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2004-01: Erneuerbare Energien in Österreich

Thema

Photovoltaik zur Energieversorgung von Taschenrechnern, Uhren und anderen Kleinstanwendungen ist jedermann seit vielen Jahren bekannt. Kann aber diese Technologie auch einmal in energiewirtschaftlichen Dimensionen dazu beitragen, den Energiebedarf der technisierten Menschheit dauerhaft und umweltverträglich zu decken ?

Photovoltaik - eine Option für die zukünftige Energieversorgung?

Von Hubert Fechner und Michael Heidenreich*

Immer mehr rücken die bläulich schimmernden stromerzeugenden Zellen in den Blickpunkt. Im Straßenbild Wiens werden seit kurzem auch die Schmieranlagen der Straßenbahnweichen mit Strom aus Solarzellen betrieben. Parkscheinautomaten, Notrufsäulen, Messstationen und Almhütten sind ja bereits länger die typischen Anwendungsbereiche von Solarzellen. Abseits der Stromnetze hat sich die Photovoltaik (PV) besonders auch in Entwicklungsländern für Wasserpumpsysteme und medizinische Einrichtungen etabliert.

Abbildung 1: Kumulierte Photovoltaikkapazität von 1988 -2000 in Österreich. Im Jahr 2000 haben Inselanlagen einen Marktanteil von 34,3% und netzgekoppelte Anlagen einen Anteil von 65,7% /1/

Die österreichische Marktentwicklung von 1988 bis 2000 zeigt Abbildung 1. Die jährlich neu installierten Photovoltaikkapazitäten erhöhten sich kontinuierlich um bis zu 52% pro Jahr von 81 kWp im Jahr 1988 auf 4874 kWp im letzten Jahr. Die solare Stromproduktion stieg auf etwa 3,2 GWh im Jahr 2000. Der 35%-ige Anstieg um 1272 kWp von 1999 auf 2000 resultiert überwiegend aus der steigenden Anzahl von Großprojekten. Weitere Beispiele für diesen Trend sind die 1,3 km lange Solar-Schallschutzmauer auf der Südautobahn bei Gleisdorf und die 2200 m² große Dachanlage in St.Veit/Glan, die den notwendigen Strom zur Produktion von thermischen Sonnenkollektoren generiert. Auch die Wiener Stadtverwaltung plant eine PV-Großanlage von immerhin etwa 850 m². Die Marktaufteilung verschiebt sich immer mehr von den Inselanlagen auf netzgekoppelte Systeme, die zwei Drittel der in Österreich installierten Leistung ausmachen. Diese Entwicklung wird durch günstige Förderbedingungen bzw. erhöhte Einspeisetarife in Kärnten, Oberösterreich, Steiermark und Vorarlberg forciert.
Die Preisentwicklung der Solarmodule von 1990 bis 1999 ist im Abbildung 2 dargestellt. Während der Kostentrend bis 1996 kontinuierlich um etwa 3% pro Jahr fiel, stabilisierten und stiegen die Modulkosten in den letzten Jahren durch die übergroße Nachfrage am Weltmarkt. Gründe hierfür sind die Förderprogramme in Deutschland, Japan, Holland und den USA. Da der weltweite Solarmodulmarkt überhitzt ist, werden die Modulkosten sicherlich auch weiterhin auf dem hohen Niveau bleiben.

Abbildung 2: Solarmodulkosten von 1990 bis 1999 /5/

Etwas anders sieht die Entwicklung der spezifischen Systemkosten für PV-Anlagen aus (siehe Abbildung 3). Diese konnten in Österreich im Durchschnitt um etwa 10% jährlich gesenkt werden. D.h. die Kostendegression wurde in den letzten Jahren durch Preisreduktionen bei den Komponenten und verkürzte Montagezeiten erreicht.

Abbildung 3: Spezifische Systemkosten für PV-Anlagen in Österreich von 1990 bis 1999
(Quellen: G. Becker und R.Haas)

Solarmodulproduktion

Neue Verfahren zur Solarmodulproduktion werden mit dem Ziel, eine materialschonende Herstellungsweise der dünnen Solarzellen zu ermöglichen, entwickelt und getestet. Gerade die Herstellung der dünnen Scheiben, das Sägen aus dem Block der Siliziumschmelze (polykristalline Zellen) bzw. aus dem gezogenen Einkristall (monokristallines Silizium) führt zu einem hohen Anteil an Abfällen des kostbaren Grundmaterials. Darüber hinaus sind die derart produzierten Siliziumscheiben aus diesen fertigungstechnischen Gründen noch wesentlich dicker als für den photoelektrischen Prozess notwendig wäre. Dünnschichttechnologien wie amorphes Silizium und Kupfer-Indium-Diselenid sind hoffnungsvolle Alternativen. Der Wirkungsgrad und die Stabilität dieser Zellen sind aber allgemein noch wenig zufriedenstellend. Die Wirkungsgradsteigerung bei den am Markt erhältlichen Zellen verläuft stetig, aber langsam /2/. Neue Materialien und die Erfolge im Labor lassen aber sehr wohl erkennen, dass das Ende der Entwicklung noch lange nicht erreicht ist.

Gebäude- und Fassadenintegration

Bei Photovoltaikanlagen auf Ein- und Mehrfamilienhäusern stellt sich stark die Frage nach der optimalen Gebäudeintegration. In letzter Zeit werden Photovoltaikmodule auch vermehrt in Fassaden integriert oder als gesamte Dachfläche verwendet. Der überwiegende Teil dieser innovativen PV-Anlagen wird in den hoch industrialisierten Ländern wie Deutschland, USA und Japan aber auch Österreich installiert. Wettbewerbe und Impulsprogramme wie z.B. das "Haus der Zukunft" führen dazu, dass vermehrt Architekten und Planer in die sehr dynamische Entwicklung der Solartechnologien eingebunden werden.
Das Marktsegment Gebäude- und Fassadenintegration von PV-Modulen beruht wesentlich auf der Mitfinanzierung durch Fördermaßnahmen nationaler oder europäischer Programme. Ziel dieser Programme ist es, neben der Marktdurchdringung von PV-Anlagen, die Solarzellen wie andere Standardbauelemente in die Gebäudehülle zu integrieren. Informationskampagnen und Wettbewerbe sind die Instrumente zur Verbreitung solarer Technologien in den Baubereich. Eine CD-ROM der Internationalen Energieagentur (IEA) Task VII - "Photovoltaic Power Systems in the Built Environment" zeigt eindrucksvoll gelungene Beispiele moderner Solararchitektur (www.demosite.ch).

