Neben der Umsetzung der Klimaziele sind Versorgungssicherheit und Unabhängigkeit von ausländischen Energiequellen die aktuell wichtigsten Themen für die Industrie. Basis hierfür ist in der Regel ein starker Ausbau Erneuerbarer Energien, besonders im Bereich Stromerzeugung. Können Anlagen zur Eigenstromerzeugung der Industrie helfen, Versorgungssicherheit zu erlangen und hat dies wirtschaftliche Vorteile? Diese Fragen beleuchtet dieser Beitrag mit dem Fokus auf Fotovoltaik und Windenergie.
VON DOMINIK WALTER, DÜSSELDORF
Die Klimaziele rücken trotz Pandemie und Ukrainekrieg nicht in den Hintergrund. Im Gegenteil, sie werden von der Politik weiterhin nachdrücklich verfolgt. Die EU hat sich mit dem Green Deal ein Programm zu Erreichung der Klimaneutralität gesetzt und die Zwischenziele für 2030 angezogen. Gleiches folgte in Deutschland nach dem Urteil des Verfassungsgerichts, das die Ausgestaltung des Bundes-Klimaschutzgesetzes als ungenügend kritisierte. Die neuen Ziele nach § 3 Abs. 1 Nr. 1 und Abs. 2 Bundes-Klimaschutzgesetz erfordern eine Klimaneutralität bis 2045 und eine Reduktion der CO2-Emissionen von 65 % bis 2030. Für die Industrie mussten durch das Urteil die Ziele konkretisiert und fortgeschrieben werden, sodass sich eine CO2-Reduktion in der Industrie von etwa 37 % ergibt [Anlage 2 KSG]. Diese direkten Emissionen können in der Gießerei-Industrie mit verschiedenen Technologien und Energieträgern reduziert werden. Oft heißt die Lösung für die Industrie „Elektrifizierung“, doch Strom aus vielen dezentralen Anlagen für Erneuerbare Energie hat einen Nachteil: Volatilität. Schlägt sich dieser Nachteil auch im volatilen Preis nieder, stehen vor allem energieintensive Industrien vor großen Herausforderungen.
Ansätze dazu wurden in dem Artikel „Lösungsansätze zur Dekarbonisierung“ in der Ausgabe GIESSEREI 01/2022 diskutiert. Die Verteilung der CO2-Emissionen aus Scope 1 und 2, also direkte oder indirekte Emissionen, wurde in dem Forschungsvorhaben InnoGuss erhoben. Dabei ergibt sich ein klares Bild mit den drei am meisten verbrauchten Energieträgern als auch Emissionsquellen in der Branche, zu sehen in Bild 1.
Es ist klar erkennbar, dass Gießereikoks und elektrischer Strom den Großteil der Emissionen verursachen. Die Energiewirtschaft und damit die Produktion elektrischer Energie unterliegen noch schärferen Vorgaben des Klimaschutzgesetzes – für eine Reduktion von 61 % bis 2030 verglichen mit 2020, d.h. 37 % für die Industrie. Daher soll der Strom möglichst schnell regenerativ erzeugt werden. Dies geschieht primär über Windkraftanlagen (WKA), aber auch Fotovoltaik (PV). Da viele Industrien, aber auch der Verkehr (Elektromobilität) oder die Wärmetechnik für Wärmepumpen CO2-frei produzierten Strom benötigen, liegt der Fokus der Politik auf der Energiewirtschaft. Für die Industrie hat dieser Ausbau jedoch auch wirtschaftliche Konsequenzen. Eine fehlende Grundlast durch geringere Volllaststunden der Anlagen für regenerative Energie führt zu einer stärkeren Volatilität im Strommarkt und somit auch bei den Preisen. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik (FIM/FIT) prognostizierte auf Basis des Klimaschutzszenarios des Öko-Instituts die Day-Ahead-Preise für 2030 und modellierte dabei einen mittleren Strompreis von 93 €/MWh. Im Vergleich dazu lag der mittlere Strompreis im Day-Ahead-Bezug 2018 bei 44 €/MWh. Außerdem steigt nicht nur der Preis im Mittel, sondern die Preisspanne von deutlich negativen Strompreisen von etwa -100 €/MWh bis zu Preisen um 300 €/MWh können die Wirtschaftlichkeit von Industrieunternehmen und besonders stromkostenintensiven Unternehmen stark beeinflussen. Die zunehmende Volatilität durch vermehrte erneuerbare Stromerzeugung ist deutlich erkennbar. Für Industrieunternehmen besteht vor diesem Hintergrund die Herausforderung darin, ihren Strombezug möglichst stark zu diversifizieren und eine solide Basis für günstigen Strom zu sichern. Hinzu kommt, dass der Strompreis in Deutschland sowohl für Haushalte als auch für die Industrie seit Jahren zu den höchsten in Europa und der Welt gehört [BMWi 2019, S. 52]. Für das wirtschaftliche Handeln bei energieintensiven Prozessen in Deutschland stellen daher die Strompreise eine besondere Herausforderung dar.
