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Jun 13, 2023

Engpässe bei der Windenergie zwischen China und dem Westen bremsen die Einführung grüner Energie

Windkraftanlagen, die sauberen Strom erzeugen, brauchen Magnete aus China und Lager aus dem Westen. Aber der reibungslose Handel mit solchen Gütern, der für eine Energiewende weg von fossilen Brennstoffen von entscheidender Bedeutung sein wird, ist es

Windkraftanlagen, die sauberen Strom erzeugen, brauchen Magnete aus China und Lager aus dem Westen. Doch der reibungslose Handel mit solchen Gütern, der für eine Energiewende weg von fossilen Brennstoffen von entscheidender Bedeutung sein wird, ist gefährdet.

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Westliche und chinesische Windkraftunternehmen sind seit jeher eng miteinander verbunden und müssen nun strafende Einfuhrzölle und Engpässe in der Lieferkette überstehen, da sie bei wichtigen Komponenten weiterhin voneinander abhängig sind.

In den 1890er Jahren baute der dänische Wissenschaftler und Erfinder Poul la Cour mit staatlicher Unterstützung den ersten windbetriebenen Stromgenerator in Askov, Dänemark, und legte damit den Grundstein für die moderne Windkraftindustrie. Vestas, ein dänisches Unternehmen, dessen Wurzeln auf eine 1898 gegründete Schmiede zurückgehen, begann in den 1970er Jahren mit der Herstellung moderner Windkraftanlagen. Bis 2021 gab Vestas an, „mehr Windenergie installiert zu haben als jeder andere“ und hatte mit 17,7 % den größten Anteil an den 29.234 in diesem Jahr weltweit installierten Windkraftanlagen.

Vestas spielte auch eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der chinesischen Windkraftindustrie.

Daher blieb es im Jahr 2022 nicht unbemerkt, als das chinesische Unternehmen Goldwind Vestas als weltweit führendes Windkraftunternehmen überholte, indem es 12,7 GW oder 14,76 % der weltweiten Windkraftanlagen installierte, verglichen mit 12,3 GW (14,30 %) bei Vestas.

Der Aufstieg von Goldwind fiel mit einem Boom zusammen, der zu einer installierten Windkraftkapazität von derzeit 380 GW in China führte, von der 95 % seit 2010 installiert wurden. Das Land bezieht mittlerweile 14 % seiner gesamten Energiekapazität aus der Windkrafterzeugung. Im Jahr 2021 erzeugte China 382.814 Gigawattstunden (GWh) Windkraftstrom, 71,55 % mehr als die Vereinigten Staaten, der weltweit zweitgrößte Windkrafterzeuger, wie Daten der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien zeigten.

In den frühen 2000er Jahren forderten Chinas größte Windkraftunternehmen die westlichen Windkraftführer heraus und heizten den Wettbewerb an. Hersteller wie Vestas wurden aus China verdrängt und hohe westliche Einfuhrzölle machten es für chinesische Hersteller kostspielig, ihre billigeren und größeren Turbinen in Europa und Nordamerika zu verkaufen.

Chinesische Hersteller von Windkraftanlagen sind faktisch vom Zugang zu den größten Märkten des Westens ausgeschlossen und verkaufen ihre Waren nun andernorts. Dabei nutzen sie niedrigere Markteintrittsschwellen in Asien, Afrika, Osteuropa, Mittel- und Südamerika sowie im Nahen Osten.

Ende 2022 hatte beispielsweise Goldwind einen Auftragsbestand von 2,09 GW in Asien außerhalb Chinas und 1,20 GW im Nahen Osten und Afrika. Im Vergleich dazu beliefen sich die europäischen Bestellungen für alle chinesischen Windkraftanlagen auf 186 MW. Die nordamerikanischen Bestellungen beliefen sich auf 12 MW.

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In den späten 1980er-Jahren verfügte China über keinerlei Fachwissen für den Bau, die Wartung oder die Wartung von Windkraftanlagen, was Vestas und anderen die Tür weit offen ließ.

