Rolf Hinrichs - Die Notwendigkeit der
Offshore Windkraft!
Es ist kein Geheimnis, die
Vorkommen fossiler Energieträger sind endlich. Die Energierohstoffe werden nach
einer gewissen Zeitspanne verbraucht sein. Erdöl, Kohle und Uran um nur einige
zu nennen werden einmal verbraucht sein!
Das genaue Ende der
fossilen Energierohstoffe kann nicht einfach mit einer Jahreszahl angegeben
werden. Dafür wirken zu viele Einflussgrößen, die das Ende verlängern oder
verkürzen. Die Spekulationen darüber helfen der Menschheit nicht weiter, weiter
hilft wie der Menschheit das Ende so lang wie nur möglich hinauszögern, und
Alternativen zu schaffen. Diese kleine Einleitung soll Ihnen nur kurz zeigen,
dass neben den vielen Problemen die es noch mit den fossilen Energierohstoffen
gibt, das Ende dieser das größte Problem darstellt. Es geht um Alternativen und
die Offshore Windkraft und die Windkraft in ihrer Gesamtheit ist eine von
vielen Alternativen.
Rolf Hinrichs - Die Kraft des Windes
Nutzen
Die Kraft des Windes ist
eine erneuerbare Energiequelle. Es werden die bewegten Luftmassen technisch
genutzt. Da war auch schon im Altertum so.
In der Nutzung von
Windmühlen und Segelschiffen.
Heute ist die
Stromerzeugung mit Windkraftanlagen die wichtigste Form der Windenergienutzung
und gehört zu den Erneuerbaren Energien von denen die Politiker doch so sehr
gern Reden. Nach wie vor, wird die Windenergie in der Segelschifffahrt genutzt,
so in der Freizeit als Hobby, im Sport und vieles mehr.
Weltweit ist die
Windenergie aufgrund seiner Verfügbarkeit, der niedrigen Kosten und auch durch
den technologischen Entwicklungsstand eine bedeutende Energiequelle für die
Erneuerbare Energien. In der elektrischen Energieproduktion gehört sie zu den
Haupttechnologien und ist wirtschaftlich konkurrenzfähig auf den weltweiten
Märkten.
In den Energiestrategien vieler Staaten der Erde gewinnt sie eine
wachsende Rolle. Die Kraft des Windes in allen Klimazonen, auf See und an Land
zur Stromerzeugung eingesetzt werden. So wird häufig zwischen
Windenergienutzung an Land, onshore, und der Nutzung auf See Offshore Windkraft
unterschieden. Die Windkraft an Land hatte bisher die größere Bedeutung. Die
Offshore Windkraft steigert zunehmend seinen Anteil.
Die Vorteile der Windkraft
auf dem Meer liegen in den höheren und stetigeren Windgeschwindigkeiten. Meer
Windparks sind in der Lage doppelt so viel Strom als vergleichbare Parks auf
dem Land zu produzieren. Damit tragen sie zu einer hohen Verlässlichkeit bei
der Erzeugung von Strom bei. Außerdem produzieren diese Windparks
umweltfreundlich Strom und sind somit eine grundlegende Säule der erneuerbaren
Energie. Sie leisten einen wesentlichen Anteil für die Energiewende und zur
weiteren Abkehr von nuklearen und fossilen Energieträgern.
Eine besondere Art der
Erneuerbare Energien ist die Realisierung von Meeres Projekten. Diese stellen
in jeder Hinsicht eine besondere Herausforderung dar. Aufgrund des Standortes
sind diese extremen Bedingungen ausgesetzt. Das sind unter anderen die
Belastungen aus Wind, Wellen und auch Erdbeben müssen berücksichtigt werden.
Das stellt auch sehr hohe Anforderungen an die Planung, besonders die
konstruktive Durchdringung und ganz besonders muss hier die Realisierung
hervorgehoben werden. Es kommt darauf an, die aktuellsten Erkenntnisse aus
Forschung und Entwicklung für die Realisierung der Anlagen zu nutzen, um
wiederum technisch hochwertige und besonders wirtschaftliche Lösungen zu
erreichen.
Im Jahr 2010 stellte die
Bundesregierung in seinem Energiekonzept das Ziel, bis zum Jahr 2020 eine
Offshore Windleistung bis 10.000 MW und bis zum Jahr 2030 bis zu 25.000 MW zu
erreichen.
