

Der Abstand beträgt nur noch etwas mehr als ein Cent

Ein Teil unseres Fahrplans ist bereits abgearbeitet, ein mindestens so großer Teil liegt noch vor uns. Bei den Ausschreibungen für den Bau neuer Windanlagen an Land im Dezember vergangenen Jahres erteilte die Bundesnetzagentur Unternehmen den Zuschlag, die Strom zu einem durchschnittlichen Preis von 5,91 Cent pro Kilowattstunde anboten. Das preiswerteste Angebot lag bei 5,59 Cent. Das waren nur noch 1,24 Cent mehr als die 4,35 Cent, die im gleichen Monat eine Kilowattstunde an der Leipziger Strombörse kostete.

Es braucht nicht mehr lange, bis die Windstromanlagenbauer diesen Wettbewerbsnachteil beseitigt haben und der Windstrom die Verbraucher nicht mehr kosten wird als der Strom aus fossilen Energiequellen.

Der Autor ist Professor an der TU München, Geschäftsführer der Unternehmensberatung TCW in München und Veranstalter des jährlichen „Münchner Management Kolloquiums“, das am 09. und 10. März 2021 zum 28. Jahr in Folge stattfindet und dessen Thema dieses Jahr lautet: „Innovationsbeschleuniger Krise: Krisenmanagement – Hochlaufkurven – Wachstumspfade„.