Vor etwa 10 bis 15 Jahren schien „grüne Energie“ für reiche und wohlhabende Länder eine Unterhaltung zu sein: Die Energiekosten für Windmühlen und Solarkraftwerke waren unvergleichlich höher als die Kosten für eine Kilowattstunde aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Die Reduzierung des Treibhauseffekts, die Minimierung von Emissionen und andere Argumente für die Ökologie traten häufig in den Hintergrund, sobald es um die wirtschaftliche Komponente ging: Was bringt es schließlich, mit dem Bau einer Solarstation zu beginnen, wenn die Energie daraus stammt? viel teurer als zum Beispiel aus Kohle ...
Dann fand jedoch eine stille Revolution vor unseren Augen statt. In den letzten 10 Jahren sind die Energiekosten aus erneuerbaren Quellen um ein Vielfaches gesunken und haben die traditionelle Energie erreicht (und sind sogar niedriger geworden!), Während der Preis für Energie aus fossilen Brennstoffen etwa auf dem gleichen Niveau blieb, und im Fall von Atomkraft Energie hingegen nahm im Allgemeinen zu.
Warum wird grüne Energie so schnell billiger? Und wozu kann dieser Prozess führen? Wir haben die wichtigsten aus der Veröffentlichung von Max Roser, Herausgeber des Portals Our World in Data, ausgewählt.
Preis als bestimmender Faktor
Abbildung 1. Originalbild.
Heute fossile Brennstoffe - Kohle, Öl und Gas - entfallen etwa 79% der Energieproduktion der Welt. Dies hat schwerwiegende negative Folgen: Die obige Infografik vergleicht die Sterblichkeitsrate der Bevölkerung aufgrund von Luftverschmutzung (links) und die Menge der erzeugten Treibhausgase (rechts).
Die Verbrennung fossiler Brennstoffe macht 87% aller globalen CO2-Emissionen aus. Dies gefährdet nicht nur das Leben unserer Nachkommen, sondern die gesamte Biosphäre insgesamt. Und das ist der Grund für den Tod vieler Menschen in unserer Zeit: Jedes Jahr sterben diese Emissionen 3,6 Millionen Menschen weltweit. Dies ist sechsmal mehr als die Todesrate durch Mord, Krieg und Terroranschläge zusammen.
Aus Abbildung 1 geht hervor, dass Alternativen zu fossilen Brennstoffen wie erneuerbaren Energiequellen (RES) und Kernenergie um Größenordnungen sicherer und sauberer sind.
Aber warum ist die Weltwirtschaft dann immer noch auf fossile Brennstoffe angewiesen ?
Die Antwort ist einfach: Der Grund dafür ist, dass diese spezielle Art von Kraftstoff lange Zeit die billigste geblieben ist. Billiger als alle anderen Energiequellen. Aus diesem Grund liefert Kohle heute noch 37% des weltweiten Stroms. Gas steht an zweiter Stelle (24%). Und zusammen sind sie die größte Quelle des Treibhauseffekts und tragen 30% zu allen globalen Emissionen bei. Abbildung
2. Originalbild .
Schaubild 2 zeigt, wie stark sich der Strompreis aus nicht erneuerbaren Quellen in den letzten zehn Jahren verändert hat. Aus Gründen der Objektivität und Klarheit werden die Kosten in „normalisierten Stromkosten“ (NSE, LCOE) ausgedrückt. NSE sind die durchschnittlichen geschätzten Kosten der Stromerzeugung über den gesamten Lebenszyklus eines Kraftwerks (einschließlich aller möglichen Investitionen, Kosten und Einnahmen). Die NSE berücksichtigt die Kosten für den Bau des Kraftwerks selbst sowie die aktuellen Brennstoff- und Betriebskosten für die gesamte Betriebsdauer. Wenn also der NSE Ihres Kraftwerks höher ist als der anderer, müssen Sie sehr hart arbeiten, um einen Käufer für Ihren teuren Strom zu finden, und mit hoher Wahrscheinlichkeit werden Sie diese Idee zugunsten eines wirtschaftlich rentableren aufgeben Möglichkeit.