Abbildung 4: Beispiel für Fassadenintegration am Forschungszentrum Hartberg
(Quelle: KW-Solartechnik Graz)

PV-Schallschutzmauern

Strengere behördliche Vorgaben (in Österreich) oder Gesetze für neugebaute Verkehrswege, erhöhte Einspeisetarife für den eingespeisten Solarstrom wie auch der Flächenbedarf von PV-Modulen sind Ursache für die sich ausbreitende Errichtung von PV-Schallschutzmauern. Schweiz und Deutschland sind Vorreiter dieser Marktentwicklung, die jetzt auch in Österreich steigendes Interesse findet. Ausgehend von den verschiedenen, bereits in Demonstrationsprojekten realisierten Konzepten und Architekturen wie:

• die auf bestehende Schallschutzmauern montierten PV-Modulen oder Schindeln,
• die vertikalen Einfach- oder Bifacialbauweise,
• die horizontale Zigzag-Konstruktion und
• die Kassettenform

wurden in einer Studie relevante Verkehrswege und durchschnittliche Einstrahlungen abgeschätzt und mögliche Installationspotentiale wie Erträge extrapoliert. [3]

F&E in Österreich

Die ersten Aktivitäten in der PV wurden durch die Energieversorger gesetzt. Die alpinen Anlagen am Hochlecken-Schutzhaus bzw. am Loser bei Altaussee haben fast schon geschichtliche Bedeutung. 1993 wurde österreichweit ein Breitentest für Photovoltaik durchgeführt, bei dem 110 Anlagen errichtet und detailliert vermessen wurden. arsenal research errichtete und betreute die Messstationen. Die Errichtung eines Prüfstandes für PV-Wechselrichter war damit in Zusammenhang zu sehen, da in der Anfangsphase, die Anforderungen bei der Umrichtung des Gleichstromes aus den Zellen in netzkompatiblen 50 Hz Wechselstrom ein Schwachpunkt war. arsenal research arbeitet derzeit an 4 EU-Forschungsprojekten im Zusammenhang mit Sicherheit, Zuverlässigkeit und Netzverträglichkeit bei PV-Anlagen.
Seitens der Forschung und Entwicklung ist vor allem auch Österreichs Mitarbeit im "Photovoltaik-Power-Systems Programme" der IEA zu erwähnen. An diesen von Dipl.-Ing. Heinrich Wilk (Energie AG) koordinierten Tätigkeiten beteiligen sich neben arsenal research auch der bedeutende heimische PV-Wechselrichterproduzent Fronius, der Verbund sowie die TU Wien.
Über eine Initiative des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie wurde eine von der Energieverwertungsagentur betreute Internetplattform mit dem Ziel des Technologie-Transfers eingerichtet (www.energytech.at/photovoltaik).
Seitens der Grundlagenforschung arbeiten die Kepler-Universität Linz am Gebiet der Kunststoff-Solarzellen (Prof. Sariciftci), sowie an der Universität Wien das Institut für Materialphysik an der Thematik der mikrokristallinen Dünnschicht-Solarzellen auf Glas. Am Atominstitut der österreichischen Universitäten arbeitet eine Gruppe um Prof. Summhammer an einem EU-Projekt zur optischen Gestaltung und Wirkungsgradoptimierung von Solarzellen.

Energetische Amortisation

Fast ausschließlich werden derzeit Silizium-Solarzellen eingesetzt, wobei kristalline Zellen mit etwa 80% gegenüber der amorphen Silizium-Technologie klar vorherrschen. Andere Technologien (Kupfer-Indium-Diselenid, Kadmium-Tellurid, Gallium Arsenid, etc...) sind am Markt derzeit relativ unbedeutend.
Derzeit wird das Grundelement Silizium noch aus Abfallprodukten der Halbleiterindustrie gewonnen. Die Anforderungen bezüglich Reinheitsgrad sind bei der Halbleiterindustrie wesentlich höher als für Solar-Silizium. Wird einmal eigenes Solar-Silizium produziert, so könnte der Energieverbrauch auf etwa 1/10 reduziert werden. Auch der Einsatz von Chlor (Trichlorsilan) wäre dann nicht mehr erforderlich. Damit ergibt sich eine massiv verbesserte Ökobilanz. Heutige Studien haben meist "Pilotproduktionen" zur Basis, was manchmal zu Aussagen über sehr hohe energetische Rücklaufzeiten und schädliche Emissionen führt. Wird aber eine "ausgereifte" Produktionstechnologie als Basis herangezogen, ist die Produktion von Solarzellen auch im Sinne der Umweltbelastungen in der Herstellung positiv zu bewerten [2].

Ziel einer dynamischen PV-Forschungs- und Technologieentwicklung ist es, die wirtschaftliche Einführung solarer Energieträger zu beschleunigen. Hierfür gilt es eine Infrastruktur zu etablieren, welche die innovative Entwicklung vorantreibt. Die Forschung und Entwicklung (F&E) kann nur dann auf einem hohen Qualitätsniveau gehalten werden, wenn die Marktnachfrage für Problemstellungen von Forschungseinrichtungen aufgegriffen und in konkurrierender Auseinandersetzung mit Mitbewerbern in Projekten umgesetzt werden. Wichtig ist die Kunden- und Marktnähe der Forscher und Entwickler bzw. für den Evaluator von F&E-Projekten der Nachweis des Marktbedarfs.
Für das Impulsprogramm "Haus der Zukunft" wurden von der AEE INTEC [4] verschiedene forschungsrelevante Themenschwerpunkte erarbeitet, die den Handlungsbedarf für die unterschiedlichen Applikationen gut wiedergeben (siehe Tabelle 1). Eingeflossen ist dabei eine Fragebogenaktion unter Solarfirmen wie auch die nachhaltige Ausrichtung des Impulsprogrammes.

