Vollkosten pro kWh: Welche ist die günstigste Energiequelle?

Ist Braunkohle wirklich so günstig? Und was kosten eigentlich Solar und Wind im Jahr 2021? Hier sind die Vollkosten für Energiequellen pro kWh Elektrizität.

Die Kostenfrage ist immer die Gretchenfrage. Das gilt besonders beim effizienten Klimaschutz.

Wenn eine Maßnahme bei gleichem Budget doppelt so effektiv ist, dann macht es keinen Sinn auf die ineffektivere Maßnahme zu setzen.

Bei der Stromerzeugung sind die Kostenunterschiede sogar deutlich größer als eine Verdopplung.

Elektrizität aus Biomasse und Dachsolar ist rund 6 Mal so teuer wie aus neuen Wasserkraftwerken und dreimal so teuer wie aus neuen Kernkraftwerken.

Dabei ist es wichtig nicht nur die Stromgestehungskosten zu berücksichtigen, sondern auch Systemkosten und den CO2-Preis.

Hier sind die Vollkosten für 11 verschiedene Energieerzeuger am Standort Deutschland.

Die günstigsten Energiequellen pro kWh Elektrizität

Dies sind die Vollkosten für Energiequellen in Deutschland nach Eurocent pro Kilowattstunde Strom:

  • 2,59 €Cent/kWh AKW Verlängerung
  • 2,84 €Cent/kWh Wasserkraft
  • 3,86 €Cent/kWh AKW neu
  • 4,93 €Cent/kWh Braunkohle
  • 5,81 €Cent/kWh Gas & Dampf
  • 7,47 €Cent/kWh Steinkohle
  • 8,01 €Cent/kWh Solarpark
  • 8,88 €Cent/kWh Wind
  • 9,30 €Cent/kWh Gas
  • 10,04 €Cent/kWh Wind offshore
  • 11,94 €Cent/kWh Dachsolar
  • 12,64 €Cent/kWh Biomasse

Vollkosten nach Energiequelle in Deutschland - Vollkosten pro kWh: Welche ist die günstigste Energiequelle?

Die Laufzeitverlängerung von abbezahlten Kernkraftwerken um ein bis zwei Jahrzehnte ist die günstigste Art Strom zu erzeugen. Früher ist man von 40 Jahren Lebenszeit ausgegangen, weil unklar war wie lange ein Reaktordruckbehälter und bestrahlter Stahl einsatzfähig bleiben. Aus der Praxis ist klar geworden, dass Leichtwasserreaktoren Jahrzehnte länger laufen können. Die ersten Laufzeiten wurden auf 80 Jahre verlängert.

Auch der Neubau von Kernkraftwerken sowie Wasserkraftwerken ist dank langer Lebenszeiten günstig. Man geht heute von mindestens 80 Jahren bei Wasserkraft und mindestens 60 Jahren bei Kernkraft aus. Das Problem bei solch langen Zeiträumen ist der hohe Kapitalaufwand zu Beginn und das hohe Risiko einer Strompreis-Vorhersage im Jahr 2060, 2080 oder gar 2100.

Die fossilen Energieträger Kohle und Gas sind deutlich teurer als Kernkraft und Wasserkraft, bei einem Preis von 25€ pro Tonne CO2-Emissionen. Die höchsten Kosten hat die Biomasse. Ebenfalls teuer sind Wind und Solar, wegen ihrer hohen Systemkosten. Wenn Deutschland nicht schon so viel davon hätte, wären Windräder und Solarparks mit die günstigsten Energiequellen.

Was sind Stromgestehungskosten?

Stromgestehungskosten umfassen Kapitalkosten und variable Kosten über das Leben einer Energiequelle, unter anderem: 1

  1. Rohstoffbedarf
  2. Pacht
  3. Konstruktion
  4. Lohnkosten
  5. Instandhaltung
  6. Brennstoffe
  7. Rückbau
  8. Entsorgung

Es wird dabei der komplette Lebenszyklus betrachtet, von der grünen Wiese zum Kraftwerk und zurück zur grünen Wiese – inklusive Entsorgung.

