Wie der Windenergieboom in den USA den MV-GIS-Markt antreibt

Aug 03, 2023

Die US-Regierung hat sich ehrgeizige Ziele für die Energiewende gesetzt, darunter die Erreichung einer Offshore-Windkraftkapazität von 30 GW bis 2030 und zusätzlicher 15 GW schwimmender Offshore-Windkraftanlagen bis 2035.

Die gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage ist eine entscheidende Komponente sowohl in Onshore- als auch Offshore-Windkraftanlagen und wird in den kommenden Jahren voraussichtlich ein deutliches Wachstum verzeichnen, da neue Greenfield-Projekte in Betrieb genommen werden.

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur haben die USA bis 2022 etwa 144 GW Windkapazität installiert, wobei Onshore-Windkraftanlagen fast 100 % des Anteils ausmachen.

Schätzungen zufolge wird die gesamte installierte Windkapazität in den USA bis 2030 260 GW übersteigen, wobei laut PTR Inc. 30 GW dieser Zahl auf Offshore-Windkraftanlagen mit Festbodentechnologie entfallen werden.

Im September 2022 wurde ein neues Ziel bekannt gegeben, eine ehrgeizige Kapazität von 15 GW an schwimmenden Offshore-Windkraftanlagen zu erreichen.

Gasisolierte Mittelspannungsschaltanlagen (MV GIS) bestehen typischerweise aus mehreren Komponenten, darunter Leistungsschalter, Lasttrennschalter, Erdungsschalter, Schütze, Sicherungen und Überspannungsableiter.

Jede dieser Komponenten dient einem bestimmten Zweck und muss den vorgegebenen Herstellungs- und Betriebsstandards gemäß IEC 62271-200 entsprechen.

Diese Standards umfassen drei Schlüsselfunktionen von Schaltanlagen-Stromversorgungssystemen: elektrischer Schutz, elektrische Isolierung und Steuerung.

Die Spannungsklasse der Schaltanlage hat direkten Einfluss auf die Wahl der für die Komponentenherstellung verwendeten Materialien und die Isolationsanforderungen.

Da sich die Industrie vom SF6-Isoliergas abwendet, bietet die Mittelspannung den Vorteil, Vakuum oder Trockengas als Isoliermaterialien zu verwenden. Da die Ausrüstungskosten außerdem direkt proportional zu den Rohstoff- und Isoliermaterialpreisen sind, ist MV GIS eine hervorragende Option für Windkraftanlagenanwendungen.

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Neben Material- und Isolationsvorteilen hängt die physikalische Größe der Geräte auch von der Spannungsebene ab.

Niederspannung reicht für den Strombedarf moderner Windkraftanlagen nicht aus, während Hochspannungsanlagen für eine sichere Installation größere Gondeln oder Türme erfordern. Im Gegensatz dazu ermöglichen Mittelspannungsschaltanlagen sicherere Inspektionen und Wartungen vor Ort.

Während die installierte Basis von gasisolierten Schaltanlagen (GIS) in den USA geringer ist als die von luftisolierten Schaltanlagen, ist der GIS-Markt aufgrund der steigenden Nachfrage aus der Erzeugungsbranche auf ein schnelles Wachstum im Sekundärmarkt vorbereitet, insbesondere da mehr Windquellen hinzukommen.

Dieses Wachstum wird zunächst durch Greenfield-Projekte vorangetrieben. Da sich jedoch die Lebensdauer dieser Geräte verlängert, werden Projekte zum Ersatz von Industriebrachen einen wesentlichen Beitrag zum Wachstum leisten.

Nach vorläufigen Schätzungen von PTR Inc. wird erwartet, dass die installierte Basis sekundärer GIS von 2022 bis 2027 eine erhebliche durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (Compound Annual Growth Rate, CAGR) von etwa 10,5 % verzeichnen wird, was einem Jahresumsatz von 245 Millionen US-Dollar entspricht.

Schwefelhexafluorid (SF6) wird im Elektrizitätssektor aufgrund seiner hervorragenden Lichtbogenlösch- und Isoliereigenschaften häufig als Isoliermaterial verwendet.

Trotz seiner Wirksamkeit hat SF6 ein sehr hohes Treibhauspotenzial (GWP) und mehrere Regionen haben Vorschriften erlassen, um seine Verwendung in Elektrogeräten einzuschränken oder zu verbieten. Die EU hat beispielsweise eine Frist gesetzt, um den Verkauf neuer Schaltanlagen, die SF6 enthalten, bis 2031 auslaufen zu lassen.

