Offshore-Windparks

In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand der Planung für Offshore-Windparks in Deutschland beschrieben. Die neue Technologie dürfte derzeit wohl mit das größte Potenzial für eine klima- und umweltschonende Energieerzeugung zu vertretbaren Kosten bieten.

Es gibt allerdings noch vielfältige technische, ökonomische und rechtliche Fragen zu klären. Außerdem sollen die neuen Offshore-Windparks möglichst umweltverträglich gestaltet werden und die wertvollen Biotope der Nord- und Ostsee nicht beeinträchtigen.

Hintergründe der Offshore-Windtechnologie

Seit Anfang der 90er Jahre ist die Windenergie in Deutschland auf dem Lande (onshore) zu einem beispiellosen Siegeszug angetreten. Inzwischen deckt sie etwa 2,5 Prozent des gesamten Strombedarfs ab (Stand: Mitte 2001) und gehört damit neben der Wasserkraft und der Biomasse zu den wichtigsten regenerativen Energiequellen. Mittlerweile haben jedoch die Konflikte mit dem Naturschutz, Erholungssuchenden und Windpark-Anwohnern infolge von Vogelschlag, Lärm- und Lichtemissionen (sog. Discoeffekt) sowie aus landschaftsästhetischen Gründen („Verspargelung der Landschaft“) deutlich zugenommen. Auch zeichnet sich eine zunehmende Verknappung von besonders ertragreichen Standorten für Onshore-Windparks ab.

Um dennoch den weiteren Ausbau der Windenergie voranzutreiben und das bei weitem nicht ausgenutzte technisch-wirtschaftliche Potenzial nutzen zu können, sind Windparks, die weit vor der Küste (offshore) installiert werden, eine mögliche Alternative. Hierfür spricht auch, dass die Windgeschwindigkeiten auf See im Vergleich zu Standorten an Land bedeutend höher sind: Mit Geschwindigkeiten von weit über 8 m/sec in einer Höhe von 60 m lässt sich über den meisten nördlichen europäischen Seen jährlich 40 Prozent mehr Energieausstoß erzielen als an guten küstennahen Onshore-Standorten. Offshore-Windenergieanlagen, die über 5 km vom Land entfernt sind, bieten darüber hinaus den Vorteil, dass die Vogelbrut-, Rast- und Nahrungsstätten ungestört bleiben. Bei einer Entfernung von mehr als 12 km kann man sogar davon ausgehen, dass die Anlagen vom Strand aus die meiste Zeit unsichtbar sind. Und schließlich argumentiert die Windenergiebranche mit der Notwendigkeit der Sicherung bestehender Arbeitplätze sowie der Schaffung weiterer Arbeitsplätze durch die Erschließung neuer Absatzmärkte mit Hilfe der modernen Offshore-Windtechnologie.

Stand der Entwicklung / Entwicklungspotentiale
Erfahrungen mit Offshore-Winkonvertern

In den 90er Jahren wurden nur wenige und relativ küstennahe Offshore-Windparks im Ausland mit Anlagen überwiegend um 500 kW errichtet, so bspw. 1991 nahe Vindeby (Dänemark), 1995 nahe der jütländischen Insel Tunoe Knob (Dänemark), 1994 und 1996 in Medemblik (Niederlande) und 1997 bei Gotland (Schweden). Dies könnte sich jedoch schon bald ändern: Seit 2000 wurden bereits mehrere Anlagen im MW-Bereich in Betrieb genommen - so schwedischen Kalmarsund (7 x 1,5 MW) und in der nordenglischen Hafenstadt Blyth (2 x 2 MW). Es besteht jedoch noch ein großer Forschungsbedarf – nicht nur was die Montage großer Offshore-Windkonverter weit vor der Küste betrifft – sondern auch im Hinblick auf die Auswirkungen von Offshore-Windparks auf ihre Umwelt.

