O wie Offshore

Der schlummernde Riese des Ozeans

Wir nutzen erst einen kleinen Teil des riesigen Energiepotenzials der Meere: Mit den richtigen Technologien ließen sich aus Gezeiten, Strömungen, Wind und Wellen 13 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs gewinnen.
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Der Windpark BARD Offshore 1 in der deutschen Nordsee: Das Potenzial der Meeresenergie ist hoch – und noch lange nicht ausgeschöpft. Quelle: Reuters

Der Windpark BARD Offshore 1 in der deutschen Nordsee: Das Potenzial der Meeresenergie ist hoch – und noch lange nicht ausgeschöpft.

(Foto: Reuters)

Extreme Kräfte von Wind, Wellen und Meeresströmung, Blitzentladungen und Temperaturschwankungen von minus 25 Grad bis plus 25 Grad: Das Meer ist kein Freund der Technik. Stromerzeugungsanlagen auf dem Meer müssen einiges aushalten. Sie zu installieren und zu warten ist teuer. Ingenieure auf der ganzen Welt tüfteln an technischen Innovationen, um die Kraft von Wind, Wellen und Gezeiten effizienter nutzbar zu machen. Denn das Reservoir ist groß: Mit Meeresenergie lässt sich theoretisch fast das 100-fache der heutigen globalen Stromproduktion erzeugen: Zwei Millionen Terrawattstunden beträgt das jährliche Potenzial der Meeresenergie, gerade einmal 22.600 Terrawattstunden wurden 2012 mit Meeresenergie erzeugt. Ein Drittel des deutschen Strombedarfs ließe sich decken, wenn Europa sein Potenzial auf Basis der heute bekannten und wirtschaftlichen Techniken ausschöpfen würde, schätzt die Europäische Kommission. Trotzdem ist in den meisten Staaten die Energiegewinnung aus dem Meer erst in den vergangenen zehn Jahren mehr als ein Wunschtraum geworden.

Auf dem richtigen Fuß erwischt
Schlicht und unauffällig, aber bedeutsam
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Der Turm einer Windenergieanlage  kann mehrere hundert Tonnen wiegen, und verursacht bei Montage und Transport einen guten Teil der Kosten. Außerdem ist er ein wichtiger Faktor für den Ertrag: Je weiter oben die Nabe platziert ist, desto stärker und konstanter weht der Wind, und umso kräftiger können die Flügel rotieren.

Je mehr Strom Windenergieanlagen produzieren, desto besser.
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Ein wichtiger Faktor für den Ertrag ist die Höhe der Nabe. Je weiter oben, desto stärker und konstanter ist in der Regel der Wind, und umso kräftiger können die Flügel rotieren. Auch für den Bau von Windparks in waldreichen Regionen wie Schweden oder Süddeutschland ist die Höhe ausschlaggeben. Der Abstand zwischen Wipfeln und Turbinenschaufeln muss groß genug sein, um Gefahren durch Berührungen auszuschließen.  

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Je höher hinaus es mit der Windturbine gehen soll, desto komplexer wird aber auch das Vorhaben. Denn wenn der Turm höher werden soll, muss gleichzeitig der Fuß der Anlage in die Breite gehen. Je nachdem welcher Turmtyp gewählt wird, sind die Voraussetzungen unterschiedlich.

Montage Windenergie-Anlage
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Bislang bestehen die Türme für Windräder meist aus Stahl und Beton. Beide Typen sind auf den ersten Blick kaum zu unterscheiden. Reine Stahlkonstruktionen bestehen aus zwei bis fünf Segmenten, die separat transportiert und vor Ort aneinandergefügt werden. Der Haken: Je höher die Türme werden sollen, desto breiter muss zugunsten der Standfestigkeit das Fundament sein. Doch auf einem Lkw ist die Breite der zu transportierenden Bestandteile begrenzt – und mit den festen Stahlteilen kommen die Transporter nicht unter Brücken hindurch.

Supermond über Brandenburg
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Anders ist die Lage bei Betontürmen: Zwar werden diese auch in einzelnen Abschnitten angeliefert, aber der unterste Bestandteil wird in mehreren Teilen hergestellt und transportiert. Dadurch sind die Möglichkeiten für die Fundamentbreite größer, und die Türme können höher gebaut werden.

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Neben den reinen Stahl- oder Betontürmen gibt es auch Mischformen: Hybridtürme sind unten aus Beton gefertigt und im oberem Segment aus Stahl. Das löst die Transportprobleme von Stahlböden und ist aber einfacher zu montieren, als reine Betontürme.

SpaceFrame1
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In Europa noch nicht weitverbreitet, aber den Rohrvarianten gegenüber in einigen Punkten im Vorteil ist die Gitterkonstruktion, die optisch an Stromleitungsmasten erinnert. Ein ökonomischer Faktor, der für diese Bauweise spricht, sind die Transportkosten. Durch enorm große Komponenten und Sicherheitsvorschriften sind die Kosten hier bei Stahl/Beton-Konstruktionen recht hoch. Die Bestandteile der Gitterturm-Variante hingegen passen hingegen in Standard-Container, und benötigen keinen Schwertransport. So lassen sich die Anlagen besser transportieren und schneller aufbauen.

