Berechnung der Stromgestehungskosten von Multirotor-Windenergieanlagen für den Offshore-Einsatz

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der techno-ökonomischen Bewertung von Multirotor-Windenergieanlagen im Vergleich zu konventionellen Einzelrotoranlagen. Ziel war die Weiterentwicklung eines transparenten, anwendungsorientierten Berechnungstools auf Basis eines bereits bestehenden Tools, mit dem die Stromgestehungskosten (Levelized Cost of Energy, LCoE) für unterschiedliche Anlagenkonzepte systematisch analysiert und mit etablierten Referenzmodellen verglichen werden können. Auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche sowie Experteninterviews wurde ein Excel-basiertes Modell entwickelt, das die wesentlichen Kosten- und Ertragskomponenten auf eine 20-MW Einzelrotoranlage und drei Multirotorkonfigurationen mit fünf, 22 und 47 Rotoren anwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass die im Modell berechneten LCoE für die Referenz-Einzelrotoranlage mit 0,0789 €/kWh im Bereich aktueller Literaturwerte liegen und damit eine realistische Vergleichs Basis darstellen. Bei den Multirotoranlagen ergibt sich ein differenziertes Bild: Während Konfigurationen gleicher Leistung mit 22 oder 47 Rotoren deutlich geringfügigere LCoE (0,0707 €/kWh) erreichen, weist die Fünfrotoranlage sogar höhere Werte auf als der Einzelrotor. Dies deutet darauf hin, dass potenzielle Faktoren aus dem Square-Cube-Law und Skaleneffekte erst ab einer bestimmten Größenordnung wirksam werden. Auffällig sind zudem Unterschiede in der Kostenstruktur: Im neuen Modell entfallen für die Multirotoranlagen ca. 60 % der Kapitalkosten auf Balance-of-Plant-Kosten, etwas mehr als in Referenzstudien wie INNWIND. Gleichzeitig liegen die Betriebskosten im Modell durchweg höher, was die konservative Abbildung betrieblicher Unsicherheiten widerspiegelt aber auch Schwächen der gewählten Annahmen sichtbar macht. Die Arbeit zeigt damit sowohl die Einsatzmöglichkeiten als auch die Grenzen des entwickelten Tools auf. Während relative Vergleiche zwischen verschiedenen Konfigurationen zuverlässig möglich sind, besteht hinsichtlich der absoluten Werte insbesondere bei Betriebskosten und BoP weiterer Forschungs- und Validierungsbedarf. Zukünftige Arbeiten sollten die Modellierung um empirische Verfügbarkeitsdaten, detaillierte O&M-Analysen und Abschattungsmodelle erweitern, um das Potenzial von Multirotorkonzepten im Vergleich zu konventionellen Anlagen noch präziser zu bewerten.