In der Studie „Zukunft Windkraft: Die Energie aus dem Meer“ wurden von Greenpeace in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Windenergie-Institut (DEWI) die Windpotenziale auf der Nordsee für die EU-Anrainerstaaten untersucht (2). Die Studie kam zu dem Ergebnis, dass für die Nordsee ein gewaltiges Windenergiepotential besteht: Selbst das relativ „küstenarme“ Deutschland könnte noch über die Hälfte seines gesamten Strombedarfs mit Offshore-Windparks in der Nordsee decken, das kleine Dänemark gar komplett Deutschland mitversorgen (siehe Tabelle).

Strompotenzial aus Offshore-Windparks
in Relation zum nationalen Stromverbrauch

(unter Bezugnahme auf die „Study of Offshore-Wind-Energy in the EC“ (10)

Im Rahmen der Studie wurden besonders wichtige Restriktionen wie Wassertiefe, Distanz zur Küste, starke Meeresbodenneigung, Schifffahrtswege, Pipelines und Kabel, Ölplattformen sowie Nationalparks (Wattenmeer) berücksichtigt. Die Berechnungen beruhen auf der Annahme von 6 MW installierter Leistung pro Quadratkilometer.

Generell ist zu sagen, dass das Potential in der Nordsee ebenso wie in der Ostsee aufgrund der großen Ausdehnung und der moderaten Wassertiefen enorm ist. In der Deutschen Bucht (Nordsee) kann man davon ausgehen, dass selbst in einer Entfernung von 70 km von der Küste die Wassertiefe weniger als 40 m beträgt. Würde hier ein Quadrat mit einer Kantenlänge von 50 km für die Offshore-Windenergie genutzt, könnte man dadurch bei einer installierten Leistung von 25.000 MW 25% des gesamtdeutschen Strombedarfs decken.

Raumnutzungs- und Genehmigungsaspekte

Planungsrechtlich ist für die Genehmigung eines Offshore-Windparks entscheidend, ob sich dieser in der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) oder in der 12-sm-Zone (die 12-Seemeilen-Zone entspricht dem 22,2 km breiten Küstenmeer) befindet. Während im ersteren Fall das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) zuständig ist, sind es im zweiten Fall die Raumordnungsbehörden der jeweiligen Küstenländer. Aus diesem Grund unterscheiden sich die Genehmigungsabläufe in den beiden Zonen voneinander. In der 12-sm-Zone gelten vergleichbare Anforderungen wie an Land. Die AWZ hingegen ist kein deutsches Hoheitsgebiet und unterliegt dem internationalen Seerechtsübereinkommen. Für diesen Bereich muss erst noch ein klar geregeltes Verfahren für die Zulassung von Offshore-Windkraftanlagen geschaffen werden, da derzeit die Verfahren in der AWZ zum größten Teil auf Grundlage gemeinsamer Konsensfindung basieren.

In den Genehmigungsverfahren wird insbesondere überprüft, ob durch das Projekt Konflikte mit anderen bestehenden oder geplanten Raumnutzungen verursacht werden können und welche Auswirkungen das Projekt auf seine Umgebung bzw. die Umwelt hat. Berücksichtigt werden müssen dabei der Natur- und Landschaftsschutz, das Militär, die Bodenschatzgewinnung (bspw. Erdölförderung und Kiesabbau), Fischfang, Schifffahrtswege, Pipelines und Seekabel sowie die Erholungsnutzung. Besondere Bedeutung kommt hier der Seeanlagenverordnung und der Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) zu.

Besonders umfangreich ist die Flächeninanspruchnahme durch den Natur- und Landschaftsschutz, da es sich bei Nord- und Ostsee um (zumindest teilweise) sehr sensible Biotope handelt. Es kann unterschieden werden zwischen Nationalparks, Naturschutzgebieten, FFH- und EU-Vogelschutzgebieten, Biosphärenreservaten an der Küste, Important Bird Areas (IBA-Gebiete) und Baltic Seabird Protected Areas.

Der Nationalpark Wattenmeer, EU-Vogelschutz und FFH- Gebiete sind in der nebenstehenden Karte für die Deutsche Bucht (Nordsee) dargestellt. Während diese Schutzgebiete ein absolutes Ausschlusskriterium für die Nutzung durch Offshore-Parks darstellen, müssen IBA-Gebiete lediglich im Rahmen einer sach-gerechten Abwägung berücksichtigt werden. Weitere Infos zu Schutzgebieten in Nord- und Ostsee unter www.bfn.de.