Wie aus Abbildung 2 hervorgeht, ist der Preis für Kernenergie in den letzten 10 Jahren gestiegen, der Preis für Gas ist gesunken und der Preis für Kohle ist nahezu unverändert geblieben. Was steckt hinter diesen Charts - wir werden etwas später sehen. Abbildung
3. Originalbild.
Abbildung 3 zeigt dasselbe Diagramm, jedoch mit einem wichtigen Zusatz: Es zeigt die Dynamik des Rückgangs der Stromkosten aus erneuerbaren Quellen (beachten Sie, dass alle Preise ohne Subventionen berechnet wurden). Schauen Sie sich an, wie sich die Situation mit den Kosten für erneuerbare Energien in den letzten Jahren radikal verändert hat. Wörtlich „gestern“ vor 10 Jahren war es viel billiger und rationaler, ein anderes Kohlekraftwerk zu bauen, als sich mit Solar- oder Windgeneratoren zu beschäftigen. "Wind" war um 22% teurer als Kohle und "Sonne" um bis zu 223%.
In den letzten 10 Jahren hat sich jedoch viel geändert. Im Jahr 2009 kostete Strom aus Photovoltaikanlagen 359 USD pro MWh, jetzt sind es 89% weniger. Und das Interessanteste: Um die Kosten für den Bau eines neuen Kohlekraftwerks wieder hereinzuholen, müssen Sie den Endverbrauchern einen höheren Energiepreis in Rechnung stellen als beim Bau eines Wind- oder Solarkraftwerks mit derselben Kapazität .
Dies ist eine wirklich grundlegende Änderung - und hat sich natürlich auf die Energiewirtschaft ausgewirkt. In den letzten Jahren hat sich die Wind- und Solarenergie rasant entwickelt: 2019 machten erneuerbare Energien 72% aller neu in Betrieb genommenen Kapazitäten aus.
Aber warum passiert das? Wie hat es grüne Energie geschafft, eine so schnelle Kostenreduzierung zu erreichen?
Tatsache ist, dass die Kosten für die Erzeugung von Energie aus fossilen Quellen (sowie aus Kernenergie) im Wesentlichen von zwei Faktoren beeinflusst werden:
- die Kosten des Kraftstoffs selbst;
- Betriebskosten des Kraftwerks.
Im Gegensatz dazu haben erneuerbare Energiequellen „freien“ Kraftstoff: Sie müssen nicht abgebaut und transportiert werden. Und die Betriebskosten sind deutlich niedriger. Der Hauptfaktor, der die Kosten für erneuerbare Energien bestimmt, ist die Produktionstechnologie selbst .
Von den kosmischen Preisen zum Massenmarkt
Machen wir einen kurzen Ausflug in die Vergangenheit und erinnern uns, wie die Photovoltaikindustrie gelaufen ist. Eine der ersten Erwähnungen der Kosten für Solarstrom stammt aus dem Jahr 1956. Dann waren es 1.865 USD pro Watt (Preise 2019 und inflationsbereinigt). Aber bei einem Watt geht es um nichts. Ein herkömmliches modernes Solarmodul, das auf dem Dach eines Hauses installiert ist, leistet etwa 320 Watt, und zu diesem Preis hätte es uns 1956 bis zu 596.800 US-Dollar gekostet. Natürlich war von Wettbewerbsfähigkeit keine Rede.
Aber dank der Weltraumforschung. Dank ihnen fand die erste praktische Anwendung der Sonnenenergie statt: 1958 wurden der amerikanische Satellit "Avangard-I" und der sowjetische "Sputnik-3" mit einer Solarbatterie versorgt. In den 1960er Jahren blieb die Raumfahrtindustrie der Hauptverbraucher der Photovoltaik. Die Nachfrage wuchs - und auch die Produktion und die Technologien wurden schrittweise optimiert. Infolgedessen gingen die Kosten für Solarmodule, wenn auch langsam, stetig zurück.
In den 1970er Jahren kam die "Weltraumtechnologie" schließlich auf die Erde. Die ersten bodengestützten Anwendungen von Sonnenkollektoren waren Versuche, schwer zugängliche Stellen zu elektrifizieren, die für den Anschluss an herkömmliche Stromnetze zu teuer waren: Leuchttürme, Bahnübergänge usw. Der Punkt oben links in Abbildung 4 sind die Kosten für ein Watt im Jahr 1976: 112 USD (inflationsbereinigt). Beachten Sie, dass die gesamte globale Solarenergieerzeugung zu diesem Zeitpunkt rund 0,3 MW betrug. Dies war natürlich bereits ein unerhörter Fortschritt (im Vergleich zu 1956 fiel der Preis um 94%!), Aber 0,3 MW sind leider noch weit von einem industriellen Maßstab entfernt. Abbildung