Die Stromgestehungskosten unterscheiden sich global, je nach Rohstoffpreisen, Expertise und Klima:

  • In den USA sind Gaskraftwerke wegen dem Fracking-Erdgas nur zwei Drittel so teuer.
  • Russische Kernkraftwerke sind wegen der hohen Expertise nur zwei Drittel so teuer.
  • In Australien ist Photovoltaik wegen der vielen Sonnenstunden nur halb so teuer.

Die Zahlen hier im Artikel stammen aus Deutschland und Mitteleuropa. 2

Systemkosten Solarstrom in Deutschland - Vollkosten pro kWh: Welche ist die günstigste Energiequelle?

Was sind Systemkosten?

Zu den Stromgestehungskosten kommen noch Integrationskosten in das Stromnetz, die Systemkosten.

Für die meisten Energiequellen sind die Systemkosten konstant niedrig mit 0,1 bis 0,2 Cent pro kWh. Schnell regelbare offene Gasturbinen liegen sogar bei 0,05 Cent pro kWh. 3

Hohe Systemkosten verursachen dagegen die wetterabhängigen Erzeuger Wind und besonders Solar. Sie starten bei 1% Systemanteil mit rund 2 Cent pro kWh und steigen mit wachsendem Zubau: 4

  • 5% Systemanteil: 2,8 Cent/kWh Wind, 2,8 Cent/kWh Solar
  • 10% Systemanteil: 3,7 Cent/kWh Wind, 4,5 Cent/kWh Solar
  • 15% Systemanteil: 4,4 Cent/kWh Wind, 5,5 Cent/kWh Solar
  • 20% Systemanteil: 4,8 Cent/kWh Wind, 7,3 Cent/kWh Solar
  • 25% Systemanteil: 5,1 Cent/kWh Wind, 12,3 Cent/kWh Solar

Die Systemkosten von Solar steigen deutlich schneller als die von Wind, weil der Kapazitätsfaktor kleiner ist. Außerdem fällt die Solarstromerzeugung jeden Abend vollständig aus und trägt nichts zur Deckung der Jahres-Spitzenlasten an Winterabenden bei.

Bei den gegenwärtigen Systemanteilen in Deutschland von 10% Solar und 27% Wind 5 liegen die Systemkosten bei 4,5 Cent pro kWh Solar und 5,4 Cent pro kWh Wind.

Systemkosten Windkraft in Deutschland - Vollkosten pro kWh: Welche ist die günstigste Energiequelle?

Systemkosten von Erneuerbaren

Die Systemkosten für Wind und Solar stammen aus einer viertelstündlichen Betrachtung von Produktion und Verbrauch in Deutschland über ein Jahr. Es werden 6 Komponenten der Systemkosten berücksichtigt (1-6):

  1. Netz
    Der durch die Integration nötige Netzausbau und die Netzerweiterung.
  2. Regelenergie
    Kosten durch Netzeingriffe, insbesondere durch unerwartete Ausfälle.
  3. Backup
    Erwartete Ausfälle zum Beispiel für Wartung oder bei Flaute und Nachts für Wind und Solar.
  4. Überproduktion
    An sonnen- oder windreichen Tagen kann der zu viel produzierte Strom nicht verbraucht werden.
  5. Volllaststunden-Reduktion
    Solar und Wind können bestehende Kraftwerke nicht ersetzen. Sie senken aber deren Produktion und verursachen so zusätzliche Kosten.
  6. Kapazitätsanpassung
    Durch Wind und Solar wird ein Umbau des Kraftwerksparks nötig, z.B. Gaspeaker statt Grundlastkraftwerken.
  7. Flexibilität
    Steile Leistungsrampen von Wind und Solar erhöhen Verbrauch und Verschleiß bei fossilen Kraftwerken in Lastfolge.

Die letzten 4 Posten tauchen aufgrund der Abhängigkeit vom Wetter nur bei Wind und Solar auf. Die ersten 3 Posten spielen bei allen Energiequellen eine Rolle. Sie sind allerdings bei Solar und Wind kostspieliger, wegen der Entfernung zum Verbraucher, der ungenauen Produktionsvorhersage und den sehr häufigen Backup-Situationen. Die Systemkosten durch Flexibilität (7.) wurden nicht berücksichtigt, sie fallen aber wohl gering aus.

