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07-08 | 2015

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Special Erneuerbare

Special Erneuerbare Energien Rammen der Gründungsrohre für den Windpark Riffgat. Ein Schutzrohr soll die Schallabstrahlung dämpfen und die Lärmbelastung der Meeresumwelt mindern. im Juli 2013 betriebsbereit, doch der Netzanschluss konnte erst im Februar 2014 bereitgestellt werden, weil zuvor noch Munition vom Meeresgrund beseitigt werden musste. Kosten steigen mit der Küstenentfernung Die in Tabelle 2 dargestellten Windparks befinden sich (mit Ausnahme der Windparks EnBW Baltic 1 und 2) in der Nordsee. Mit Rücksicht auf den Nationalpark Wattenmeer und auf die beiden Wasserstraßen, die die Deutsche Bucht von West nach Ost zerschneiden, müssen die meisten Windparks in relativ großer Küstenentfernung errichtet werden. Der Windpark Bard offshore 1 ist etwa 100 km von der Küste entfernt, Global Tech 1 sogar rund 110 km. Dadurch unterscheiden sich die deutschen Windparks von den britischen und dänischen, für die überwiegend die „20-20-Grenze“ gilt: Sie befinden sich in maximal 20 km Entfernung von der Küste GANZ BEI IHNEN und die Wassertiefe ist nicht größer als 20 m. Es hat sich herausgestellt, dass jenseits dieser Grenzen der Aufwand für die Errichtung der Offshore-Windparks deutlich steigt. Die Gründungsstrukturen der deutschen Windparks sind deutlich teurer, und die Logistik ist aufwendiger. Man braucht größere Installationsschiffe, denn weil es länger dauert, um die Baustellen zu erreichen, müssen sie möglichst viele Windenergieanlagen transportieren können. Für die küstennahen Windparks in der dänischen Ostsee kamen bis vor kurzem noch überwiegend Installationsschiffe zum Einsatz, die drei Anlagen transportierten. Die Installationsschiffe, die in den vergangenen Jahren in Dienst gestellt wurden, können die Komponenten von sechs bis acht Anlagen auf ihrem Deck unterbringen und dadurch Zeit sparen. Das ist vor allem in der Nordsee wichtig, weil die Wellen höher auflaufen als in der Ostsee und die Wetterlagen mit geringer Wellenhöhe relativ selten sind. Nur diese „Zeitfenster“ eignen sich für die Installation. Zehn Konverterstationen in der Deutschen Bucht Außerdem wird der Stromtransport teurer, denn die Drehstromübertragung eignet sich nur für Entfernungen bis etwa 80 km. Weil einige der in der Deutschen Bucht bereits errichteten und viele der noch geplanten Windparks weiter vom Einspeisepunkt an Land entfernt sind, LÖSUNGEN wie Sie sie brauchen Bild: Offshore-Windpark Riffgat A DD-ONS die Ihr Geschäft erleichtern SAP-BERATER die Ihre Sprache sprechen IHR SAP VERBESSERN – WORKFLOWS BESCHLEUNIGEN UND VEREINFACHEN! kommt für sie nur die Hochspannungs- Gleichstromübertragung (HGÜ) in Frage. Der Strom lässt sich dann mit relativ geringen Verlusten über große Entfernungen transportieren, aber der technische und finanzielle Aufwand steigt sprunghaft, wenn die „Steckdosen im Meer“ installiert werden. Denn der von den Windenergieanlagen erzeugte Strom muss nicht nur von dem Spannungsniveau der Innerparkverkabelung (33 oder 36 kV) auf 155 kV transformiert werden, sondern anschließend in Gleichstrom umgerichtet werden. Zusätzlich zum Umspannwerk braucht man also auch noch zwei Konverterstationen – eine auf See und eine an Land, wo