Natur-und Landschaftsschutz

Parallel zu einigen bereits laufenden Genehmigungsverfahren werden derzeit mit hohem Aufwand eine Vielzahl an staatlichen und privaten Forschungsprogrammen und Projektvorhaben durchgeführt. Durch diese sollen die enormen noch vorhandenen Wissenslücken, die sich v.a. auf die Beeinflussung des Vogelzugverhaltens durch Offshore-Windparks und die Auswirkungen von Schallemissionen auf marine Säuger (Robben, Seehunde und Kleinwale) sowie die Sicherheit der Schifffahrt beziehen, geschlossen werden. Hier kann nur auf zwei der wichtigsten Programme eingegangen werden:

1. die „Untersuchung zur Vermeidung und Verminderung von Belastungen der Meeresumwelt durch Offshore-Windenergieparks im küstenfernen Bereich der Nord- und Ostsee“. In diesem Programm des Bundesumweltministeriums sollen u.a. das Risikopotential von Schiffskollisionen und die möglichen Folgen für die Umwelt abgeschätzt werden.

2. das „Offshore-Windtestfeld“ im Rahmen des Zukunftsinvestitionsprogramm (ZIP) von BMWi und BMU. Hierbei sollen zunächst Messplattformen in Nord- und Ostsee errichtet werden, mit denen technische Daten (Windstärke, Wellengang, Schallausbreitung u.a.) und auch Daten zu den Tierpopulationen gewonnen werden können. Ab 2003 sollen dann Offshore-Anlagen auf einem Testfeld errichtet und parallel dazu meeresbiologische Begleituntersuchungen durchgeführt werden.

Planungsstand März 2001: Übersicht über Offshore-Projekte mit bekannten Eckdaten

(a) obwohl der Windpark nun nördlich von Borkum geplant wird, wurde die ursprüngliche Bezeichnung beibehalten

(b) Ausbau auf 208 Anlagen (mindestens 728 MW) vorgesehen

(c) zusätzlich sind 25 MW für ein Offshore-Testfeld mit 5 x 5,0 MW vorgesehen Quelle (11)

Die Windparks Nr. 1-7 sowie 9 und 11 befinden sich in der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ), die restlichen jenseits der 12-sm-Zone.

Eine Gesamtleistung von 1.000 MW dürfte bei einer Produktion von ca. 3,5 Mrd. kWh ausreichen, um 4 Mio. Einwohner mit Strom zu versorgen (so Berechnungen für Park Nr. 12).

Insgesamt wurden nach obiger Übersicht bereits weit über 2.000 Offshore-Windenergie-anlagen mit einer Leistung von ca. 11.000 MW bei den zuständigen Genehmigungsbehörden beantragt (Stand: Mitte 2001). Zum Vergleich: Die bis Ende des Jahres 2000 installierte Gesamtleistung aller Anlagen in Deutschland betrug 6.095 MW, verteilt auf 9.359 Anlagen. Dabei ist natürlich auch zu berücksichtigen, dass Offshore-Windenergieanlagen aufgrund des besseren Windangebots einen um etwa 40 % höheren Stromausstoß haben. Daher könnten die geplanten Offshore-Windparks einen etwa zweieinhalb mal so hohen Beitrag zur Stromerzeugung in Deutschland leisten, wie die bis Ende 2000 installierten Onshore-Windparks. Ob die Offshore-Windparks in der entsprechenden Größenordnung auch tatsächlich realisiert werden, ist jedoch sicher noch nicht abschließend geklärt.