Viele der Systemkosten äußern sich an der Strombörse am niedrigen Wert von Wind- und Solarstrom sowie an insgesamt sinkenden Wert von Elektrizität beim Zubau von Wind und Solar. Deshalb ist in der Literatur auch die Rede vom Systemwert, etwa VALCOE 6 oder LACE 7. Ob man Systemwert oder Systemkosten betrachtet ist aus ökonomischer Sicht egal. Die Systemkosten sind aber deutlich besser vergleichbar.

In Deutschland werden Wind und Solar wegen ihrer Unvorhersehbarkeit nicht am Terminmarkt oder OTC gehandelt. Sie müssen sich mit den niedrigen Preisen am Spotmarkt begnügen. Selbst am Spotmarkt ist der Börsenpreis von Wind und Solar im Schnitt niedriger als der von anderen Energiequellen. Während dem vorübergehend hohen Systemanteil während dem nachfragearmen Corona-Lockdown 2020 sank der Wert von Wind- und Solarstrom durch Überproduktion sogar noch deutlich von 3 Cent pro kWh auf unter 1 Cent pro kWh.

Solche Gewinneinbußen werden in Deutschland nicht vom Verursacher getragen, sondern über die EEG-Umlage vom Stromverbraucher. Andere Komponenten der Systemkosten sind in Deutschland auch nicht nach dem Verursacherprinzip internalisiert. Das betrifft insbesondere den Netzausbau, die Volllaststundenreduktion und die Regelenergie.

Diese Kosten werden von Dritten übernommen, aber letztendlich auf den Stromverbraucher umgelegt in Form von hohen Strompreisen. Systemkosten sind in Deutschland also externe Kosten, die nicht vom Verursacher bezahlt werden.

Was sind externe Kosten?

Systemkosten sind nicht die einzigen externen Kosten. Eine große Rolle spielt auch die Sicherheit von Energiequellen, egal ob im laufenden Betrieb oder bei Unfällen. Jeden Tag sterben an der Luftverschmutzung durch fossile Brennstoffe und Biomasse rund 10.000 Menschen. Dagegen verblassen selbst die größten Energie-Unfälle wie Banqiao (200.000 Todesfälle), Machchhu (10.000 Todesfälle) und Tschernobyl (4000 Todesfälle).

Ein prominentes Beispiel für externe Kosten ist der Klimawandel. Ein Teil der Klima-Kosten wird in der EU über den Emissionshandel internalisiert, indem Stromerzeuger für ihre CO2-Emissionen bezahlen. Der Preis ergibt sich durch die Nachfrage am Markt und das begrenzte Angebot von Emissionszertifikaten pro Jahr (Cap and Trade).

Der aktuelle Preis liegt bei rund 25€ pro ausgestoßener Tonne CO2. 8 Damit wird hier im Artikel gerechnet. Um Solarparks und Windräder ohne Förderungen gegenüber Braunkohle konkurrenzfähig zu machen, müsste der Preis pro Tonne CO2 auf 55€ steigen.

Die Zertifikate werden jedes Jahr verknappt, wodurch der Preis langfristig steigt. Das wissen allerdings auch die fossilen Erzeuger. Die haben sich in den letzten Jahren mit Zertifikaten zu viel niedrigeren Preisen im einstelligen Euro-Bereich eingedeckt. Der aktuelle Preis ist also für bereits laufende Kraftwerke mit einem Vorrat an Zertifikaten leider nicht aussagekräftig.

Stark umstritten ist die faire Höhe des CO2-Preises um die tatsächlichen Kosten abzubilden. Die Berechnungen zu den sogenannten Social Costs of Carbon reichen von wenigen Euro bis Hunderten Euro pro Tonne CO2. Die Schadenshöhe hängt stark von Klimamodell, Klimafolgenerwartung, Kipppunkten und mehr ab. 9

Weitere externe Kosten neben den Klimaschäden sind vor allem Luftverschmutzung (!), Unfälle und Ressourcennutzung. 10 Die vom Klima unabhängigen externen Kosten sind bei Kohle und Öl am höchsten. Erdgas, Biomasse, Solar, Geothermie und Kernkraft liegen im Mittelfeld. Wind und Wasser erzeugen die niedrigsten externen Kosten.

Nur bei einer vollständigen Internalisierung der externen Kosten ist ein fairer Wettbewerb möglich. So lange es externe Kosten gibt, steigen die Kosten für das Gesamtsystem und die Endpreise für Verbraucher.