4. Originalbild .
Tatsächlich hat alles gerade erst begonnen ... Die Grafik in Abbildung 4, in der beide Skalen (Achsen) logarithmisch sind, zeigt deutlich, wie Jahr für Jahr bis zu unserer Zeit der Preis für Sonnenkollektoren das "Lernen" weitergegeben hat Kurve ": Während die Inbetriebnahme neuer Kapazitäten exponentiell zunahm, gingen die Kosten für Solarmodule exponentiell zurück. Je breiter die Produktion wurde, desto billiger wurden die Produktionskosten, und dies führte wiederum zu einer noch stärkeren Steigerung der Produktion - dies sind die gleichen Skaleneffekte, die wir fast überall finden. Außerdem half natürlich die staatliche Unterstützung, die aufgrund von Subventionen den Preis in den frühesten und teuersten Phasen senken konnte.
Die Fortschritte, die eine solche Preissenkung bei Solarmodulen ermöglicht haben, wirken sich tatsächlich auf den gesamten Herstellungsprozess aus. Unternehmen sind größer und effizienter geworden; F & E ist effektiver geworden; Die Produktion von Siliziumwafern wurde verbessert. der Umfang der Rohstoffgewinnung wurde erweitert; Module wurden stärker und langlebiger; Wettbewerb entwickelt; reduzierte Kapitalkosten der Produktion. Diese und viele andere große und kleine Verbesserungen prägten den Gesamtprozess, der zu kontinuierlichen Kosteneinsparungen führte.
Wenn wir die Kostensenkungsrate als eine Art „Lernrate“ betrachten, betrug diese Zahl bei Solarmodulen 20,2%. Die Herstellungstechnologie wurde schnell billiger, und zwischen 1976 und 2019 sanken die Kosten für Batterien von 106 USD auf 0,38 USD pro erzeugtem Watt. Eine ähnliche exponentielle Änderung der "Lernkurve" ist uns aus anderen Technologien bekannt: Das bekannteste Beispiel sind die Kosten für Computer (Prozessoren) und das berühmte "Mooresche Gesetz" .
Wir sind jedoch mehr an Preisen interessiert, nicht für Sonnenkollektoren, sondern für den tatsächlich von ihnen erzeugten Strom. In Abbildung 5 werden nicht erneuerbare Energien (Kernkraft und Kohle) mit erneuerbaren Energien (Solar-, Onshore- und Offshore-Wind) verglichen. Abbildung
5. Originalbild.
Diese Grafik ist ebenfalls logarithmisch und zeigt, dass sich auch hier die „Lernkurve“ wiederholt, die wir im Fall eines Preisverfalls bei Solarmodulen gesehen haben. Die Kosten für Ökostrom sinken mit steigender Produktion exponentiell. Mit jeder Verdoppelung der Produktion reduzieren sich die Kosten von 1 Watt um 36% (für Solarenergie) und 23% (Onshore-Windkraft). Energie aus Offshore-Windkraftanlagen ist jedoch immer noch relativ teuer - nur ein Viertel billiger als Atomkraft und etwas teurer als Kohle. Experten erwarten jedoch in den nächsten Jahren einen raschen Rückgang der Kosten für diese Art von Energie, vor allem aufgrund größerer Turbinen und einer höheren Auslastung aufgrund konstanten Windes.
Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen zeigt somit die Dynamik eines raschen und stetigen Rückgangs. Was ist mit traditioneller Energie?
Weltkohlepreis von 2010 bis 2019 von 111 $ auf 109 $ gesunken, d.h. um nur 2% - vor dem Hintergrund, dass die Kosten für Solar 89% und für Wind 70% gesenkt wurden. Die Stagnation der kohlebefeuerten Strompreise in den letzten 10 Jahren ist nicht überraschend. Historisch gesehen ist die Dynamik seiner Kosten nie der "Lernkurve" gefolgt: Sie war und ist relativ billig. Aber es wird nicht mehr viel billiger. Erstens haben moderne Kohlekraftwerke wenig Raum für signifikante Effizienzgewinne: Die effizientesten Unternehmen erreichen einen Wirkungsgrad von 47% und durchschnittlich etwa 33%. Zweitens wird der Preis für kohlebefeuerten Strom weitgehend von den Kosten der verbrauchten Rohstoffe bestimmt bis zu 40% der gesamten Produktionskosten. Selbst wenn der Preis für den Bau von Kohlekraftwerken erheblich sinkt und deren Effizienz steigt, wird der Kraftstoffpreis die Dynamik der Kostenreduzierung blockieren.