Tabelle 1: Förderungswürdige Technologiebereiche /4/

Sonnige Aussichten

Was ist aber nun die langfristige Perspektive der Solarzellentechnik? Kann Sie aus der Nischenanwendung heraustreten? Kann sie jemals einen gesamtenergetisch bedeutenden Beitrag leisten? Theoretische Potentialüberlegungen - wie die überraschend wenigen 3% der Fläche Österreichs, die ausreichend sein würden, um Österreichs Gesamtenergiebedarf mit Photovoltaik zu decken - erstaunen, helfen aber nicht viel weiter. Technische und strukturelle Probleme gilt es zu überwinden, um die Paradetechnologie einer dezentralen Energieversorgung in einem traditionellen zentralen Stromversorgungssystem zu implementieren.
In der Umsetzung hat sich die Photovoltaik mittlerweile als integrative Komponente im innovativen Bauwesen ihren Platz geschaffen; wesentliche Aspekte dabei sind die Doppelfunktion als Solarfassade, Solardach, Sonnenschutzeinrichtung, gestalterisches Element oder als Kunstwerk. Die Tatsache, dass die großen Konzerne (unter anderem aus der Ölwirtschaft) mittlerweile in die PV Industrie eingestiegen sind - allen voran Shell, BP, Sanyo, Mitsubishi - lässt erahnen, dass auch große Wirtschaftsunternehmen eine klare Zukunftsoption in dieser Technologie erkennen. Es gibt in der Tat kaum eine Technologie am Energiesektor, der ein derartiges Zukunftspotential vorausgesagt wird. Der diskontinuierliche Anfall bedarf freilich einer flexiblen Abnahmestruktur, effizienter Speichertechnologien und eines ausgefeilten Lastmanagements.
Öffentliche Förderprogramme für Forschung und Entwicklung, sowie kostenäquivalente Einspeisetarife sind in der Einführungsphase die wichtigsten Maßnahmen. Wenn es darum geht, die Energieversorgung in einem mittelfristigen Szenario ohne atomare aber auch fossile Energie bereitstellen zu können wird die Photovoltaik sicherlich ihre Rolle einnehmen. Die möglichen weiteren Wirkungsgradsteigerungen und ein großes Kostensenkungspotential sind die Basis dieser optimistischen Prognose.

Literatur
[1] G. Faninger, Der Photovoltaikmarkt in Österreich 2000, herausgegeben vom Bundesverband Photovoltaik in der WKÖ
[2] N. Jungbluth at al., Literaturstudie Ökobilanz Photovoltaikstrom und Update der Ökobilanz für das Jahr 2000, www.esu-services.ch
[3] Thomas Nordmannn et al., "The potential of PV Noise Barrier technolgy in Europe", 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Glasgow, United Kingdom, Mai 2000
[4] AEE INTEC, Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE, Institut für Nachhaltige Technologien, "Österreichisches Netzwerk für Nachhaltige Wirtschafts- und Technologieentwicklung, Aktionsschwerpunkt Solarenergie", Gleisdorf, Juni 1999
[5] H. Wilk, "Der österreichische Photovoltaikmarkt und IEA-Forschungskooperationen", Solar 2000, Gleisdorf, September 2000

*) Dipl.-Ing. Hubert Fechner ist Leiter des Geschäftsfeldes Erneuerbare Energie beim Östrreichischen Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing. Michael Heidenreich ist Projektmanager am Östrreichischen Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]

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2004-01: Erneuerbare Energien in Österreich

Thema

Die Nutzung der Wasserkraft hat in Österreich eine weit in die Vergangenheit zurückreichende Tradition. Sie war jedoch auch sehr wechselhaft: Blütezeiten wie z.B. jene der industriellen Entwicklung in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts oder der steuerlichen Begünstigung in den 80er Jahren wechselten mit Phasen des Mühlensterbens der 60er und 70er Jahre. In den 90er Jahren brach allerdings der Boom infolge zunehmender öffentlicher Ablehnung und wirtschaftlichem Attraktivitätsverlust wieder ab.

Kleinwasserkraft im liberalisierten Strommarkt Österreichs

Von Reinhard Haas und Hans Auer*

Mit der im neuen Elektrizitätswirtschafts- und -organisationsgesetz (ElWOG 2000 /1/ ) vorgeschriebenen Quote von 8% Aufbringung aus Kleinwasserkraft ist jedoch deren Bedeutung in der österreichischen Elektrizitätswirtschaft wieder deutlich gestiegen. Die zentrale Frage lautet: Wird die 8%-Quote jemals erfüllt werden bzw. ist das Instrument der Quote ein ausreichender Anreiz um in neue Kleinwasserkraftwerke (bzw. in die Revitalisierung alter) zu investieren oder sind parallel dazu weitere Anreize erforderlich?

Bedeutung der Kleinwasserkraft in Österreich

Der Begriff der Kleinwasserkraft unterliegt keiner einheitlichen, international gültigen bzw. wissenschaftlichen Definition. Deshalb wird der Parameter der Engpassleistung als Kriterium zur Abgrenzung der Kleinwasserkraft herangezogen. Disaggregiert nach Bundesländern (bzw. Landesversorgungsgebieten) sind in Abbildung 1 für das Jahr 1998 die Engpassleistung und die jährliche Aufbringung der Kleinwasserkraft auf Basis der neuen 10 MW Grenze dargestellt.

Abbildung 1: Engpassleistung und jährliche Erzeugung der Kleinwasserkraftwerke in den einzelnen Landesversorgungsgebieten im Leistungsbereich von 20 kW bis 10 MW im Jahr 1998.
Quelle: Betriebs- und Bestandsstatistik 1998 /2/.