Der Ausbau der Windenergie
insgesamt hat seit der Katastrophe 2011 in Fukushima ein hohes öffentliches
Interesse erlangt.
Doch schon im Jahr 2012
galten die in Deutschland gestellten Ziele bis zum Jahr 2020 als nicht mehr
realistisch.
Weltweit wurden bis Ende
des Jahres 2015 Windenergieanlagen im Meer mit einer Leistung von 12.105 MW
errichtet. Bei dem Aufbau von Anlagen im Meer ist Europa bisher führend.
Großbritannien verzeichnet für sich die größte Leistung, gefolgt von
Deutschland und danach Dänemark.
Rolf Hinrichs - Der Aufbau eines Windrades
Beginnen wir mit dem
Fundament. Dann folgt der Turm. Neben dem Turm auf dem Fundament ist ein Raum,
worin sich der Netzanschluss befindet. Innerhalb des Turms sind der Aufstieg
und die Netzleitung untergebracht. Oben auf dem Turm ist die
Windrichtungsführung aufgesetzt. Darauf befindet sich die Gondel.
In der Gondel sind der
Generator, die Bremse und das Getriebe installiert. Die Messinstrumente sind
auf der Gondel montiert. An dem vorderen Teil der Gondel befindet sich die
Rotornabe mit dem Rotorblatt. Darin wiederum befindet sich die
Blattverstellung. Durch die Drehbewegung der Rotorblätter wird der Generator
betrieben und so wird der Strom erzeugt. Im kleineren Maßstab ist es bildlich
gesehen, wie ein Dynamo am Fahrrad. Nur, dass als Kraft der Wind genutzt wird.
Die Rotorblätter wurden aerodynamisch geformt. Bei deren Entwicklung hat
sicherlich der Flugzeugbau Pate gestanden. Durch das Getriebe im Innern der
Gondel kann die Drehzahl des Generators bei unterschiedlichen
Windgeschwindigkeiten konstant gehalten werden.
Damit die Anlage immer zum
Wind steht, gibt es die Windrichtungsnachführung. Für dieses Prinzip ist die
Sonnenblume verantwortlich, und auch durch die Beobachtung des Sonnenlichtes
wurden die herausgefundenen Erkenntnisse mit eingebracht.
Durch die Windfahne wird
die Windrichtung ermittelt. Das Anemometer ist für die Berechnung der
Windstärke verantwortlich. Die meisten Windräder werden ab 90 km/h abgestellt,
damit es nicht zu Beschädigungen kommt.
Vom Boden bis zur
Rotornabe sind moderne Windkraftanlagen bis 100 Meter hoch. Dabei misst der
Rotordurchmesser 80 m. Große Anlagen liefern auch höhere Energie Erträge.
Gegenüber älteren Anlagen haben die Neuen, einen bis zu sechsfach höheren
Ertrag, wodurch diese Anlagen immer effizienter werden.
Der Bau und die Wartungen
solcher Anlagen stellen an das Personal sehr hohe Anforderungen gerade in Bezug
auf die Sicherheit. Es geht dabei um die Verhinderung von Arbeitsunfällen und
Personenschäden.
Auf einem Areal von 60
Quadratkilometer nordwestlich von Borkum liegt in ca. 90 Kilometer Entfernung
Deutschland erster betriebener Offshore Windpark.
Dieser Windpark hat 80
Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von jeweils 5 Megawatt. Im Idealfall
kann der hier erzeugte Strom 400.000 Haushalte versorgen, was einen
bescheidenen Anfang darstellt. Ab 2012 kamen Probleme mit dem Windpark auf. Der
SüdWestStrom mit den meisten Mehrheitsanteilen zog sich aus dem Vorhaben
zurück. Die Begründung des Verbundes für den Ausstieg war, der Windpark
rentiere sich nicht mehr. Aber es kamen noch weitere Unannehmlichkeiten bei der
Realisierung des Vorhabens zum Vorschein.
Es wurde schlicht und einfach, um es
kurz zu sagen, der Bau von Windkraftanlagen im Meer wurde unterschätzt. Auch
daraus resultierten, dass die Kosten explodierten und ein neuer Investor
gesucht wird. Durch Europäische Union wurde die BART Offshore 1 Windpark mit 53
Millionen Euro gefördert. Sicher und das muss an dieser Stelle gesagt werden,
ist aller Anfang schwer. Bei Schwierigkeiten Aufgeben ist der leichteste aber
nicht praktikable Weg. Durch Aufgeben hätten wir in Deutschland nicht solch
eine wirtschaftliche Kraft entwickelt.