Tatsächliches Entwicklungstempo der Projekte

Das "Windhundrennen", welches sich die verschiedenen Projektgesellschaften um die vermeintlich günstigsten Standorte und um die schnellste Genehmigung liefern, steht erst in den Anfängen. Schließlich liegen weltweit für Offshore-Windparks in diesen Größenordnungen und unter diesen Bedingungen noch keinerlei Erfahrungen vor. Auch kann es noch in der Vorphase zu erheblichen Änderungen bei den einzelnen Projekten kommen, wie das Projekt „Wilhelmshaven“ deutlich zeigt: Dort waren ursprünglich einmal 27 Anlagen vorgesehen. Schrittweise ist der Windpark unter dem Eindruck lokaler Proteste auf nur noch eine Anlage zusammengeschrumpft. Auf der anderen Seite werden aber auch Planungen erweitert. Bspw. wollte die Umweltkontor AG ihren Park noch Ende des letzten Jahres mit nur 69 Anlagen bestücken; jetzt sind es 155. Zudem konkretisieren sich in jüngster Zeit (Mai 2001) weitere Projekte wie das Projekt „Beltsee“ in der Ostsee (AWZ) mit bis zu 83 Anlagen der 3-MW-Klasse. Planerin ist die Plambeck Neue Energien AG. Geplanter Baubeginn: 2004.

Aber selbst wenn in den nächsten Jahren sämtliche Genehmigung erteilt werden würden, müsste noch lange darauf gewartet werden, bis Offshore-Windparks einen merklichen Beitrag zur deutschen Stromversorgung leisten könnten - so zumindest die Prognose der Bundesregierung. Erst ab 2010 soll demnach der massive Ausbau der Offshore-Windenergie angegangen werden.

Im Positionspapier des Bundesumweltministeriums zur Windenergienutzung im Offshore-Bereich ist ein langfristiger und stufenweiser Ausbau der Windparks vorgesehen.

Auch in anderen europäischen Nachbarländern setzt man auf Offshore-Windparks im großen Maßstab, wobei in Dänemark, Schweden, Großbritannien und den Niederlanden bereits Erfahrungen mit der Offshore-Technologie vorliegen. So will das dänische Energieministerium bis 2008 etwa Windräder mit einer Leistung von 750 MW im Meer errichten, in den Niederlanden will das Wirtschaftsministerium bis zu 2.750 MW offshore installieren. Und im Vereinigten Königreich wurden bereits 18 Offshore-Windparks an 13 Standorte ausgewiesen. Bis zum Jahr 2010 sollen dort bis zu 1.600 MW offshore installiert sein. Weitere Planungen bestehen u.a. auch in Schweden und Belgien. Aktuell (Mitte 2001) sind allerdings offshore erst etwa 70 MW europaweit installiert.

Ökonomische Aspekte

Die Investitionskosten serienmäßig hergestellter Offshore-Windenergieanlagen werden erheblich höher liegen als bei landgestützten Anlagen. Dies ist bedingt durch den Mehraufwand beim Fundamentbau, bei Aufstellung und Wartung der Anlage, für den Korrosionsschutz und die Netzanbindung per Seekabel. Da diese Mehrkosten durch einen höheren Stromertrag kompensiert werden müssen, eignen sich für den Offshore-Bereich nur Konverter mit großer Rotorfläche und Nennleistungen im Megawattbereich. Zudem werden die Offshore-Windparks i.d.R. eine relativ große Anlagenzahl besitzen, um die Netzanbindungskosten pro Anlage zu minimieren.

Die typische Anlagengröße wird demnach im Bereich von 2,0 bis 5,0 MW liegen. 5-MW-Anlagen, die momentan noch nicht verfügbar sind, sollen einmal gigantische Dimensionen erreichen: 85 m Nabenhöhe und 110 m Rotordurchmesser (so bspw. nach Planung des Norddeutschen Offshore Konsortiums). Dennoch wird geschätzt, dass unter den gegenwärtigen Rahmenbedingungen die Kosten pro installierter Leistung bei der Verlegung auf die offene See um deutlich steigen werden. Es aufgrund der erforderlichen Zusatzinvestitionen (v.a. aufwendige Gründungsarbeiten und küstenferne Netzanbindung) Kostensteigerungen vorhergesehen, die zwischen 60% und 200% im Vergleich zu konventionellen Onshore-Anlagen liegen.