Wird die jährliche Aufbringung der Kleinwasserkraft im jeweiligen Landesversorgungsgebiet auf die entsprechende Gesamtstromabgabe bezogen, lässt sich innerhalb Österreichs ein starkes "West-Ost" Gefälle erkennen. Einerseits verzeichnet das Bundesland Tirol einen Anteil der Aufbringung aus Kleinwasserkraft bezogen auf die Gesamtstromabgabe von rund 20%, andererseits haben die Bundesländer Burgenland und Wien nur je ca. 0,5%. Diese großen Unterschiede sind insofern von Bedeutung, da die Bundesländer mit einem geringen Prozentsatz bei der Verpflichtung zur Erreichung der 8%-Quote im Rahmen des ElWOG 2000 äußerst ungünstige Voraussetzungen vorfinden.
Ausgehend von der gesamten Erzeugung der Kleinwasserkraft in Österreich von 4150 GWh im Jahr 1998 wird vom Bundeslastverteiler ein prozentueller Anteil bezogen auf die Gesamtstromabgabe errechnet. Dabei werden als Bezugsbasis jedoch nicht nur die Tarif- und Sondervertragskunden berücksichtigt, sondern es wird der gesamte österreichische Inlandsstromverbrauch ohne Pumpspeicherung als Berechnungsgrundlage verwendet, siehe Tabelle 1. Daraus ergibt sich für das Jahr 1998 eine Kleinwasserkraft-Quote in Österreich von 7,45%.

(*)vorläufige Werte

Tabelle 1: Stromverbrauch und Stromerzeugung aus Kleinwasserkraftwerken bis 10 MW in Österreich bezogen auf das Jahr 2000.
Quelle: Betriebs- und Bestandsstatistik, VEÖ 1998 /2/.

Potenzial der Kleinwasserkraft

Bei der Diskussion des Potenzials der Wasserkraft im allgemeinen bzw. der Kleinwasserkraft im speziellen muss zwischen verschiedenen Begriffen differenziert werden (siehe Pelikan (2000) /3/). Das ausbaufähige Potenzial ist das tatsächlich in der Praxis realisierbare Potenzial, das sowohl den unverzichtbaren wirtschaftlichen Kriterien (ausbauwürdiges Potenzial) als auch den zusätzlichen ökologischen Kriterien genügt. Laut /3/ lässt der Ausbau der Kleinwasserkraft derzeit bestenfalls einen Wert von rund 40% des ausbauwürdigen Potenzials realistisch erscheinen.
Basierend auf dieser Ausbauquote und dem bereits ermittelten Bestand für das Jahr 1998 mit einer Engpassleistung von 838 MW bzw. einer jährlichen Aufbringung von 4150 GWh/Jahr auf Basis der 10 MW Grenze leiten Auer/Kawann (2000) /4/ ein zusätzliches ausbauwürdiges Potenzial für Kleinwasserkraft kleiner 10 MW von 1270 MW (Engpassleistung) bzw. 6370 GWh/Jahr (Aufbringung) ab. D.h., das gesamte ausbauwürdige Potenzial für Kleinwasserkraft kleiner 10 MW beträgt in Österreich 2120 MW bzw. 10520 GWh/Jahr, siehe Abbildung 2.
Unter Berücksichtigung von ökologischen Kriterien liegt eine Schätzung in /4/ für das zusätzliche ausbaufähige Potenzial für Kleinwasserkraft kleiner 10 MW bei 970 MW bzw. 4840 GWh/Jahr. Das sind ca. 75% des zusätzlichen ausbauwürdigen Potenzials von 1270 MW bzw. 6370 GWh/Jahr. Insgesamt beträgt das ausbaufähige Kleinwasserkraftpotenzial kleiner 10 MW in Österreich somit 1820 MW bzw. ca. 9000 GWh/Jahr, siehe Abbildung 2.

Abbildung 2: Bestand im Jahr 1998, ausbauwürdiges und ausbaufähiges Kleinwasserkraftpotenzial kleiner 10 MW in Österreich.
Quelle: Auer/Kawann (2000) /4/

Ein Blick auf die Altersstruktur der österreichischen Kleinwasserkraftwerke (siehe z.B. Pelikan (1997) /5/) lässt erkennen, dass zur Realisierung dieser Potenziale neben dem Neubau von Anlagen weitere Möglichkeiten bestehen. Durch die Revitalisierung von bestehenden Kleinwasserkraftwerken gehen Haas et al (2001) /6/ davon aus, dass eine Erhöhung der Aufbringung von rund 20% (d.h. ca. 800 GWh/Jahr) möglich ist. Auch durch Erweiterung (Ausbau, etc.) bestehender Anlagen ist eine Mehrproduktion möglich. Und zwar deshalb, da der Konzeption früher andere Kriterien (wie z.B. in vielen Fällen der Eigenbedarfsdeckung und nicht das Ziel optimaler Ausnutzung des Wasserdargebots) zugrunde gelegt wurden. Besonders mit dem Ziel geringer ökologischer Veränderungen ist auch die Wiederinbetriebnahme stillgelegter Kleinwasserkraftwerke äußerst interessant, da wesentliche Strukturen wie Wehranlagen, Triebwasserwege, etc. oftmals noch erhalten sind. In Österreich wäre bei ca. 1000 Standorten eine Wiederinbetriebnahme möglich /5/.

Hemmnisse einer forcierten Kleinwasserkraft-Nutzung

Faktum ist, dass in den letzten Jahren in Österreich kaum noch neue Kleinwasserkraftwerke gebaut wurden, und nur in bescheidenem Ausmaß Revitalisierungen durchgeführt wurden. Im wesentlichen stehen drei zentrale Hemmnisse einem forcierten Ausbau der Kleinwasserkraftwerke gegenüber:

• hohen Investitionskosten für Neubauten,
• mangelnde Akzeptanz der Bevölkerung,
• ungünstige Erzeugungsstruktur über das Jahr

In bezug auf die zeitliche Entwicklung der Investitionskosten von Kleinwasserkraftwerken lassen sich zumindest über die letzten 20 Jahre keine signifikanten Entwicklungstrends feststellen. Praktisch liegen die Investitionskosten in einer Bandbreite von etwa 2180 bis 6540 €/kWel (exkl. MwSt), siehe Lechner et al (2001) /7/. Umgerechnet ergeben sich Stromgestehungskosten von ca. 42 bis 158 €/MWh (inkl. MwSt.) ¹⁾.
Spätestens seit den 90-er Jahren hat sich gezeigt, dass auch die mangelnde Akzeptanz in der Bevölkerung für neue Wasserkraftwerke eine weitere Entwicklung behindert. Aus Sicht der "Gegner" bedeutet der Bau eines Kleinwasserkraftwerks einen massiven Eingriff in das bestehende Ökosystem. Bei Flüssen und Bächen, die zu gewissen Jahreszeiten nur sehr wenig Wasser führen, kann bei Ausleitungskraftwerken der Restabfluss in Entnahmestrecken zu gering sein und damit die Fauna und Flora beeinträchtigen. Weiters werden Fische in ihren Wanderungen gestört (Abhilfe durch Fischaufstiegshilfen) und der Transport von Geschiebe kann temporären Behinderungen unterworfen sein.

