Offshore-Windenergie – Sauberer Strom vom Meer

Offshore: Starke Stromerzeugung vor der Küste

Der Begriff Offshore stammt aus dem Englischen und bedeutet so viel wie „vor der Küste“. Somit bezeichnet die Offshore-Windenergie die Stromerzeugung durch Windanlagen auf dem Meer. Die Vorteile liegen insbesondere in der höheren und stetigeren Windgeschwindigkeit auf hoher See. Deshalb können Offshore-Windparks im Verhältnis doppelt so viel Strom wie vergleichbare Anlagen an Land produzieren. Sie tragen damit zu einer hohen Verlässlichkeit bei der Stromerzeugung bei. Offshore-Windparks produzieren deutlich mehr als 90 Prozent des Jahres umweltfreundlich Strom und stellen damit eine grundlastnahe Erzeugungsform auf Basis erneuerbarer Energien dar. Die Offshore-Windenergie leistet damit einen bedeutenden Beitrag für die Energiewende, d.h. beim Umstieg hin zu Erneuerbaren Energien und der Abkehr von nuklearen und fossilen Energieträgern.

Foto: © Jan Oelker

Windenergie im XXL-Format

Die Dimensionen von Offshore-Windenergieanlagen sind gigantisch. Das Gesamtgewicht einer Anlage kann schnell 1000 Tonnen übersteigen. Das entspricht etwa dem Gewicht von 1.000 VW-Golf. Dabei stehen die Anlagen auf bis zu 900 Tonnen schweren Fundamenten. Allein die Gondel (Maschinenhaus) kann zwischen 300 und 400 Tonnen wiegen. Auch die Abmessungen der Anlagen haben XXL-Format. Die im Testfeld alpha ventus installierten 5-MW-Anlagen haben z.B. einen Rotordurchmesser von bis zu 125 Metern und eine Gesamthöhe von mehr als 170 Metern über dem Meeresgrund. Neuere Anlagen der Leistungsklasse von 6 MW erreichen sogar Rotordurchmesser um die 150 Meter. Das entspricht der doppelten Spannweite eines Airbus A380. In einigen Projekten werden sogar bereits Anlagen der 8 MW-Klasse eingesetzt.

Foto: © RWE | Matthias Ibeler

Regenerative Großprojekte auf hoher See

Der Bau eines Windparks auf hoher See ist ein komplexes Großprojekt, an dem viele unterschiedlicher Akteure beteiligt sind. Von der Planung und Genehmigung, über die Investitionsentscheidung bis hin zum Bau der Anlagen können bis zu 10 Jahre vergehen. Neben Projektentwicklern und Investoren bzw. den späteren Betreibern der Offshore-Windparks sind die zuständigen Behörden sowie verschiedenste Hersteller und Komponentenlieferanten sowie maritime Dienstleister, Logistiker und Hafenbetreiber am Entstehungsprozess eines Offshore-Windparks beteiligt.

Foto: © RWE | Matthias Ibeler

Extreme Bedingungen auf See

Stürme, hoher Wellengang, schlechtes Wetter und die Entfernung zur Küste erfordern besondere Vorgehensweisen sowohl bei der Logistik wie auch bei den eingesetzten Technologien und Materialien. Aufgrund der extremen Bedingungen auf See verläuft der Aufbau eines Offshore-Windparks in mehreren Schritten. Insbesondere die Verankerung der Anlagen (Gründung) auf dem Meeresgrund ist ein wesentlicher Bauschritt, denn die Anlagen müssen auf einem sicheren Fundament stehen und über einem langen Zeitraum Wind und Wetter trotzen. Grundlage dafür ist die Verankerung durch eine solide Gründungskonstruktion, z.B. Stahlrohr-Fundamente, die bis zu 30 Meter Tiefe in den Meeresbodengerammt werden. Da die Errichtung auf hoher See komplex ist, werden größere Komponenten bereits im Hafen vormontiert. Diese Elemente werden mit speziellen Transport- und Errichterschiffen oder Hubplattformen in das Baugebiet vor Ort gebracht. Auf diesen Schiffen befindet sich ein Kran, mit dessen Hilfe das erste Turmsegment bzw. ein Verbindungselement (transition piece) mit dem Fundament verbunden wird. Anschließend werden die Turmsegmente der Anlage, die Gondel und die Rotorblätter nach und nach montiert. Ist eine Offshore-Windenergieanlage in Betrieb, soll sie möglichst störungsfrei funktionieren. Deshalb finden regelmäßige Routinewartungen vor Ort statt, bei denen z.B. die Rotorblätter, die Lager und Getriebe sowie die Fundamente kontrolliert werden. Zusätzlich werden die Anlagen und ihre Komponenten in einer Leit- und Steuerwarte an Land aus der Ferne überwacht