Im Jahr 1986 erfolgte der Markteintritt von Vestas in China, was den Beginn der chinesischen Windenergiebranche markierte. Zwei Jahre später half ein Zuschuss der dänischen Regierung in Höhe von 3,2 Millionen US-Dollar beim Aufbau von Xinjiang Wind Energy. Bald darauf entstand in Dabancheng, Xinjiang, im Nordwesten Chinas, Chinas erster Windpark mit 13 Turbinen mit jeweils 150 Kilowatt Leistung – winzig im Vergleich zu den 16 MW-Turbinen, die heute in Chinas Offshore-Gewässern stehen.

1987 wechselte Wǔ Gāng 武钢, ein ehemaliger Professor für Wasserkrafttechnik, zu Xinjiang Wind Energy und arbeitete bei Dabancheng. 1998 gründeten Wu und einige seiner Kollegen mit Unterstützung Pekings Goldwind mit einem einfachen Ziel: Chinas eigene Windkraftanlagen zu bauen.

Im Jahr 1990 stellte Xinjiang Wind Energy im Zuge der Entwicklung hin zu einer unabhängigen Fertigung den Import ganzer Turbinen ein und begann mit dem Kauf von Ersatzteilen. Es sollte fast ein Jahrzehnt dauern, bis das Unternehmen die S600, Chinas erste im Inland hergestellte Windturbine, produzierte, aber von diesem Zeitpunkt an nahm die heimische Windindustrie Chinas Fahrt auf.

Chinas Regierung litt jahrzehntelang unter erstickender Umweltverschmutzung, die mit der Industrialisierung einhergeht, und beugte sich den Preisschocks, die mit der Tatsache einhergehen, dass sie ein Nettoimporteur von Öl ist. Deshalb hat sie 2003 eine Windkraftkonzession ins Leben gerufen, um chinesische Unternehmen zu ermutigen, im Bereich der erneuerbaren Energien zu konkurrieren. Scheinbar über Nacht erschienen Dutzende inländische Hersteller von Windkraftanlagen auf der Bildfläche.

Dann drehte sich der Wind. Im Jahr 2005 verlangte die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission, dass alle neuen Windturbinen in China zu mindestens 70 % mit im Inland hergestellter Ausrüstung gebaut werden müssen, was es für Vestas und andere internationale Windunternehmen schwieriger machte, in China profitabel zu operieren. Bis 2007 installierten chinesische Windkraftunternehmen 55,9 % der neuen Windkrafterzeugungskapazität Chinas und übertrafen damit erstmals die Konkurrenz aus Übersee.

Als China 2010 die 70-Prozent-Lokalisierungspolitik aufgab, hielt Vestas in China lediglich einen Marktanteil von 2 Prozent. An seine Stelle trat eine Gruppe chinesischer Hersteller, angeführt von Goldwind, Windey (gegründet 2001), Mingyang Smart Energy (2006), Sany Heavy Energy (2008) und Envision (ebenfalls Hersteller von Batterien, Software und Netzwerken für Elektrofahrzeuge). CO2-neutrale Industrieparks, gegründet 2017).

Im Jahr 2022 wurden 98 % des chinesischen Windmarkts von 10 chinesischen Unternehmen gehalten. Die fünf oben genannten Unternehmen kontrollierten 45 % des Marktes.

Wie im Fall von Goldwind, das Vestas mit Unterstützung der dänischen Regierung mitgestaltete, begannen die größten chinesischen Windturbinenhersteller damit, westliche Turbinen zu kopieren, westliche Technologie zu erwerben oder Partnerschaften mit westlichen Herstellern einzugehen. Westliche und chinesische Windkraftunternehmen waren stark voneinander abhängig, manchmal sogar ungesund.

Nachdem beispielsweise das chinesische Windkraftunternehmen Mingyang an der New Yorker Börse notiert wurde, gab es 2011 gegenüber der Börsenaufsichtsbehörde (Securities and Exchange Commission) zu, dass seine Position beeinträchtigt werden könnte, wenn es seine Lizenzvereinbarung mit dem langjährigen deutschen Partner Aerodyn Energiesysteme, einer Turbine, verliert und Rotorblatt-Ingenieurunternehmen. Zuvor hatte Mingyang gegenüber den Aktionären seine Partnerschaft mit Aerodyn als „Zusammenarbeit“ bezeichnet.