¹⁾Annahmen: Volllastunden im Mittel 5.000 h/Jahr, Kalkulationszinssatz 5% bei einer Lebensdauer von 30 Jahren bzw. 7% bei einer Lebensdauer von 25 Jahren, Betriebskosten: 1,5% der Investitionskosten

Abbildung 3: Aufbringungsprofil von Kleinwasserkraftwerken im Vergleich zum Marktpreis 2000.
Quelle: Holzrichter et al (2001) /8/

Schließlich ist das zentrale Problem der Kleinwasserkraftwerke in einem liberalisierten Markt die Gegenläufigkeit von Verfügbarkeit der Wasserkraft und Marktpreis des Stroms über die einzelnen Monate eines Jahres, vgl. Abbildung 3. D.h. in den Sommermonaten, in denen der Großteil des Wasserkraftstroms produziert wird, ist der am Markt erzielbare Strompreis am niedrigsten.

Warum das Quoten-/Zertifikatsmodell scheitern wird

In bezug auf die Kleinwasserkraft wird durch das ElWOG 2000 mit der vorgeschriebenen 8%-Quote und dem geplanten Zertifikatshandel der grundsätzliche Fördermechanismus für die nächsten Jahre vorgegeben.
Grundsätzlich besteht dabei das Problem, dass durch die Gleichbehandlung von bestehenden und bereits abgeschriebenen Kleinwasserkraftwerken und von potentiell neu zu bauenden Anlagen zur Erreichung der 8%-Quote naturgemäß beträchtliche "Windfall Profits" lukriert werden könnten. D.h., Betreiber von abgeschriebenen Kleinwasserkraftwerken können ungleich höhere Gewinne erzielen als jene, die neue Kraftwerke bauen. Dadurch bestehen für eine Investition in diese "Grenzkraftwerke" unter den derzeit gegebenen Unsicherheiten wenig Anreize, siehe Abbildung 4.

Abbildung 4: Die überproportionale Begünstigung bereits abgeschriebener Kleinwasserkraftwerke durch sogenannte "Windfall Profits" im Vergleich zu den "Grenzkraftwerken" nahe der 8%-Quote.

Ökonomisch effizient wäre eine Quote, die sich nur auf neue Kleinwasserkraftwerke bezieht vgl. Huber et al (2001) /9/. Darum ist zusätzlich zum derzeit implementierten Quoten-/Zertifikatshandelssystem für einen weiteren geordneten Ausbau der Kleinwasserkraft ein zusätzliches stabiles Förderinstrument, das den Investoren eine gewisse längerfristige Sicherheit gibt, unumgänglich. In der Praxis haben sich vor allem Investitionszuschüsse gekoppelt mit Ausschreibungsverfahren (Bidding System) bzw. reine Investitionsförderungen - beide natürlich mit entsprechenden Vor- und Nachteilen behaftet - als geeignete Instrumente erwiesen.
Gemäß ElWOG 2000 (§61a) haben Netzbetreiber, inländische Stromhändler und Endverbraucher, die den vorgesehenen Anteil von 8% aus der Produktion von Kleinwasserkraft nicht nachweisen, eine Ausgleichsabgabe - im Sinne einer Penalty - abzugeben. Diese Ausgleichsabgabe hat sich an der Differenz zwischen den durchschnittlichen Produktionskosten von Kleinwasserkraftwerken und dem Marktpreis zu orientieren. Der Festlegung der Ausgleichsabgabe kommt somit eine zentrale Rolle für die Funktionsfähigkeit des Handels mit Kleinwasserkraftzertifikaten zu.Obwohl nach ElWOG 2000 mehrere Interpretationsmöglichkeiten der durchschnittlichen Produktionskosten möglich sind, ist prinzipiell nur die Interpretation der als durchschnittliche langfristige Grenzkosten sinnvoll. Nur so kann die vom Gesetzgeber geäußerte Intention nach einer Ausweitung der Stromerzeugung aus Kleinwasserkraft - und dies auch nur unter ganz gewissen Rahmenbedingungen - Rechnung getragen werden.
Dies führt zum Problem verschiedener Ausgleichsabgaben in den Bundesländern speziell dann, wenn diese in einzelnen Bundesländern niedriger sind, als die Kosten des Neubaus. Da ein Handel zwischen einzelnen Bundesländern vorgesehen ist, wird ein Neubau von Kleinwasserkraftwerken nur dann im erwarteten Ausmaß realisiert werden, wenn auch die niedrigste Ausgleichsabgabe in einem Bundesland höher ist als die Kosten des Neubaus. (Details: Auer/Haas 2001 /10/).

Schlussfolgerungen

Obwohl derzeit sowohl auf EU-Ebene als auch in Österreich ein hoher politischer Goodwill für eine forcierte Nutzung der Kleinwasserkraft vorhanden ist und andererseits durchaus noch beträchtliche Potenziale erschließbar sind, wurden in den letzten Jahren in Österreich praktisch keine nennenswerten Projekte mehr realisiert.
Mit dem im Rahmen des ElWOG 2000 vorgesehenen Quoten-/Zertifikatsmodell werden nun Anreize für einen entsprechenden Neubau von Kleinwasserkraftwerken gesetzt, um die Quote von 8% zu erreichen. Dieser Effekt wird jedoch nur dann eintreten, wenn die Ausgleichsabgabe österreichweit oberhalb der durchschnittlichen langfristigen Grenzkosten der Erzeugung aus neuen Kleinwasserkraftwerken abzüglich des Marktpreises angesetzt wird.
Sollte dies nicht der Fall sein, ist für einen weiteren geordneten Ausbau der Kleinwasserkraft zusätzlich zum derzeit implementierten Quoten-/Zertifikatsmodell ein weiteres stabileres Förderinstrument, das den Investoren eine längerfristige Sicherheit gibt, unumgänglich. Wir schlagen Investitionszuschüsse gekoppelt an ein Ausschreibungsverfahren vor, da dabei - bei effizienter Abwicklung - eine bestimmte Neubaukapazität mit geringeren Fördermitteln erzielt werden kann als bei reinen Investitionsförderungen. Durch Investitionszuschüsse wird natürlich auch der Zertifikatspreis nach unten verschoben, was zu einer volkswirtschaftlich effizienteren Lösung führt, da die "Windfall profits" für bestehende KWe geringer werden.