Ein Offshore-Windpark ist in Planung, Bau und Betrieb alleine aufgrund seiner Lage vor der Küste deutlich kostenintensiver als ein Windpark an Land. Für einen 300-400 Megawatt Offshore Windpark beträgt das Investitionsvolumen deutlich über 1 Mrd. Euro. Jedoch ist die Offshore-Branche noch sehr jung, so dass Lernkurven, Innovation und neue Technik schnell hohe Einsparpotentiale mit sich bringen und die Kosten für Strom aus Offshore-Windenergie in den nächsten Jahren deutlich fallen werden.

EEG sichert stabile Vergütung für Offshore-Strom - Höhe der Förderung wird über Ausschreibungen bestimmt

Damit der Ausbau der Erneuerbaren Energien schnell vorankommt, wird die Offshore-Windenergie wie alle anderen Erneuerbare Energien über das EEG (Erneuerbare-Energie-Gesetz) gefördert. Dieses garantiert zum einen die vorrangige Abnahme des „grünen Stroms“ durch den Netzbetreiber. Zum anderen beinhaltet es einen festen Vergütungssatz über einen bestimmten Zeitraum. Dadurch entsteht für die Investoren und Betreiber eine höhere Planungssicherheit. Aber es bleiben auch Risiken, wie z.B. Wetter (Windertrag) oder Zuverlässigkeit der im Vergleich zur Windenergie an Land noch relativ jungen Anlagentechnologie.

Die im EEG festgelegte Vergütung für Offshore-Windstrom beträgt 15,4ct/kWh für die ersten 12 Jahre (seit August 2014). Danach fällt diese gesetzlich garantierte Anfangsvergütung auf ein Viertel (3,9 ct/kWh). Die Windpark-Betreiber können sich alternativ auch für das sogenannte „Stauchungsmodell“ entscheiden, bei dem die Anfangsvergütung 19,4 ct/kWh beträgt, dann aber schon nach 8 Jahren auf die Grundvergütung von 3,9 ct/kWh fällt. Über 20 Jahre gerechnet liegen die Kosten für Offshore-Windenergie damit im Mittelfeld aller Erneuerbaren Energien. 

Durch das EEG 2017 wurde diese feste Einspeisevergütung abgeschafft. Die Höhe der Förderung wird nun mehr über wettbewerbliche Ausschreibungen bestimmt. An diesen Ausschreibungen nahmen erstmal im Jahre 2017 Projekte teil, die zwischen 2021 - 2025 in Betrieb gehen werden. Die nächste Ausschreibungsrunde startet zum 1.1.2021 für Projekte mit Inbetriebnahme 2026.

Foto: © Jan Oelker

Umweltschutz wird großgeschrieben

Die Nutzung Erneuerbarer Energien – und damit auch der Offshore-Windenergie – ist angewandter Umweltschutz. Bei der Stromproduktion entsteht kein klimaschädliches CO2 - anders als bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl und Gas. 