Im Gegensatz dazu ist der Preis für Strom aus Gas in den letzten 10 Jahren um 32% auf 56 USD pro MWh gesunken. Einer der Gründe ist die Reduzierung der Baukosten von Verarbeitungsbetrieben. Ein weiterer Grund ist jedoch viel wichtiger: ein deutlicher Rückgang des Gaspreises selbst als Rohstoff nach dem Höchststand der Kosten im Jahr 2008, auch aufgrund eines gestiegenen Angebots an hydraulischer Fracking-Technologie. Dieser Rückgang der Rohstoffpreise ist jedoch nur vorübergehend: Der Gaspreis ist heute tatsächlich höher . als vor zwei oder drei Jahrzehnten. Es ist unwahrscheinlich, dass dies auch in Zukunft so bleibt, und es besteht offensichtlich keine Notwendigkeit, über eine "Lernkurve" in Bezug auf die Kosten für Gasstrom zu sprechen.
Wie aus Abbildung 5 hervorgeht, ist die Kernenergie im Allgemeinen im Preis gestiegen, und dieser Trend wird sich langfristig fortsetzen. Der Bau von Kernkraftwerken ist teurer geworden, auch weil die Branche die Regulierung verschärft hat. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren nicht so viele neue Kernkraftwerke auf der Welt gebaut, und infolgedessen gab es keine Skaleneffekte. Daher sind die durchschnittlichen weltweiten Kosten für Kernenergie (wie NSE) im Allgemeinen gestiegen. Dies negiert jedoch nicht die ziemlich große Streuung der Preisentwicklung zwischen einzelnen Ländern und Regionen. Wenn beispielsweise in den USA und in Großbritannien die Preise und die Bauzeit der Bahnhöfe erheblich gestiegen sind, blieben sie in Frankreich und Südkorea auf dem gleichen Niveau. Laut einer Reihe von Experten ist es Ländern, in denen der Bau von Reaktoren am standardisiertesten ist, gelungen, einen Preissprung zu vermeiden. Wenn die Standardisierung weit verbreitet wird und das Wachstum der Anzahl neuer Kernkraftwerke nicht mehr stagniert, besteht die Möglichkeit, dass die Kosten für Kernkraft sinken.Es ist unwahrscheinlich, dass es jemals die exponentielle Dynamik der Kosten für erneuerbare Energien erreichen wird, aber es wird in der Lage sein, erneuerbare Energien effektiv zu ergänzen, wenn letztere mit Problemen konfrontiert sind. Vergessen Sie außerdem nicht die möglichen Aussichten für thermonukleare Reaktoren, die theoretisch das weltweite Stromversorgungssystem vollständig verändern können.
Fazit
Warum werden erneuerbare Energien so schnell billiger? Wie aus den obigen Argumenten hervorgeht, besteht das Hauptmerkmal, das erneuerbare Energien grundlegend von fossilen Brennstoffen unterscheidet, darin, dass ihre Kosten einer exponentiellen „Lernkurve“ folgen. Kraftwerke, die erneuerbare Quellen nutzen, erfordern keine Brennstoffkosten und sind relativ kostengünstig zu betreiben und zu warten. Ihr Preis (NSE) hängt ausschließlich von den Technologiekosten ab. Und diese Technologien - ob Solar-, Wind- oder Speichertechnologien - folgen einer Lernkurve: Jede Verdoppelung der Kapazität führt zu einer entsprechenden Kostensenkung. Je weiter verbreitet Wind- und Photovoltaikgeneratoren sind, desto schneller sinken ihre Kosten.
Je mehr grüne Energie wir heute einführen, desto mehr können wir aufgrund von Kostensenkungen morgen einführen. Dementsprechend werden wir durch die Ausweitung des Einsatzes erneuerbarer Energiequellen gleichzeitig zwei Probleme lösen: Wir werden die negativen Folgen von Emissionen und den Treibhauseffekt verringern und, was vielleicht noch wichtiger ist, billigeren Strom erhalten. Und dies wird letztendlich zu einer Erhöhung des Realeinkommens der Bevölkerung, zu Wirtschaftswachstum und Armutsbekämpfung führen.