Literatur
/1/ ElWOG, Elektrizitätswirtschafts- und -organisationsgesetz, idFv BGBl. I Nr. 121/2000, Artikel 7, Wien, 2000.
/2/ Bundeslastverteiler, Betriebs- und Bestandsstatistik, 1998.
/3/ Pelikan Bernhard, Kleinwasserkraft - Bedeutung zwischen Vergangenheit und Zukunft. EVN Expertentreffen "Kleinwasserkraft im liberalisierten Strommarkt", Maria Enzersdorf, 13. April 2000.
/4/ Auer Hans, Cornelia Kawann, Blue Energy For a Green Europe (BlueAGE) - Small Hydro Power, Österreichischer Beitrag zum Alterner II Programm der Europäischen Union, Koordinator: Instituto di Economia delle Fonti di Energia, Universita Commerciale Luigi Bocconi, Milano, 2000.
/5/ Pelikan Bernhard, Aktueller Stand der Kleinwasserkraft in Österreich - Interdisziplinäre Gewässernutzungskonzepte als Planungs- und Realisierungshilfe. Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft, Seite 114-120, Jahrgang 49, Heft 5/6, 1997.
/6/ Haas Reinhard, Martin Berger, Lukas Kranzl, Strategien zur weiteren Forcierung erneuerbarer Energieträger in Österreich unter besonderer Berücksichtigung des EU-Weissbuches für erneuerbare Energien und der Campaign for Take-off, Forschungsprojekt im Auftrag von BMWA und BMLFUW, Wien, Mai 2001.
/7/ Lechner Herbert, Reinhard Haas, Hans Auer, Martin Berger, Claus Huber, Energiebinnenmarkt und Umweltschutz: Evaluierung für Österreich, Gemeinsame Studie von Energieverwertungsagentur (E.V.A.) und Institut für Energiewirtschaft (IEW) an der TU Wien, Wien, Jänner 2001.
/8/ Holzrichter Bernhard, Waltraud Winkler-Rieder, Reinhard Haas, Hans Auer, Lukas Kranzl, Nachhaltige Energieversorgungsperspektiven für die Region Lungau, Forschungsprojekt im Auftrag von BMLFUW, Land Salzburg und Regionalverband Lungau, Mauterndorf, Lochen, Wien, 2001.
/9/ Huber, Haas, Faber, Resch, Green, Ruijgrok, Twidell: "Action plan for a joint Green European electricity market", Bericht zum EU-Forschungsprojekt ELGREEN, Energy Economics Group, TU Wien, 2001.
/10/ Auer Hans, Reinhard Haas: " Perspektiven für eine forcierte Nutzung der Kleinwasserkraft in Österreich " Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft, 53, 7/8, 2001.

*) Ao. Prof Dr. Reinhard Haas ist Vizevorstand, Dipl.-Ing. Hans Auer ist Assistent am Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Arbeitsgruppe Energiewirtschaft, der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, TU Wien, http://www.tuwien.ac.at/iew [^]

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2004-01: Erneuerbare Energien in Österreich

Thema

Seit Beginn der 80er Jahre zeigt die Nutzung von Sonnenenergie mittels thermischer Kollektoren einen ansteigenden Trend. 1980 wurden in Österreich 23.000 m² Kollektorfläche installiert, und im Jahr 1995 wurde erstmals die 200.000 m² Grenze überschritten. Bis zum Jahresende 2000 waren in Österreich insgesamt 2,2 Mio. m² Kollektorfläche installiert. Damit liegt Österreich im europäischen Vergleich an einer Spitzenposition.

Beitrag von thermischen Kollektoren zur Energiebereitstellung in Österreich

Von Werner Weiß*

In Europa waren bis Ende des Jahres 1999 insgesamt 8,5 Millionen Quadratmeter Kollektorfläche installiert. Bemerkenswert ist dabei, dass 75% (6,4 Mio. m²) der Kollektorfläche in den drei Ländern Deutschland, Griechenland und Österreich montiert wurden, wobei Österreich bei der absolut installierten Kollektorfläche an dritter Stelle liegt. Bezieht man die im Jahr 1999 installierte Kollektorfläche auf die Einwohnerzahl, so liegt Österreich mit 17,5 m² vor Griechenland mit 15,2 m² und Deutschland mit 5,1 m² pro tausend Einwohner. Die Schlusslichter bilden Italien, Großbritannien, Belgien und Frankreich mit weniger als 0,5 m² Kollektorfläche pro tausend Einwohner (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Installierte Flachkollektorfläche pro tausend Einwohner im Jahr 1999 /1/. Im Durchschnitt sind in der EU 2,6 m² Kollektorfläche pro tausend Einwohner installiert.