der Strom wieder in Drehstrom umgerichtet wird. Die Windparks in der Deutschen Bucht werden zu vier „Clustern“ zusammengefasst, wo bereits sechs Konverterstationen stehen, die den Strom umrichten. Nach Fertigstellung der noch fehlenden drei Konverterstationen wird ihre Gesamtleistung von etwas mehr als 8 GW zwar nicht für alle Windparks ausreichen, die in der Deutschen Bucht bisher gebaut oder wenigstens genehmigt wurden, denn deren Gesamtleistung beträgt etwas mehr als 10 GW [2]. Allerdings sind erste wenige dieser genehmigten Windparks finanziert, und deshalb ist es noch unklar, mit welchem Ausbautempo es in den kommenden Jahren weitergeht. Hohe Windgeschwindigkeit verdoppelt den Ertrag Der wichtigste Grund, die kostspieligen Windparks im Meer zu errichten, ist die hohe Windgeschwindigkeit. Weil die Leistung des Windes mit der dritten Potenz seiner Geschwindigkeit steigt, kann auf dem Meer rund doppelt so viel Strom erzeugt werden wie an der Küste und rund dreimal soviel wie im Binnenland. Bis vor wenigen Jahren wusste man wenig über die Windgeschwindigkeit über dem Meer. Es war lediglich bekannt, dass der Wind durch die Meeresoberfläche kaum abgebremst wird. Bereits wenige Meter über dem Wasser herrscht eine hohe Windgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass man nicht die extrem hohen Türme braucht, die man immer öfter im Binnenland sieht. Das gehört zu den wenigen Randbedingungen der Offshore-Windenergie, die sich kostensenkend auswirken. Um die Windverhältnisse zu erforschen, wurden mit kräftiger staatlicher Unterstützung stationäre Messmasten im Meer BWK Bd. 67 (2015) Nr. 7/8

Erneuerbare Energien Special errichtet, die Windgeschwindigkeit und -richtung sowie weitere meteorologische Daten messen und außerdem Wellenhöhen und Strömungen erfassen, um die Belastungen, denen die Windenergieanlagen ausgesetzt sind, möglichst genau zu bestimmen. Diese „Forschungsplattformen in Nord- und Ostsee“ (Fino) sind bereits seit mehreren Jahren in Betrieb, so dass die von ihnen gelieferten Daten eine verlässliche Planungsgrundlage bilden. Der Messmast Fino 1 steht seit 2003 dort, wo sechs Jahre später das Offshore- Testfeld Alpha Ventus errichtet wurde (etwa 40 km nördlich von Borkum), und Fino 2 steht in der Ostsee in der Nähe des Windparks EnBW Baltic 2 (etwa 35 km nördlich von Rügen). Die bisher ermittelten Ergebnisse bestätigen die Erwartung, dass man nicht nur in besonders stürmischen Jahren, sondern auch im langjährigen Mittel mit sehr hohen durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten rechnen kann. Nordsee und Ostsee etwa gleichwertig Etwas überraschend war das Ergebnis, dass die mittlere Windgeschwindigkeit über der Ostsee in den vergangenen Jahren regelmäßig höher war als über der Nordsee. Im Sechs-Jahres-Mittel wurde in 92 m Höhe über der Ostsee (Fino 2) eine durchschnittliche Windgeschwindigkeit von 9,48 m/s gemessen, während die Messung im gleichen Zeitraum in 90 m Höhe über der Nordsee (Fino 1) 9,30 m/s ergab. Die mittlere Windgeschwindigkeit schwankt deutlich von Jahr zu Jahr. Das ist auf See nicht anders als an Land, und deshalb muss man mit schwankenden Erträgen rechnen. Im Jahr 2014 war die mittlere Windgeschwindigkeit über der Nordsee (8,89 m/s) sogar deutlich geringer als über der Ostsee, wo sie fast 10 m/s erreicht (exakt 9,95 m/s) [2]. Man muss jedoch berücksichtigen, dass mindestens zehnjährige Messungen notwendig sind, um grundsätzliche Aussagen über einen Windenergie-Standort treffen zu können. Schon jetzt lässt sich aber feststellen, dass die Standorte in Nord- und Ostsee etwa gleichwertig sind. Größer sind die Standortunterschiede, wenn man die Wellenhöhen vergleicht. Das ist für die Zugänglichkeit der Offshore-Windenergieanlagen entscheidend, denn ab einer signifikanten Wellenhöhe von mehr als 1,5 m kann die Anlage nicht mehr gefahrlos mit einem Arbeitsschiff erreicht werden. Die Analyse BWK Bd. 67 (2015) Nr. 7/8 der von Fino 1 und 2 gemessenen Daten ergab, dass diese Wellenhöhe in der Nordsee deutlich häufiger erreicht oder übertroffen wird als in der Ostsee [2]. Die Zugänglichkeit der Nordsee-Windparks wird dadurch erschwert, und deshalb wird der Betrieb teurer, denn häufig ist der Hubschrauber die einzige Möglichkeit, um Servicepersonal zum Windpark zu bringen. Anzahl der Volllaststunden als Erfolgskriterium Um die Leistungsfähigkeit verschiedener Windenergieanlagen an unterschiedlichen Standorten vergleichen zu können, setzt man wie bei konventionellen Kraftwerken den Jahresenergieertrag (MWh) zur Nennleistung (MW) ins Verhältnis. Der Quotient ergibt die äquivalenten Volllaststunden, die maßgeblich von der Leistungskennlinie der Anlage sowie den Standortbedingungen abhängt. Die frühen, zwischen 2002 und 2008 in Dänemark und Großbritannien errichteten Windparks erzielen zwischen 2 500 und 3 300 Volllastunden, also deutlich mehr als an Land (durchschnittlich 1 600 Volllaststunden), aber auch deutlich weniger als das Offshore-Testfeld Alpha Ventus, das bereits im ersten Betriebsjahr ein überragendes Ergebnis erzielte. Der 60-MW-Windpark produzierte im Jahr 2011 insgesamt 267 GWh Strom [3]. Das entspricht 4 450 Volllaststunden und nährt die Hoffnung, dass Offshore-Windparks eines Tages auch 5 000 Volllaststunden erreichen können. Aber bis dahin ist es noch ein weiter Weg, denn die jährlichen Schwankungen sind groß. In den SAP FUR SIE www.cortility.de 07243 60591- 6135 Bei hohen Wellen wird das Service - personal mit dem Hubschrauber zum Windpark gebracht. Das Absetzen auf der Gondel wird zuvor gründlich erprobt. vier Betriebsjahren von 2011 bis 2014 waren es durchschnittlich 4 146 Volllaststunden pro Jahr [4]. Die Offshore-Windenergie hat ihr erstes Versprechen eingelöst und liefert mit hoher Zuverlässigkeit große Strommengen. Um das zweite Versprechen zu erfüllen, sind Forschung und Entwicklung nun darauf ausgerichtet, die Zahl der Volllaststunden auf deutlich über 4 000 zu steigern. Literatur [1] Koenemann, D.: Offshore-Windparks in der Nordsee: Verzögerungen sind unvermeidlich. BWK 65 (2013), Nr. 10, S. 48–51. [2] Rohrig, K. (Hrg.): Windenergie Report Deutschland 2014. Fraunhofer Verlag, 2015. [3] Koenemann, D.: Alpha Ventus: Erwartungen übertroffen. BWK 64 (2012), Nr. 9, S. 28–29. [4] Bilanz 2014: Deutschlands erster Offshore-Windpark „alpha ventus“ nach vier Jahren Betrieb weiter im Plan. Deutsche Offshore-Testfeld und Infrastruktur GmbH. Pressemitteilung vom 20.2.2015. PRAXIS-ERPROBT und marktgerecht LEICHT UMSETZBAR EDM, IDE, CRM, ... F ÜR HEUTE UND MORGEN zukunftsfähig Bild: Dan Tysk Offshore Wind

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