Generell fallen die Kosten umso niedriger aus, je näher die Offshore-Anlagen zur Küste errichtet werden; so spricht man in der 12-sm-Zone auch von "nearshore" oder im Bereich der Küste von "nextshore". Erhebliche Kosteneinsparpotenziale können allerdings auch dann erwartet werden, wenn die Nutzung der Offshore-Windenergieressourcen in einem großtechnischen Maßstab durchgeführt wird. Dies gilt insbesondere für die Kosten von Netzanbindung, Gründung und Kontrollsysteme. Zudem werden die spezifischen Zusatzkosten für Turbinen mit einer Leistung von über 3 MW voraussichtlich nochmals deutlich sinken. Der technischen Verfügbarkeit der Anlagen durch Minimierung des Ausfallrisikos wird eine entscheidende Bedeutung zukommen. Daher sind an Offshore-Windenergieanlagen besonders hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit zu stellen.

Aufgrund der hohen Baukosten der geplanten Großwindparks stellt sich die Frage, wie die jeweiligen Entwicklungsgesellschaften ihren enormen Kapitalbedarf decken wollen. Bspw. soll das Investitionsvolumen des mittelgroßen Projekts Adlergrund (Nr. 1) mit seinen 155 Anlagen ca. 3 Mrd. DM betragen. Daher wird ein Teil der Unternehmen voraussichtlich versuchen die erforderlichen Mittel an der Börse beizubringen (bspw. die Future Energy AG), andere beabsichtigen den auch für Onshore-Parks „konventionellen“ Weg über Kommanditgesellschaften zu gehen, an denen man sich persönlich beteiligen kann (so z.B. der „Offshore Bürgerwindpark Butendiek“).

Zu beachten ist auch, dass die aktuellen Offshore-Windparkprojekte zum großen Teil unter einem enormen Zeitdruck abgewickelt werden. Schließlich sieht das Erneuerbare-Energien-Gesetz vor, dass nur noch bis Ende 2006 die bestehende Mindestvergütung für Windstrom von 17,8 Pf/kWh für neun weitere Jahre gezahlt werden muss. Ist der geplante Windpark bis dahin nicht in Betrieb gegangen, muss mit einer deutlich verminderten Einspeisevergütung (11,9 Pf. bzw. 6,1 Cent) gerechnet werden, so dass dann die wirtschaftliche Tragfähigkeit des gesamten Projekts in Frage stünde. Daher wird von Seiten der Projektgesellschaften aber auch vieler Umwelt- und Naturschutzverbände eine Fristverlängerung gefordert, um ausreichend Zeit für die Lösung der vielfältigen Probleme und offenen Fragen zu erhalten.

Technische Aspekte

Bei der Standortfindung für einen Offshore-Windparks müssen eine ganze Reihe von Kriterien geprüft werden, welche für die technische Realisierbarkeit des jeweiligen Vorhabens zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten entscheidend sind. Diese liegen primär im Interesse der privaten Planer und Investoren, nicht aber im öffentlichen Interesse. Daher werden sie bei den behördlichen Genehmigungsverfahren (siehe oben) nicht geprüft. Zu den wichtigsten Kriterien gehören hierbei:

Bei der Gestaltung des Windparks selbst ist darauf zu achten, dass einerseits die Kabellängen für die Netzanbindung minimiert werden müssen, andererseits aber die Konverterabstände maximiert werden sollten, um „Abschattungseffekte“, welche die Gesamtleistung großer Windparks deutlich reduzieren, zu vermeiden. Zudem müssen größere Windparks (> 100 MW) mit Hoch- oder Höchstspannungsleitungen (i.d.R. 110 kV-Seekabel zur Wechselstromübertragung) an das Stromnetz an Land angeschlossen werden. Dadurch werden auch Offshore-Umspannungswerke mit 20 kV / 110 kV-Transformatoren auf separaten Plattformen an den Windparkstandorten notwendig. Denn die Mittelspannung der Windenergieanlagen muss in Hoch- oder Höchstspannung umgewandelt werden.