Der Beginn der Entwicklung

Zu Beginn dieser Entwicklung, in den 80er Jahren, wurden in Österreich überwiegend Systeme für die Warmwasserbereitung in privaten Kleinanlagen, aber auch die ersten größeren Kunststoff-Absorberflächen für die Erwärmung von Schwimmbecken errichtet.
Die Fertigung der Kollektoren erfolgte ausschließlich in kleinen Gewerbe- und Handwerksbetrieben, die ihre Produkte zumeist auch nur auf einem regionalen Markt anboten. Die anderen Komponenten wie Speicher und Regelung wurden zugekauft und die Gesamtanlage vom Installateur kundenspezifisch angepasst.
Ab Mitte der 90er Jahre war eine deutliche Ausweitung der Anwendungsbereiche solarthermischer Anlagen zu verzeichnen. Ab diesem Zeitpunkt wurden die ersten Kombianlagen zur teilsolaren Raumheizung, Anlagen für Mehrfamilienhäuser und Hotels sowie solar unterstützte Biomasse-Nahwärmenetze errichtet.
Ausgelöst und unterstützt wurde die Erschließung neuer Anwendungsbereiche für thermische Solaranlagen durch Forschungs- und Förderprogramme von Bund und Ländern. Vor allem die Entwicklung von Systemen zur solaren Raumheizung lösten aufgrund der größeren erforderlichen Kollektorflächen und neuen Anforderungen an die Speicher zahlreiche Innovationen aus. Der Marktanteil dieser Kombianlagen (thermische Solaranlagen für Warmwasserbereitung und Raumheizungsunterstützung) an der installierten Kollektorfläche stieg kontinuierlich und überschritt 1998 erstmals die 50% Marke.

Abbildung 2: Einfamilienhaus in Österreich mit 22,7 m² nicht hinterlüfteter Kollektorfläche in der Fassade. Die Nachheizung erfolgt mit einer Kachelofen-Ganzhausheizung. Die Energieversorgung wird also völlig von erneuerbaren Energieträgern bereitgestellt.
Foto: AKS DOMA

Die größten Anlagen mit Kollektorflächen von über 1000 Quadratmetern wurden als Unterstützung von Biomasse-Nahwärmeanlagen errichtet. Diese Anlagen zur Wärmeversorgung (Raumheizung, Warmwasserbereitung) bestehen im Prinzip aus der Biomassefeuerung, der Solaranlage samt Pufferspeicher und dem Nahwärmenetz. Durch diese kombinierte Nutzung von Energie aus Biomasse und Solarstrahlung wird die Wärmeversorgung von Dörfern und kleineren Städten aus regenerativen Energiequellen bei höchstem Komfort möglich. Diese kombinierten Anlagen werden vorwiegend dort eingesetzt, wo aus ökonomischen und ökologischen Gründen der Heizbetrieb der Biomassefeuerung in den Sommermonaten nicht sinnvoll ist. Da sich erfahrungsgemäß viele Wärmekunden nur an das Nahwärmenetz anschließen, wenn ein Ganzjahresbetrieb angeboten wird, ist es besonders sinnvoll, die Warmwasserbereitung in den Sommermonaten mittels zentraler Solaranlage durchzuführen. Diese ist meist direkt am Dach der Biomasseheizwerkszentrale (Heizhaus und Brennstofflagerhalle) montiert. Aus den erwähnten Gründen haben in den letzten Jahren mehrere Betreiber von Biomassenahwärmenetzen ihre Anlagen mit einer Solaranlage ergänzt.

Vom lokalen Markt zum Exportschlager

Vor allem der Umstieg von gewerblicher auf industrielle Fertigung der Komponenten und Systeme gegen Ende der 90er Jahre ermöglichte eine Neuorientierung auf größere und über die Staatsgrenzen hinausreichende Märkte. Diese Entwicklung wurde durch signifikante Exportsteigerungen sichtbar.
Anfang der 90er Jahre betrug der Export von Kollektoren lediglich 1.200 m², bis zum Jahr 2000 konnte dieser Wert nahezu verhundertfacht werden. Besonders deutlich werden diese Steigerungsraten, wenn man die vergangenen zwei Jahre betrachtet. Im Jahr 1999 betrug der Exportanteil der in Österreich gefertigten Flachkollektoren 31% (60.108 m²). Im Jahr 2000 stieg dieser Anteil mit insgesamt 112.017 m² exportierter Fläche auf über 43%! Dies entspricht einer Exportsteigerung um 86,4% im Vergleich zu 1999! Dem steht ein Rückgang beim Import von 5.572 m² (1999) auf 4.329 m² (2000) bei Flachkollektoren gegenüber /2/ (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3: Import und Export von thermischen Solaranlagen /2/. Im Jahr 2000 beträgt die importierte Kollektorfläche nur mehr 4% der exportierten Fläche.

Ein weiteres positives Zeichen dieser Entwicklung ist die verstärkte Beteiligung von österreichischen Forschungseinrichtungen und Firmen an europäischen Forschungs- und Demonstrationsprojekten. Dies betrifft die Entwicklung von neuen Speicher- und Kollektortechnologien ebenso wie die Beteiligung an großen Demonstrations- und Know-how-Transferprojekten.
Ein großes Know-how-Transferprojekt wurde in Kooperation von SOLPROS AY in Finnland, der AEEIntec (Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE, Institut für Nachhaltige Technologien) und der Firma Sonnenkraft im Herbst dieses Jahres in Helsinki abgeschlossen. Im Rahmen dieses von der Europäischen Union mitfinanzierten Projektes wurden im Stadtteil Ekoviikki in Helsinki auf insgesamt sechs Mehrfamilienhäusern österreichische Solaranlagen mit einer Gesamtfläche von 1250 m² errichtet (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Eines von sechs Mehrfamilienhäusern im ökologischen Stadtteil "Ekoviikki" in Helsinki, das mit österreichischer Solartechnologie ausgestattet wurde. Die gesamt installierte Kollektorfläche beträgt 1250 m², das Gesamtspeichervolumen 73 m³.

Arbeitsplatzeffekte

Der jährlich erzielte Umsatz mit solarthermischen Anlagen stieg von € 15 Millionen im Jahr 1980 auf € 109 Mio. im Jahr 2000. Konnten mit der Produktion und Installation von solarthermischen Anlagen im Jahr 1980 lediglich 250 Personen beschäftigt werden, so waren es im Vorjahr schon nahezu 3000 Arbeitsplätze (siehe Abbildung 5).

Abbildung 5: Fast 3000 Arbeitsplätze wurden durch die Produktion von thermischen Solaranlagen in Österreich geschaffen.