Um Unabhängigkeit von den am Markt angebotenen Strommengen zu erreichen, können Unternehmer Eigenstromerzeugungsanlagen installieren oder sogenannte Power Purchase Agreements (PPA) abschließen. Die Eigenstromanlage wird vom Industrieunternehmen selbst angeschafft und betrieben. Somit fallen dort die üblichen Betriebskosten an. Beim PPA wird die Anlage durch einen Dritten betrieben und ein Stromliefervertrag für die mit der Anlage erzeugten Strommengen ausgehandelt. Dadurch ergeben sich wirtschaftliche Unterschiede, die vor allem von der Marge des Betreibers der PPA-Anlage abhängen.
In der Gießereibranche setzen nach aktuellem Stand nur wenige Unternehmen auf Eigenenergieerzeugung (Bild 2). Lediglich PV-Anlagen sind bereits häufiger installiert oder es existieren Ausbaupläne. Solarthermie und Geothermie bieten meist nur Potenzial für die Einsparung der für Brauchwasser genutzten Heizkapazitäten. Jedoch kann oft aus den industriellen Prozessen Wärme abgeführt werden, um diese Bedarfsmengen zu decken. Aufgrund der in den meisten Regionen Deutschlands nur in großen Tiefen vorhandenen Wärme ist die Geothermie normalerweise nicht wirtschaftlich [Kaltschmitt et al. 2014, 766ff]. Wasserkraft ist genau wie Geothermie vor allem von den Voraussetzungen am Standort abhängig und für die meisten Unternehmen irrelevant.
Daher soll der Fokus im Weiteren auf den am meisten verbreiteten Anlagen liegen: Fotovoltaik- und Windkraftanlagen. Diese müssen zur Erreichung der Klima- und Ausbauziele in erheblichem Umfang ausgebaut werden. Um eine Orientierung zu geben: Je nach Szenario müssen noch etwa 220 bis 260 GW (2017 ca. 44 GW vorhanden) Erzeugerkapazitäten für Fotovoltaik und etwa 150 bis 170 GW (2017 ca. 50 GW vorhanden) Erzeugerkapazitäten für Windkraftanlagen an Land ausgebaut werden [Göke et al. 2021, S. 511] [BDEW 2018, S. 3]. Dieser Ausbau kann durch den Ausbau in der Industrie durch Eigenstromerzeugungsanlagen unterstützt werden, auch wenn diese primär der Deckung des Eigenbedarfs dienen sollen. Förderprogramme, die zur Unterstützung dieses erheblichen Ausbaus aufgelegt sind und auch die nächsten Jahre noch aufgelegt werden, steigern auch die Wirtschaftlichkeit bei Eigenenergieanlagen für Industrieunternehmen.
Die Fotovoltaik wurde Anfang der 2000er-Jahre von der Regierung in den Fokus des Ausbaus gestellt, sodass Deutschland zeitweise Weltmeister im Ausbau der PV-Kapazitäten war. Dadurch sanken die Preise für die Module und auch die Weiterentwicklung der Technik sorgte dafür, dass nunmehr der Wirkungsgrad bei 20 % liegt, was relativ gesehen eine große Steigerung für PV-Module ist [Fraunhofer ISE 2021, S. 29]. Diese Entwicklung wird sich auch in den kommenden Jahren fortsetzen.