Was sind fixe & variable Kosten?

Fixe Kosten entstehen unabhängig davon wie viel Strom produziert wird. Es handelt sich um Kapitalkosten beim Bau, Rückbau und der Modernisierung eines Kraftwerks, inklusive der Finanzierung. Ebenso fix sind die Pacht, Gehälter von Mitarbeitern und Instandhaltungskosten.

Variable Kosten steigen, je mehr Elektrizität erzeugt wird. Dies sind also Kosten im täglichen Betrieb, insbesondere durch Brennstoffe und nutzungsbedingte Wartung.

Die Kosten klimaschädlicher fossiler Kraftwerke und Biomasse sind größtenteils Brennstoffkosten, also variable Kosten. Mit hohen variablen Kosten lohnt es sich nicht bei niedrigen Börsenpreisen Strom zu erzeugen.

Die Kosten klimafreundlicher Energiequellen Wind, Solar, Kernkraft, Geothermie und Wasserkraft sind größtenteils Kapitalkosten, also fixe Kosten. Diese Erzeuger können auch bei niedrigen Börsenpreisen einen Ertrag erwirtschaften.

Weil das Speichern von Strom unwirtschaftlich ist, lohnt es sich immer dann Strom zu erzeugen, wenn die Börsenpreise höher sind als die variablen Kosten. Das gilt sogar dann, wenn die Börsenpreise unter den gesamten Gestehungskosten liegen, also inklusive Fixkosten.

Das ist ähnlich wie im Tourismus. Ein Hotelzimmer kann nicht bis zum Folgetag “gespeichert” werden. Bevor ein Zimmer über Nacht leer steht lohnt es sich sogar das Zimmer zu verramschen, so lange der Zimmerpreis über den niedrigen variablen Kosten liegt (z.B. Putzen, Wäsche, Abnutzung).

Die Fixkosten mit kurzfristigen Profiten nur zum Teil zu decken ist besser als sie gar nicht zu decken. Weil Kraftwerke nicht beliebig schnell hoch und runterfahren, kann es sogar lohnenswert sein Strom für kurze Zeit unter den variablen Kosten zu verkaufen.

Auf lange Sicht müssen die Fixkosten natürlich gedeckt werden um einen Bankrott zu vermeiden. Höhere Preise an einem anderen Tag können den Schnitt über die Gestehungskosten heben.

Je älter ein Kraftwerk, desto geringer ist der finanzielle Druck durch Fixkosten. Komplett abgeschriebene Kraftwerke müssen keine Kapitalkosten mehr bedienen. Den Unterschied sieht man beim Kostenvergleich zwischen der Laufzeitverlängerung und dem 50% teureren Neubau von Kernkraftwerken.

Was ist der Abzinsungsfaktor?

Ein hoher Fixkosten-Anteil ist schlecht für die Finanzierung, weil der Amortisierungszeitraum dadurch verlängert wird. Je länger Investoren auf ihr Geld warten desto größer ist das Risiko durch Unwägbarkeiten wie Rohstoffpreise, Strompreise und ganz maßgeblich die Energiepolitik. Dieses Risiko zeigt sich in hohen Abzinsungsfaktoren.

Bei einer Verdopplung oder Verdreifachung des Abzinsungsfaktor von den hier verwendeten 3% steigen die Gestehungskosten. Das gilt um so mehr bei den kapitalintensiven Erzeugern Wasserkraft, Windkraft, Kernkraft und Photovoltaik: 11

  • Wasserkraft
    3%->6%: 155%
    3%->9%: 220%
  • Kernkraft
    3%->6%: 141%
    3%->9%: 194%
  • Photovoltaik
    3%->6%: 126%
    3%->9%: 155%
  • Windkraft
    3%->6%: 123%
    3%->9%: 149%
  • Kohle
    3%->6%: 112%
    3%->9%: 127%
  • Erdgas
    3%->6%: 105%
    3%->9%: 110%

Je höher der Abzinsungsfaktor, desto lukrativer werden klimaschädliche Kohle- und Gaskraftwerke mit niedrigen Kapitalkosten. Es ist also Aufgabe einer klimafreundlichen Politik den Abzinsungsfaktor für klimafreundliche Energiequellen niedrig zu halten. Das passiert durch Förderungen oder Garantien.