Analysiert man den derzeitigen Beitrag der Solarthermie zur Wärmebereitstellung und das Potenzial bis 2010 für Österreich, so wird deutlich, dass es mittelfristig möglich ist, signifikante Beiträge zur Deckung des Wärmebedarfs solarthermisch bereitzustellen. Der derzeitige (2000) solare Beitrag zur Deckung des gesamten Warmwasser- und Raumheizungsbedarfs in Österreich beträgt 3,22 PJ oder 1,06%.
Die Europäische Kommission formulierte in ihrem 1997 veröffentlichten Weißbuch zu Erneuerbaren Energien /4/ für solarthermische Anlagen als Ziel, bis 2010 in den Mitgliedsländern der Union 100 Millionen Quadratmeter Kollektorfläche zu installieren. Die Erreichung dieses ambitionierten Zieles setzt bis 2010 in Gesamteuropa eine jährliche Zuwachsrate von 38% voraus. Dies würde eine Verdoppelung des derzeitigen Wachstums bedeuten. Wenn man davon ausgeht, dass die durchschnittliche Steigerungsrate in Österreich bis 2010 aufgrund des schon sehr gut entwickelten Marktes mit 20% etwas unter dem europäischen Durchschnitt liegen wird, dann kann die Kollektorfläche in den nächsten 10 Jahren vervierfacht werden. Dies entspricht einer gesamten in Österreich installierten Kollektorfläche von ca. 8 Mio. m². Damit können bei konstant bleibendem Endenergieverbrauch der Haushalte für Heizung und Warmwasser im Jahr 2010 rund 4,25% solar gedeckt werden.
Anzumerken ist dabei, dass sich solarthermische Anwendungen bisher nahezu ausschließlich auf Einfamilienhäuser konzentrierten. Die Bereiche der Mehrfamilienhäuser und der industriellen Niedertemperaturwärme wurden bisher noch kaum erschlossen. Gelingt es, diese zu nutzen, so sind größere Steigerungsraten als oben genannt durchaus im Bereich des Möglichen.

Literatur
/1/ Stryi-Hipp, G: Der Europäische Solarthermiemarkt, Tagungsband: Gleisdorf Solar 2000, Gleisdorf 2000
/2/ Faninger, G: Der Solarmarkt in Österreich 2000, Wien 2001
/3/ Internal Paper, IEA, Solar Heating and Cooling Programme, 2000
/4/ European Commission: Energy For the Future: Renewable Sources of Energy - White Paper for a Community Strategy and Action Plan COM(97)599 of 6.11.1997
/5/ European Commission: Green Paper - towards a european strategy for the security of energy supply, technical document, Brussels, 2000
/6/ Suter, J.M., Letz, T., Weiß , W.: Solar Combisystems - Overview 2000, IEA-SHC Task 26, 2000
/7/ Stryi-Hipp, G.: Der Europäische Solarthermiemarkt, 11. Symposium Thermische Solarenergie, Staffelstein 2001

*) Ing. Werner Weiß ist Geschäftsführer der AEEIntec (Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE, Insitut für nachhaltige Technologien). Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]

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2004-01: Erneuerbare Energien in Österreich

Thema

Bis 1994 war Raps der einzige Rohstoff für die Biodieselerzeugung. Seit 1994 ist es möglich, Altspeiseöl, wie es in Haushalten, Gemeinden und Gastronomiebetrieben anfällt, zu Biodiesel zu verarbeiten. Die Südsteirische Energie- und Eiweißerzeugungsgenossenschaft (SEEG Reg. Gen.m.b.H.) produziert seit 1991 Biodiesel.

Von der Pfanne in den Tank - Altspeiseölverarbeitung zu Biodiesel

Von Karl Totter*

Die Fettsammlung wurde neu entwickelt und organisiert. Mit dem Haushaltssammelküberl, den Sammelcontainern und dem Spezialsammelfahrzeug werden nach nun mehrjähriger Erfahrung ein bedienerfreundliches Gesamtkonzept angeboten. Gemeinden, Abfallwirtschaftsverbände und Gastrobetriebe haben die Möglichkeit, Mitglieder dieser Genossenschaft zu werden.
Mit der neuen Sammellogistik wird das anfallende Altspeiseöl und -fett gesammelt, von der anfallenden Menge von 3 kg/Einwohner und Jahr sind es in Österreich derzeit jedoch nur 1 kg/Einwohner. Für die Verarbeitung zu Biodiesel wird das Altspeiseöl bzw. -fett in mehreren Stufen gereinigt und der Umesterung zugeführt. Nach bestandener Qualitätsprüfung wird der Altspeisemethylester (Biodiesel) zwischengelagert oder je nach Bedarf gleich ausgeliefert.

Die Mitglieder bekommen pro Kilogramm Altspeiseöl 0,85 Liter Biodiesel für den Antrieb ihrer Dieselfahrzeuge rückgeliefert. Ungefähr 100 Gemeinden, Gastrobetriebe, eine Fast-Food-Kette, die Grazer Verkehrsbetriebe und verschiedene Transportunternehmer bedienen sich dieses Energiekreislaufes und fahren mit Biodiesel.

Die Verwertung des Altspeiseöles im Futtertrog bringt viele Nachteile wie Umweltbelastung, Verdrängung von gesundem Futtergetreide durch Abfall, Gesundheitsgefährdung der Menschen und dem Wertschöpfungsverlust für die Region. Durch die Veredlung der Wirtschaftsgüter Raps, Altspeiseöl und Fett zu Biodiesel bleibt die Wertschöpfung in den einzelnen Regionen. Die in Betrieb befindliche Biodieselanlage hat derzeit eine Kapazität von 3.700 Jahrestonnen und ist damit voll ausgelastet. Eine Erweiterung auf insgesamt 14.000 Jahrestonnen Biodiesel ist in Planung und soll im Jahr 2002/2003 realisiert werden.

Für die Altspeiseölverarbeitung zu Biodiesel wurde die SEEG im Februar 2001 unter 1230 Bewerbern aus 83 Ländern der Erde mit dem WORLD ENERGY GLOBE AWARD 2001 1. Preis in der Sparte Verkehr ausgezeichnet.

*) Ök. Rat Karl Totter ist Obmann der SEEG reg.Gen.m.b.H Murek. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, www.seeg.at [^]