PV-Anlagen können auf Dachflächen mit ausreichender Traglast errichtet werden (Bild 3). Bei Unternehmen, die seit Jahrzehnten oder gar Jahrhunderten bestehen und in älteren Hallen produzieren, könnte es problematisch sein, da die Anforderungen an Dächer strenger geworden sind. Dadurch sind Zusatzlasten neben erhöhten Anforderungen beispielsweise an Schneelasten nicht mehr möglich. Gerade bei Dachrenovierungen, Hallenneubauten oder aber Verwaltungsgebäuden sollte stets die Option einer PV-Anlage geprüft werden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die aktuelle Bundesregierung Maßnahmen zur Verpflichtung der Errichtung von PV-Anlagen auf Gewerbedächern in Erwägung zieht, sodass eine Beurteilung der Nutzung der Dachflächen möglicherweise in den kommenden Jahren auf gesetzliche Vorgabe hin erfolgen muss [Koalitionsvertrag 2021, S. 56].
Unter der Annahme, dass ein mittelständisches Industrieunternehmen mit Standort Düsseldorf die vorhandene Dachfläche von etwa 7000 m² mit einer PV-Anlage ausstatten will, ergibt sich eine installierte Leistung von etwa 518 kWp (Kilowattpeak) bei handelsüblichen Modulen. Sowohl WKA als auch PV-Anlagen wurden nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz mit 20 Jahren Laufzeit gefördert. Daher ist davon auszugehen, dass die Anlagen eine Mindestlaufzeit von 20 Jahren aufweisen, 30 Jahre sind realistisch erwartbar [Kaltschmitt et al. 2014, S. 431]. Eine jährliche Abnahme der Leistung ist bei PV-Anlagen jedoch zu berücksichtigen.
Zu Beginn ist also mit einer Produktion von etwa 560 MWh zu rechnen. Dabei schwankt die Produktion von etwa 20 MWh in den Wintermonaten bis 80 MWh in den Sommermonaten. Besonders relevant sind die Stromgestehungskosten, um die anfallenden Kosten mit einem Strombezug zu vergleichen. Die Stromgestehungskosten berücksichtigen die Investitionskosten sowie die laufenden Kosten der Anlage und setzten diese ins Verhältnis zur produzierten Strommenge. Je nach Standort und damit einhergehender Intensität der Einstrahlung liegen sie bei 4,63 bis 9,78 €Cent/kWh, im Mittel also bei etwa 7,205 €Cent/kWh; im Zeitverlauf bis 2030 und auch darüber hinaus sinken sie weiterhin leicht ab [UBA 2021, S. 26] [Kost et al. 2021b, S. 17].
Bei PV-Anlagen, die auf den eigenen Gebäudedächern installiert sind, muss kein Netzentgelt entrichtet werden, da keine Nutzung des öffentlichen Netzes vorliegt. Steuerrechtlich können verschiedene Modelle gewählt werden, in der Regel wird wohl eine Umsatzsteuer fällig, wenn über 10 % ins Netz eingespeist werden. Bei KMUs besteht dieser Fall in der Regel, da am Wochenende oft nicht produziert wird. Der Verbrauch z. B. von Servern reicht meist nicht, um die produzierte Menge zu verbrauchen, sodass über 10 % der Produktion eingespeist werden. Dies berücksichtigt liegen die Stromkosten der in der PV-Anlage produzierten Strommengen bei etwa 8,57 €Cent/kWh, was deutlich unter den mittleren Strompreisen für die Gießerei-Industrie von 16,28 €Cent/kWh [BDG 2021] und dem Durchschnitt der Industrie liegt. Diese sind für kleine Industriebetriebe auf 21,38 €Cent/kWh für das Jahr 2021 und für größere Industriebetriebe auf 11,49 €Cent /kWh im Jahr 2021 gestiegen [BDEW 2022, S. 27ff]. Das ergibt mögliche Einsparungen von etwa 2,92 bis 12,81 €Cent/kWh und damit für die Stromproduktion