Jetzt wollen Deutschland, aber auch Frankreich, Belgien, die Niederlande, Großbritannien, China und Japan ihre Offshore-Kapazitäten stark ausbauen. In deutschen Gewässern sind aktuell fünf Offshore-Windparks in Betrieb: Alpha Ventus (60 MW), BARD Offshore I (400 MW), Riffgat (108 MW), Hooksiel (5 MW) und Enova Offshore (4,5 MW) in der Nordsee sowie Baltic 1 (48 MW) und Rostock (1 MW) in der Ostsee. Mitte 2014 waren in Deutschland rund 628 Megawatt (MW) Offshore-Windleistung am Netz. 2030 sollen es aber bereits 15.000 MW sein. Das neue Erneuerbare-Energien-Gesetz hat Offshore-Investoren Sicherheit und so zusätzlichen Schwung in den Ausbau gebracht. Mehrere Dutzend neuer Windparks mit klingenden Namen wie Ostseeperle, Adlergrund und Apollon sind in der Bau-, Genehmigungs- oder Planungsphase.

Nur weiter draußen ist noch Platz

Es wird also eng auf hoher See. Vor allem die flachen Küstengewässer sind bereits weitgehend genutzt oder verplant. Die Offshore-Parks stoßen in tiefere Gewässer vor – doch ab 30 Meter Wassertiefe sind konventionelle Fundamente nur noch schwer einsetzbar. Bereits in flacherem Wasser braucht es mehrere Tage mit ruhiger See, Vorbereitungen unter Wasser und den teuren Einsatz von Schwimmkränen. Neue Gründungen sollen helfen:

Das norwegische Unternehmen Seatower hat etwa ein neuartiges Fundament entwickelt, das sich auch für tiefe Gewässer eignet. Ein Koloss aus Beton, den Schlepper ins offene Meer hinausziehen und dort versenken. Dazu braucht es keine aufwändigen Vorbereitungen oder die richtigen Wetterbedingungen. Einmal versenkt, können selbst Monster-Wellen den Betonfuß nicht mehr aus dem Gleichgewicht bringen. Die eigentliche Windturbine wird anschließend darauf montiert.

Diese Windräder haben es in sich

Diese Windräder haben es in sich

Nicht untergehen sondern schwimmen soll dagegen das Fundament einer Firma aus Stralsund. Die Entwickler haben sich an Offshore-Parks in Japan und Norwegen orientiert. Dort sind viele Windräder nur auf einem Schwimmer montiert, der mit Stahlseilen am Meeresboden vertäut ist. Die Konstruktion aus Stralsund besteht aus vier Schwimmtanks mit einer Kantenlänge von 32. Der eigentliche Windgenerator wird am Pier auf dem Luftkissen-Fundament montiert. Ein Schlepper zieht das fertige Windrad ins Meer hinaus, dort ziehen vier am Grund verankerte Stahlseile die Schwimmtanks unter Wasser. Schon ab einer Wassertiefe von 20 Metern spare das Geld, sind sich die Entwickler sicher. Denn das Schwimm-Fundament benötigt weniger Material, der Aufwand für die Installation sinkt.

Windparks gehen online

Die Fertigung von Rotorenblättern zu automatisieren und so günstiger zu machen, hat sich das Verbundprojekt „Blade Maker“ vorgenommen. Die Rotoren machen ein Viertel der Gesamtkosten einer Windenergieanlage aus, vor allem weil sie bisher hauptsächlich per Hand gefertigt werden. Die Blatthälften werden fast ausschließlich von Hand mit Glas- oder Kohlenstofffaserbahnen belegt, mit einem Harz verklebt und schließlich zu einem Blatt zusammengefügt. Mit zunehmender Größe – und zu der geht der aktuelle Trend bei Land- und Meeres-Windrädern – wird das aufwändiger und teurer. Ziel des 2017 auslaufenden Projekts ist es deshalb, die Kleinserienfertigung auf großindustrielle Produktion umzustellen und die Herstellungskosten so zu senken.

Schließlich macht die Digitalisierung auch vor Offshore-Windparks nicht halt: Künstliche Intelligenz und automatische Selbstorganisation sollen Wartungs‐ und Reparaturabläufe auf See optimieren. Das Uni-Forschungsprojekt "prelnO" entwickelt Software, die die Wartung und Reparatur der Anlagen auf hoher See vereinfachen soll. In der Offshore-Industrie wollen Reparatureinsätze gut geplant sein: Die Wetterbedingungen müssen stimmen, Hubschrauber und das geeignete Personal zur Verfügung stehen. Jeder Verzug kostet. Das Steuerungssystem soll alle Daten aus dem Offshore-Windpark sammeln, den Zustand des Windpark erkennen und selbstständig Aufgaben nach Dringlichkeit ordnen. Die Entwickler versprechen, dass die "künstliche Intelligenz" Risiken abwägen, Instandhaltungsumfänge einschätzen, Arbeitspläne takten und logistische Abläufe planen kann.

Von Unterwasser-Drachen und Meeres-Schlangen
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