Aber auch beim Bau der Offshore-Projekte wird Umweltschutz groß geschrieben. Es werden große Anstrengungen unternommen, um die Umwelt zu schützen, nachhaltige Materialien zu entwickeln und die Produktionsprozesse selbst so ökologisch wie möglich zu gestalten. Die gesetzlichen Auflagen zum Schutz der Meeresumwelt und besonders der Meereslebewesen schlagen sich bereits im Genehmigungsverfahren durch strenge Auflagen für Offshore-Windparks nieder. So müssen in Deutschland umfassende Konzepte zum Schallschutz vorgelegt werden, um während der Bauphase – und besonders bei der Rammung der Gründungsstrukturen – die lärmsensiblen und unter Artenschutz stehenden Schweinswale und andere maritime Säuger zu schützen.

Netzanbindung über „Mehrfachsteckdosen“

Nachdem die Offshore-Windenergieanlage errichtet wurde und sich dreht, kann der eingebaute Generator Strom erzeugen. Doch wie kommt dieser zum Endverbraucher?

Jeder Offshore-Windpark verfügt über eine eigene Umspannplattform, an die alle Anlagen gebündelt angeschlossen sind. Hier wird der Strom zur Übertragung an Land auf ein höheres Spannungsniveau transformiert. Bei den Stromleitungen im Windpark (Innerparkverkabelung) handelt es sich um Drehstrom-Verbindungen. Bei kleinen und küstennahen Projekten wird der Strom über ein Seekabel direkt zum nächsten Netzknotenpunkt an Land geführt. Bei Windparks mit höherer Leistung und größerer Distanz zur Küste würden jedoch bei Drehstromtechnologie sehr hohe Übertragungsverluste entstehen. Aus diesem Grund nutzt man hier die sogenannte Cluster-Anbindung, insbesondere in der Nordsee. Diese kann man sich wie eine Mehrfachsteckdose vorstellen. Der Strom wird aus den Umspannwerken mehrerer Offshore-Windparks zu einer weiteren Offshore-Plattform geleitet – der so genannten Konverterplattform. Dort wird der Wechselstrom aus den angeschlossenen Windparks in Gleichstrom umgewandelt und über ein Seekabel zum nächsten Netzknotenpunkt an Land geleitet wo er dann seinerseits wieder über einen onshore Konverter in Wechselstrom umgewandelt wird. Experten sprechen in diesem Fall von der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungstechnologie (HGÜ). Mit ihr kann pro Kabel eine deutlich höhere Leistung abgeführt werden. Die Übertragungsverluste sind deutlich geringerer als bei Drehstrom.

Foto: © Jan Oelker

Offshore-Windenergie als bundesweiter Jobmotor 

Der Ausbau der Offshore-Windenergie hat großes wirtschaftliches Potenzial: Der Gesamtumsatz entlang der gesamten Wertschöpfungskette belief sich 2018 auf etwa 9 Milliarden Euro. Von der Entwicklung bis zum Betrieb eines Offshore-Windparks sind dabei Akteure aus unterschiedlichen Branchen beteiligt. Die Offshore-Windindustrie in Deutschland beschäftigt heute ca. 24.500 Menschen. Bei einem stärkeren Ausbau der Offshore-Windenergie auf 20 GW bis 2030 könnten rund 8.000 Arbeitsplätze hinzukommen.

Von der wirtschaftlichen Leistungskraft der Offshore-Windenergie profitieren nicht nur die Häfen und Werften in den Küstenregionen. Bei ersteren haben die Hersteller der Offshore-Windenergieanlagen und ihrer Großkomponenten sowie Projektentwickler und Logistikunternehmen ihren Sitz. Aber auch den Zulieferbetrieben im Binnenland, z.B. aus dem Metall- und Maschinenbau, technischen Dienstleistern,  Versicherungs- oder Finanzierungsunternehmen, Zertifizierern und Beratungsunternehmen bietet der Ausbau der Offshore-Windenergie deutschlandweit Wachstumsimpulse. Die umsatzstärksten Bundesländer bei der Wertschöpfung im Bereich Offshore-Windenergie sind die Länder Nordrhein-Westfalen, Baden-Württemberg, Bayern, Niedersachsen und Hamburg.