Für sehr große Windparks in weiter Entfernung zur Küste besteht jedoch auch die Möglichkeit separate Verbindungen auf Grundlage der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) einzurichten. In diesem Fall wird die Kabellänge nicht wie bei der Wechselstromübertragung durch technische Gegebenheiten eingeschränkt. Es ist dann auch nicht mehr notwendig, das Wechselrichtersystem (zum Übergang von Gleichstrom auf Wechselstrom) unmittelbar an der Küste zu installieren. Die HGÜ-Leitung kann direkt zu Gebieten mit großem Energieverbrauch zu führen. Da allerdings für die meisten deutschen Projekte eine Netzanbindung für Brunsbüttel vorgesehen ist, besteht die Gefahr, dass die Kapazitäten des lokalen Leitungsnetzes hoffnungslos überlastet sein werden.

Zu berücksichtigen ist weiterhin, dass Windparks, die in der Nordsee errichtet werden, erheblich stärkeren Kräften ausgesetzt sind, als diejenigen der Ostsee. So muss in der Nordsee alle 100 Jahre mit einer Wellenhöhe von bis zu 21 m gerechnet werden - in der Ostsee sind dies "nur" 7,8 m. Entsprechend geringer kann hier der Aufwand für die Konstruktion der Anlage ausfallen. In diesem Zusammenhang besteht ein erhebliches Risiko für Offshore-Windparks darin, dass die Möglichkeit von Wartung und Instandsetzung stark eingeschränkt sein können. Fallen bei stürmischer Witterung Anlagen aus, können die Ertragsverluste groß sein, da die Servicespezialisten erst nach dem Sturm die Anlagen erreichen können. Für die Wartung sind Helikopterflüge und auch Übernachtungsmöglichkeiten in den Windparks vorgesehen.

Fazit

Man kann davon ausgehen, dass schon in den nächsten Jahren nicht nur in Deutschland große Offshore-Windparks entstehen werden, die weit über das hinaus gehen, was bisher onshore als Planungsmaßstab galt. Das küsten- und seenreiche Europa könnte mit deren Hilfe einen ganz erheblichen Anteil seines Strombedarfs ökologisch und zu wirtschaftlich durchaus vertretbaren Kosten decken. Es gibt jedoch noch eine Reihe zu klärender technischer und ökonomischer Probleme. Auch wird sich möglicherweise irgendwann die Frage stellen, ob ein weiterer Ausbau von Offshore-Windparks sinnvoll ist, wenn der erzeugte Strom bspw. in der windreichen Nächten oder an stürmischen Wochenenden gar nicht mehr benötigt wird. Oder wird am Ende gerade dieser Sachverhalt zum Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft führen, da der Strom in Schwachlastzeiten zur Wasserstoffgewinnung verwendet werden kann?

Derzeit noch erheblich bedeutsamer als solche technischen und wirtschaftlichen Probleme und Fragestellungen, die mit der Realisierung von Offshore-Windparks verbunden sind, scheinen die politischen Probleme zu sein. Naturschützer, Jagdvereine und Erholungsorte „laufen nicht selten Sturm“, wenn konkretere Eckdaten zu einem Projekt an ihrer Küstenregion bekannt werden. Auch erscheint es offenbar für viele nur schwer vorstellbar, dass sich die meisten Windparks in einer Entfernung von der Küste befinden sollen, in der sie überhaupt nicht oder nur die Rotorspitzen an besonders klaren Tagen gesehen werden können.

Es bleibt zu hoffen, dass für Offshore-Windparks Standorte gefunden werden, die insbesondere aus Sicht des Naturschutzes akzeptabel sind. Schließlich sollten auch die Umweltfolgen bedacht werden, welche die Alternativen wie bspw. die Kohleförderung in Ostdeutschland oder die Erdölgewinnung in der Nordsee mit sich bringen. Möglicherweise wird in nicht allzu ferner Zukunft der Besuch eines Offshore-Windparks zu einem Highlight eines jeden Nord- und Ostseeurlaubs werden, wie es in unserem Nachbarland Dänemark schon teilweise der Fall ist.