Rolf Hinrichs - Die technische
Herausforderung
Offshore-Windenergieanlagen
leisten ihren speziellen Beitrag bei der Umsetzung der erneuerbaren Energien.
Erneuerbare Energien im Meer, vor der Küste zu errichten unterscheidet sich
wesentlich von denen an Land zu errichtenden Anlagen. Allein durch den Aufwand
bezüglich der Transportkosten, der Verankerungen und der Installationsarbeiten
sind enorm.
Wie an jedem Bauwerk sind
die Fundamente und Gründungen die wichtigste Voraussetzung an die
Standsicherheit. Bei Offshore-Windenergieanlagen (OffWEA) gibt es verschiedene
Fundamenttypen. Diese sind abhängig vom Gewicht der WEA, Wassertiefe und der
Beschaffenheit des Meeresbodens. Derzeitige Fundamenttypen sind Jackets,
Monopiles, Schwergewichtsgründungen, Tripiles, Bucket-Fundamente oder
schwimmende Fundamente.
In Abhängigkeit der
gewählten Fundamenttypen wird der Ablauf der Montage maßgeblich bestimmt.
Werden die Fundamente zum Beispiel wie üblich über das Rammen errichtet, kommt
es zu hohen Schallimmissionen. Aus Umwelt- und Naturschutzgründen sind in
Deutschland Schallschutzmaßnahmen zur Reduzierung des Rammschalls
durchzuführen. Das muss ebenfalls in den Bauablauf seine Berücksichtigung
finden. Gerade auch die Umweltbestimmungen wirken sich durch die strikte
Umsetzung erheblich auf die Baukosten aus.
Rolf Hinrichs - In mehreren Teilphasen ist
die Errichtung untergliedert.
Die Vormontage erfolgt im
Ausgangshafen, um die Arbeitsschritte auf See gering zu halten. Es werden
größere Einheiten aus den Einzelteilen vormontiert. Werkhallen und
Arbeitsflächen müssen für diese Arbeiten vorhanden sein. Erfahrungsgemäß ist
für eine OffWEA eine Fläche von rund 1000 m² nötig Mit Errichterschiffen werden
dann die WEA-Komponenten in das Baugebiet transportiert. Stabile Wetter- und
Seeverhältnisse sind für den Transport und für die Errichtung der Anlagen
erforderlich.
Die einzelnen Komponenten
der OffWEA werden auf dem Sockel der schon vormontierten Gründungsstruktur
zusammengesetzt. Als Erstes wird das Turmsegment mit dem Kran vom
Errichterschiff mit einem Stahlflansch fest mit der Gründung verbunden. Die
weiteren Turmsegmente werden dann in technologischer Reihenfolge auf das erste
Segment montiert. Die Gondel wird mit der Turbine oberhalb des Turmes
aufgesetzt. Als Letztes erfolgt dann die Montage der Rotorblätter mit dem Kran
des Errichterschiffes. Die Errichtung der Anlage ist damit abgeschlossen. In
diesem Bereich der Einrichtungslogistik liegen noch Reserven in der
Kostensenkung.
Nach dem Abschluss der
Anlagenerrichtung muss der Offshorewindpark noch an das Stromnetz angeschlossen
werden. Zum einem erfolgt die Verkabelung der einzelnen WEA innerhalb des
Windparks und zum anderen die externe Netzanbindung an das Festland.
Das in den Windpark
liegende Umspannwerk ist mit einer größeren Umspannplattform des jeweiligen
Übertragungsnetzbetreibers verbunden. Die Kabelverlegung zum Umspannwerk verlangt
oftmals größere Schiffe als bei der Kabelverlegung innerhalb des Windparks. Mit
einem Netzzugangspunkt auf dem Festland wird dann das Umspannwerk mit dem
Stromnetz verbunden. Über Gleichstromverbindungen wird der Strom in der Nordsee
abgeleitet. In der Ostsee erfolgt das über Wechselstromleitungen.
Rolf Hinrichs - Die externen Kabel für die
Netzanbindung an das Festland werden in der Regel vor der Errichtung der OffWEA
verlegt. Nach der Fundamentgründung und der Errichtung der Umspannplattform
werden die inneren Kabel des OffWEA verlegt.
Offshore Windkraft und
Erneuerbare Energien gehören zusammen.