der PV-Anlage auf Basis der aktuellen Strompreise eine jährliche Stromkostenersparnis von 11 680 bis 51 240 €, im Mittel für Gießereien etwa 30 840 €. Wird der Strom am Wochenende eingespeist, lassen sich zusätzliche Einnahmen erzielen. Allerdings liegen die Einspeisevergütungen nur geringfügig über den Gestehungskosten oder entsprechen diesen sogar ungefähr, sodass kein oder nur ein geringer Gewinn durch Einspeisung zu erzielen ist [Fraunhofer 2021, S. 41]. Relevanter sind hingegen Speicher, vor allem in Bezug auf das Absichern bei Phasen schwacher erneuerbarer Stromerzeugung, bei denen die Preise höher sind. Dadurch ergeben sich andere Stromgestehungskosten, da die Speicherverluste zu berücksichtigen sind. Die Stromgestehungskosten steigen dabei von 4,63 bis 9,78 €Cent/kWh auf 6,58 bis 14,40 €Cent/kWh [Kost et al. 2021b, S. 18]. Die Ersparnis reduziert sich durch die höheren Gestehungskosten teils deutlich. Daher sollte die Kombination von Erzeugungsanlagen mit Speichern vor allem in den kommenden Jahren berücksichtigt werden, wenn die Ausbaupläne der Bundesregierung oder Szenarien verschiedener Studien umgesetzt werden und der dann dominierende Anteil erneuerbarer Stromerzeugung die Volatilität des Preises stärker beeinflussen. Vor allem kann dann auch bei günstigen Zeiten Strom für die Speicherfüllung bezogen werden, um weitere wirtschaftliche Vorteile aus den möglicherweise sogar negativen Preisen zu ziehen.
Bei WKA sind die Voraussetzungen zur Errichtung der Anlagen bereits andere als bei PV-Anlagen. Eine Onsite-WKA wird bei vielen Unternehmen nicht möglich sein, da gerade mittelständische Betriebe oft in der Nähe von Wohngebieten sind, sodass durch Abstandsregelungen eine Errichtung verhindern. In den meisten Fällen werden daher höhere Abgaben anfallen, da sich eine Netznutzung nicht vermeiden lässt. Ebenfalls fällt Umsatzsteuer an, sodass die Vorteile der deutlich niedrigeren Stromgestehungskosten durch höhere Abgaben nahezu ausgeglichen werden. Die Stromgestehungskosten für WKA Onshore lagen 2020 zwischen 3,94 und 8,29 €Cent/kWh, im Mittel bei 6,115 €Cent/kWh. Durchschnittliche Netzentgelte für Industriekunden betrugen 2020 2,70 €Cent/kWh [BNetzA 2021, S. 9]. Damit ergeben sich für Offsite-WKA Stromkosten von durchschnittlich 9,98 €Cent/kWh, was eine Differenz von 1,51 €Cent/kWh bis 11,4 €Cent/kWh ergibt. Wird die Anlage Onsite genutzt und entfallen damit die Netzentgelte beim Strombezug, können die Kosten, d. h. Gestehungskosten und Steuer, im Durchschnitt auf 7,28 €Cent/kWh gesenkt werden. Die Ersparnis im Vergleich liegt damit zwischen 4,21 €Cent/kWh für Großbetriebe und 14,1 €Cent/kWh für kleinere Betriebe.
Onshore-WKA haben üblicherweise eine Leistung von circa 4 MW [Windguard 2021, S. 6]. Damit ergibt sich eine jährliche Stromerzeugung von etwa 7,2 GWh. Die mögliche Ersparnis auf die Gestehungskosten gerechnet liegt damit in der Spanne von 216 514 € bis 725 143 €. Durch die deutlich größeren produzierten Strommengen ist die absolute Erlöshöhe der Einspeisung am Wochenende höher als bei PV-Anlagen, jedoch liegt auch hier die Einspeisevergütung je nach Modell nur geringfügig über den Stromgestehungskosten und liefert somit nur einen geringen Beitrag. Die Ergebnisse der Betrachtung für PV-Anlagen und WKA fasst Tabelle 1 zusammen.