F-Gase stehen in Europa kurz vor dem Ausstieg

In den USA haben verschiedene Bundesstaaten Initiativen zur Einschränkung der Verwendung von Gasen mit hohem Treibhauspotenzial eingeführt, beispielsweise die kalifornischen Vorschriften des California Air Resources Board (CARB), die den Ausstieg aus neuen SF6-Käufen ab dem 1. Januar 2025 vorschreiben.

Daher prognostiziert PTR Inc., dass SF6-freie GIS weiterhin eine Priorität für alle Beteiligten auf dem Markt für erneuerbare Energien sein werden und OEMs weiterhin nach Alternativen wie Vakuum oder Inertgasmischungen für Isoliermaterialien suchen werden.

Auf dem US-amerikanischen Markt für gasisolierte Mittelspannungsschaltanlagen dominieren drei Hauptakteure – Siemens, Schneider Electric und ABB – aufgrund ihrer breiten Angebotspalette, ihres Fachwissens bei der Verwaltung von GIS-Operationen in Europa und ihres etablierten weltweiten Rufs.

Ormazabal und Hyosung, die einzigen außereuropäischen Player unter den Top 5, sind ebenfalls stark auf dem Markt vertreten.

Mit der Unterstützung des Inflation Reduction Act (IRA) haben andere Erstausrüster wie Eaton jedoch eine günstige Gelegenheit, ihre Präsenz in diesem Markt auszubauen.

Positiv, pragmatisch, disruptiv: die Dominoeffekte des Inflation Reduction Act

Es wird erwartet, dass mehrere Bestimmungen des IRA durch verschiedene Bestimmungen das Wachstum der Branche für erneuerbare Energien in den USA deutlich ankurbeln werden.

Es wird erwartet, dass OEMs in der Schaltanlagenindustrie direkt von der gestiegenen Nachfrage profitieren, da mehr Projekte für erneuerbare Energien entwickelt werden und Entwickler Steuergutschriften erhalten.

Darüber hinaus werden Projektentwickler für erneuerbare Energien in den USA durch eine zusätzliche Steuergutschrift zusätzlich dazu angeregt, im Inland bezogene Ausrüstung zu beschaffen, sofern sie bestimmte Schwellenwerte erreichen.

Um sich für diese Gutschrift zu qualifizieren, müssen 40 % der gesamten Ausrüstung für Projekte, die vor 2025 installiert werden, in den USA hergestellt werden, während bei Offshore-Windprojekten 20 % der Ausrüstung im Inland hergestellt werden müssen. Folglich wird dies die lokale MV-GIS-Herstellung ankurbeln.

Die Windindustrie steht in den USA vor einem bemerkenswerten Wachstum, das die Nachfrage nach SF6-freien Mittelspannungs-GIS ankurbeln wird. Diese Technologie ist aufgrund ihrer idealen Kombination aus Größe, Kosten und Fähigkeit, Leistungsschwankungen im Zusammenhang mit erneuerbaren Energiequellen standzuhalten, besonders attraktiv und übertrifft sowohl Niederspannungs- als auch Hochspannungsschaltanlagen.

OEMs in diesem Bereich werden nicht nur von der gestiegenen Nachfrage durch mehr Windparks profitieren, sondern auch von Anreizen, einige Herstellungsprozesse innerhalb des Landes zu verlagern, da Entwickler Steuergutschriften für die Beschaffung lokal beschaffter Ausrüstung erhalten, die durch die Investment Tax Credit (ITC) gefördert werden.

In dieser hart umkämpften Branche werden Hersteller, die Produkte anbieten können, die ein Höchstmaß an optimaler Leistung bieten und gleichzeitig die Kapital-, Betriebs- und Wartungsausgaben auf ein Minimum beschränken, im kommenden Jahrzehnt unabhängig vom OEM zu Marktführern werden.

ÜBER DEN AUTOR

Muhammad Usman ist Analyst bei Power Grid bei PTR und auf Marktanalysen für Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen spezialisiert. Er setzt sich leidenschaftlich für eine SF6-freie Zukunft und die Digitalisierung im Energiesektor ein und arbeitet eng mit Kunden zusammen, um effektive Lösungen bereitzustellen. Er hat einen Master-Abschluss in Energiesystemtechnik und hat durch ein USAID-Projekt zu Marktreformen im pakistanischen Stromsektor beigetragen.