Es gibt auch mehrere Berichte über den Diebstahl geistigen Eigentums chinesischer Windkraftunternehmen von Wettbewerbern im Ausland. Im Jahr 2018 wurde beispielsweise der chinesische Windturbinenhersteller Sinovel wegen Diebstahls des Quellcodes des US-Unternehmens AMSC für die Computersysteme verurteilt, die dabei helfen, den Stromfluss von Windturbinen ins Netz zu regulieren.

Trotz der turbulenten Beziehung zwischen Chinas führenden Windkraftunternehmen und ihren westlichen Mentor-Konkurrenten sind sie alle immer noch auf einander angewiesen, um die Rotorblätter in Gang zu bringen, wenn es um die Herstellungs- und Lieferketten geht, die der Branche zugrunde liegen.

Heutzutage ist der Handel mit Turbinenkomponenten, darunter hochentwickelte Lager und Seltenerdmetalle, ein Bereich, in dem sowohl westliche als auch chinesische Windkraftunternehmen konkurrieren und zusammenarbeiten müssen.

Die Hauptkomponenten von Windkraftanlagen sind die Türme (bestehend aus Leitern, Kabeln und Plattformen), die Gondel (die Gondel auf dem Turm, in der sich der Generator, das Getriebe, der Antriebsstrang und die Bremsbaugruppe befinden) und die ikonischen Rotorblätter selbst.

Die Hauptkosten der Rotorblätter entfallen auf die Rohstoffe, die zum größten Teil für die Herstellung von glasfaserverstärktem Polymer (GFRP) anfallen, dem korrosionsbeständigen Verbundwerkstoff, aus dem die Rotorblätter hergestellt werden. Im Jahr 2022 war China der dominierende Akteur in der Glasfaserproduktion und verfügte über fast 60 % der weltweiten Produktionskapazität. Wenn man die gesamte Turbine einschließlich des Turms betrachtet, macht Stahl 24 % des Gesamtmaterials einer Onshore-Turbine und 90 % einer Offshore-Turbine aus.

Komponenten von Windkraftanlagen werden nach Vorgaben in Gussteile geformt, die dann in einem arbeits- und energieintensiven Prozess zusammengebaut werden. Mehr als 80 % der weltweiten Produktionskapazität für Gießereien sind in China konzentriert.

Auch Kupfer und Zink sind für die Turbinenherstellung von entscheidender Bedeutung. China verarbeitet mehr dieser Mineralien als jedes andere Land, ist aber traditionell kein bedeutender Exporteur von beiden.

Obwohl China gut mit Glasfasern, Gussteilen, Kupfer und Zink versorgt ist, mangelt es an entscheidenden Kapazitäten zur Herstellung der Art von Lagern, die in mehreren Bereichen einer Windkraftanlage verwendet werden, um die Reibung zwischen beweglichen Teilen und deren Bewegung zu verringern.

Drehkranzlager werden im Allgemeinen verwendet, um den Pitch (den Winkel der Rotorblätter) und die Gierrichtung (die Ausrichtung zum Wind) einer Turbine einzustellen. Diese Lager ermöglichen eine effiziente Rotation der Rotorblätter und China stellt im Inland viele davon her.

Was der chinesischen Windkraftindustrie derzeit am meisten fehlt, ist die Fähigkeit, eigene Wälzlager zu produzieren, die für den reibungslosen Betrieb der Welle und des Getriebes einer Turbine entscheidend sind. Da die Fertigungsspezifikationen sehr technisch sind, sind die Produktionskapazitäten für Wälzlager fast ausschließlich im Westen angesiedelt.

Viele Windkraftanlagen verwenden Magnete aus 17 Seltenerdelementen (REE). Diese Magnete werden auch in Elektrofahrzeugen (EV) verwendet, bei deren Herstellung China mittlerweile weltweit führend ist.

Die Gewinnung seltener Erden aus dem Boden ist ein schmutziger Bergbauprozess, den China jahrzehntelang im Würgegriff hatte, während die USA und andere entwickelte Volkswirtschaften versuchten, ihre lokale Umwelt zu schützen.