PPA sind ihrer Form nach Stromlieferverträge, jedoch mit der Besonderheit, dass es sich hierbei meist um Anlagen für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien handelt. Vor allem Anlagen, die aus der EEG-Förderung fallen, können durch PPA weiter betrieben werden, da so die Wirtschaftlichkeit gesichert ist. Nach Einschätzungen von Huneke et al. [2021] werden PPA eine wichtige Rolle beim Ausbau der erneuerbaren Energien spielen. Bereits in den letzten Jahren ist eine Dynamik beim Ausbau von Anlagen außerhalb der EEG-Förderung, also über PPA, zu verzeichnen, wie in Bild 4 deutlich erkennbar ist. Wenn sich die Dynamik in den kommenden Jahren fortsetzt, wird dies eine wichtige Säule für den Ausbau erneuerbarer Energien im Kraftwerkspark Deutschland sein.
Vor allem für die Industrie können PPA aufgrund der kontinuierlich hohen Abnahmemengen ein Partner sein. Aber auch umgekehrt können PPA eine Rolle bei der zukünftigen Strombeschaffung für Industrieunternehmen übernehmen und eine Alternative zur Eigenerzeugung sein. Der Betrieb wird im Vergleich zur eigenen Anlage ausgelagert, eine Marge für den Betreiber ist jedoch zu berücksichtigen. Fazit und Ausblick Die Voraussetzung für die Errichtung von PV-Anlagen und WKA sind sehr unterschiedlich und lassen sich auch im Ergebnis der Umfrage des Projekts InnoGuss erkennen. PV-Anlagen sind eine einfachere Möglichkeit und bedeuten auch für das Unternehmen deutlich geringeren Aufwand, vor allem in Bezug auf die stark in der Kritik stehende Antragsdauer bei WKA. Die Rolle von PPA wird daher vermutlich weiter wachsen, dies ist aus den verstärkten Aktivitäten bei Think Tanks, Agenturen und Forschungsinstituten deutlich erkennbar. Auch für die nötigen Ausbaupfade zur Erreichung der Klimaziele scheint die Rolle der PPA immer bedeutender zu werden. Für Unternehmen werden sich in den nächsten Jahren viele Möglichkeiten ergeben, da immer mehr Anlagen aus der 20-jährigen EEG-Förderung fallen. Wie die Förderung über das EEG in Zukunft ausgestaltet wird, wirkt sich auch auf die Errichtung der Anlagen aus. Die Einspeisung am Wochenende ist auf Basis der Einspeisevergütung nach EEG geschätzt. Durch eine Umgestaltung des EEG könnten die Sätze steigen, da beispielsweise für PV-Anlagen die geltende Degression der Vergütung nicht mehr die aktuelle Situation widerspiegelt und somit die Wirtschaftlichkeit stark gefährdet [Ritter et al. 2021, S. 27].
Steht die eigene Anlage und ist in Betrieb genommen oder wird über einen PPA Strom bezogen, ist zu berücksichtigen, dass bei eigener Stromproduktion dann auch der Kraftwerkspark Deutschlands, der immer mehr aus gleichartigen Anlagen besteht, Strom produziert. Für die Zukunft empfiehlt sich daher der Einsatz von Speicherlösungen, damit die schwachen Wind- und Sonnenphasen zumindest teilweise überbrückbar sind. Im Mittel wird der kurzfristige Strompreis steigen, die Spanne der Strompreise wird jedoch stark in die Extreme ausschlagen. Für die Industrie, gerade die kontinuierlich produzierenden Unternehmen fordert dies, flexibler in der Produktion zu agieren, um die übermäßige Stromproduktion abzunehmen oder mit Speichern Überbrückungen für schwache Stromproduktionszeiten zu schaffen. Die Rolle der Industrie bei der Netzstabilität könnte dadurch auch eine andere sein – dies ist auch Gegenstand des Kopernikus-Projekts SynErgie.
Möglichkeit von eigenen Stromerzeugungsanlagen – PV-Anlagen bzw. WKA – prüfen und eine individuelle Wirtschaftlichkeit berechnen (lassen). Fördermöglichkeiten je nach Land, regionale Kooperationspartner und vor allem die eigenen Stromkosten beeinflussen die Wirtschaftlichkeit enorm.