In Deutschland wird heute ohne weitreichende staatliche Garantien sowieso niemand mehr ein Kernkraftwerk bauen, egal wie lukrativ das ist. Die deutsche Energiepolitik hat jedes Vertrauen in Investitionen zerstört durch den Atomausstieg (2002), den Ausstieg aus dem Atomausstieg (2010) und den Ausstieg aus dem Ausstieg aus dem Atomausstieg (2011). Wie viel Vertrauen hätten Investoren, wenn morgen der Ausstieg aus dem Ausstieg aus dem Ausstieg aus dem Atomausstieg beschlossen wird?

Der Vertrauensverlust in langfristige Investitionen betrifft nicht nur Kernkraftwerke, sondern den gesamten deutschen Energiemarkt. Selbst bei den für die Energiewende notwendigen Gaskraftwerken gibt es durch die deutsche Energiepolitik eine große Unsicherheit.

Was sind Wärmegestehungskosten?

Die Wärmegestehungskosten für die Erzeugung von Prozesswärme oder Fernwärme in Kraftwerken sind niedriger als die Stromgestehungskosten. Das liegt daran, dass thermische Kraftwerke keine Elektrizität erzeugen, sondern Wärme.

Die Umwandlung von Wärme in Strom geschieht dann unter Verlusten. Die Wirkungsgrade bei modernen Kraftwerken sind ungefähr so:

  • ~40% Kernkraft, Kohle, Gas, Biomasse
  • ~60% Gas-und-Dampf-Kraftwerk

Das heißt umgekehrt, dass thermische Kraftwerke bei der Wärmeerzeugung deutlich effizienter und damit günstiger sind. Die Wärmegestehungskosten liegen bei gut einem Drittel der Stromgestehungskosten.

Die niedrigen Wärmegestehungskosten nutzt man bei der Kraft-Wärme-Kopplung. KWK-Kraftwerke mit angekoppelter Fernwärme oder Prozesswärme können ihre Gestehungskosten deshalb deutlich senken. Das Problem mit KWK und Fernwärme ist der extrem saisonale Bedarf, aber Prozesswärme wird das ganze Jahr gebraucht.

Welche ist die günstigste Energiequelle?

Die günstigste Art Strom zu erzeugen ist die Laufzeitverlängerung von Kernkraftwerken im Alter von 40 Jahren.

Um so tragischer ist es, dass wir unsere klimafreundlichen Kernkraftwerke nach nur 40 Jahren Laufzeit abschalten wollen. Noch ist es nicht zu spät sie zu retten: #SaveGER6

Quellen

  1. Projected Costs of Generating Electricity IEA (2020)
  2. Mittelwert der Kosten von IEA (2020) aus den mitteleuropäischen Ländern Deutschland, Österreich, Schweiz, Dänemark, Belgien, Frankreich und Niederlande. Wegen Datenmangel wird bei Steinkohle der globale Mittelwert verwendet und bei Biomasse der Mittelwert aus Italien. Bei heimischer Braunkohle wird wegen Datenmangel der Wert einer dedizierten Studie zu den deutschen Kosten verwendet Booz & co (2012)
  3. Nuclear Energy and Renewables: System Effects in Low-carbon Electricity Systems NEA-OECD (2012)
  4. System LCOE: What are the costs of variable renewables? Ueckerdt et al (2013)
  5. Nettostromerzeugung Energy-Charts (2020)
  6. Levelised Cost of Value-Adjusted LCOE IEA (2019)
  7. Levelized Avoided Cost of Electricity (LACE) EIA (2018)
  8. EU Emissions Trading System finanzen.net (Jan 2021)
  9. Why the social cost of carbon will always be disputed Pezzey (2018)
  10. Subsidies and costs of EU energy ECOFYS (2014)
  11. Levelised Cost of Electricity Calculator IEA (2020)

Dieser Beitrag hat 7 Kommentare

  1. Christopher Lüning

    Die Zahlen zu AKW neu sind für Europa falsch. Wir können von 10 ct / kWh locker ausgehen.

    1. Wie können die Zahlen denn falsch sein?

      Die IEA bezieht sich auf die Kosten eines Kernkraftwerkes der Generation III in Frankreich, womit höchstwahrscheinlich Flamanville gemeint ist. Das ist ein EPR-Prototyp. Was ist daran falsch?

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