Als China im Jahr 2010 aufgrund eines Streits um einen Fischtrawler alle Exporte seltener Erden nach Japan stoppte und der Boom der Elektrofahrzeugindustrie begann, seltene Erden noch wichtiger zu machen, stiegen die USA und andere Länder wieder in den Bergbau ein. Chinas Anteil an der weltweiten REE-Produktion sank von 86 % im Jahr 2014 auf 58,3 % im Jahr 2020, als das Land über 37 % der weltweiten Seltenerdreserven verfügte.

China hat immer noch einen überwältigenden Vorsprung bei der Herstellung von Windkraftanlagen, von denen es im Wesentlichen zwei Arten gibt: solche mit und solche ohne Getriebe.

Bei Turbinen „mit“ Wind dreht der Wind die Rotorblätter und den Rotor, der wiederum die Welle dreht, die mit einem Getriebe verbunden ist, das mit einem Generator verbunden ist, wo die langsame, drehmomentstarke Drehung der Rotorblätter in elektrische Energie umgewandelt wird.

Der Nachteil dieser Art von Turbine besteht darin, dass Turbulenzen die Lager im Getriebe verschleißen können, was an sich ein schwerer und komplizierter Mechanismus ist, der häufige Wartung erfordert, insbesondere bei großen Offshore-Windkraftanlagen, die mit höheren Windgeschwindigkeiten betrieben werden.

Im Jahr 1991 machte die Einführung von Direktantriebsturbinen die Notwendigkeit eines Getriebes überflüssig, indem der Rotor direkt mit dem Generator verbunden wurde, wo Magnetpole für die Aufrechterhaltung der entsprechenden elektrischen Leistung sorgten. Direktantriebsgeneratoren sind deutlich größer als Generatoren in Getriebeturbinen.

Die Permanentmagnete im Kern der Generatoren in Direktantriebsturbinen enthalten teure, schwere Seltenerdelemente wie Neodym und Dysprosium, die wichtigsten Bestandteile, die die europäische Windindustrie meist aus China importieren muss.

„China liefert derzeit über 90 % der Permanentmagnete der Welt und ist der dominierende Produzent und Verarbeiter von Seltenerdelementen, auf die es angewiesen ist“, sagte Anders Hove, Senior Fellow am Oxford Institute for Energy Studies, gegenüber The China Project.

Westliche Regierungen und Windkrafthersteller sind sich ihrer Abhängigkeit von China bewusst, die sich seit dem Einmarsch Russlands in die Ukraine verschärft hat. Die EU-Regierungen wollen die mittlerweile tabuisierten Importe von russischem Öl und Gas nicht durch eine Abhängigkeit von chinesischen Komponenten für erneuerbare Energien ersetzen.

Im März 2023 hat die Europäische Kommission Ziele entworfen, die darauf abzielen, bis 2030 mindestens 40 % der sauberen Technologien in der EU herzustellen. Das Ziel für Batterien und Windenergie lag sogar bei 85 %. In den USA hat das Inflation Reduction Act vom August 2022 neue Offshore-Windkapazitäten durch Steuergutschriften für die inländische Produktion von Rotorblättern, Gondeln, Türmen und Fundamenten von Windkraftanlagen gefördert.

China ist nach wie vor von entscheidender Bedeutung für die westliche Windenergie, insbesondere wenn es um seltene Erden geht, aber im Westen gibt es einen Versuch, „das Risiko der Lieferketten zu verringern und nicht zu entkoppeln“, sagte Joseph Webster, Senior Fellow des Atlantic Council Global Energy Center, gegenüber The China Projekt. „Es ist wichtig, das zu betonen. Der Westen erweitert seine Abbau- und Raffinationskapazitäten für wichtige Mineralien und stellt so sicher, dass Europa und andere Demokratien nicht potenziell in die Geisel der Abhängigkeit von Alleinlieferanten geraten.“

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Links und Quellen:

Barry van Wyk verbrachte acht Jahre in China, studierte Chinesisch in Tianjin und arbeitete als Berater und Projektmanager in Peking. Er hat einen Master of Arts in Wirtschaftsgeschichte von der London School of Economics (2005). Mehr lesen