Meer – Wind – Strom: Forschung am ersten deutschen Offshore-Windpark alpha ventus

266 Pages·2016·13.56 MB·German

by  Michael Durstewitz

Michael Durstewitz
Bernhard Lange Hrsg.
Meer – Wind –
Strom
Forschung am ersten deutschen
Off shore-Windpark alpha ventus
Meer – Wind – Strom
Michael Durstewitz
Bernhard Lange
(Hrsg.)
Meer – Wind – Strom
Forschung am ersten deutschen
Offshore-Windpark alpha ventus
Herausgeber
Michael Durstewitz Bernhard Lange
Fraunhofer-Institut für Windenergie Fraunhofer-Institut für Windenergie
und Energiesystemtechnik IWES und Energiesystemtechnik IWES
Kassel, Deutschland Bremerhaven, Deutschland
Diese Veröffentlichung ist ein Gemeinschaftswerk der Forschungsinitiative
RAVE (Research at alpha ventus).
ISBN 978-3-658-09782-0 ISBN 978-3-658-09783-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-658-09783-7
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Planung und Lektorat: Kerstin Hoffmann
Textbearbeitung: Björn Johnsen, Windmedia
Fotonachweis Umschlag: DOTI / Matthias Ibeler
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
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V
Grußwort des Bundesministers für Wirtschaft
und Energie
Die Nutzung der Windenergie an Land wie auch auf See ist ein zentraler Baustein der Ener-
giewende. Bereits heute liefert die Windenergie an Land den größten Beitrag zur Stromer-
zeugung aus erneuerbaren Energien. Der verstärkte Ausbau von Offshore-Windkraftanlagen
bietet noch viel Potenzial. Er erfordert jedoch viele innovative Lösungen bei Bau und Betrieb.
Die Forschung am ersten deutschen Offshore-Windpark alpha ventus hat ganz entscheidend
zur Knowhow-Entwicklung in diesem noch recht jungen Sektor der Energieerzeugung in
Deutschland beigetragen. Besonders erfreulich ist, dass es gelang, die vielen verschiedenen
Forschungsprojekte erfolgreich zu koordinieren und die unterschiedlichen Interessen von
Forschern, Betreibern und Anlagenherstellern, aber auch die Belange eines ökologisch ver-
träglichen Ausbaus miteinander zu vereinbaren. Das Wagnis des Pionierparks alpha ven-
tus hat in Verbindung mit der Forschungsinitiative Research at alpha ventus – RAVE die
Grundlage für die deutschen Offshore-Projekte im Windbereich gelegt. Wie herausragend
die erreichten Forschungsergebnisse sind, wird nicht zuletzt durch das große internationale
Interesse deutlich.
Natürlich ist damit die Forschung für den weiteren Ausbau der Windenergienutzung in
Deutschland längst nicht abgeschlossen. Nur wenn wir die Kosten für Strom aus Windener-
gie weiter senken und den Beitrag zur Versorgungs- und Netzsicherheit weiter steigern, wer-
den wir die Ausbaupotenziale in Deutschland nutzen können. So kann die Windindustrie in
Deutschland dauerhaft wettbewerbsfähig bleiben.
Das vorrangige Ziel der Forschungsförderung des BMWi ist daher die Senkung der Kosten
sowohl bei den Investitionen als auch beim Betrieb von Windenergieanlagen. Der technolo-
gische Stand ist dabei beachtlich – mit den leistungsstarken Windenergieanlagen „Made in
Germany“ setzt die deutsche Industrie Maßstäbe für das internationale Niveau.
Entscheidend für den weiteren Ausbau der Windenergienutzung wird aber die zuverlässige
Integration des erzeugten Stroms in die öffentlichen Versorgungsnetze sein. Sie bildet einen
der Förderschwerpunkte des BMWi in der Energieforschung. Forschungsbedarf besteht etwa
zur Optimierung der Netzanbindung von Offshore-Windparks, zum Last- und Erzeugungs-
management, zu windenergiespezifischen Aspekten der Speicherung sowie der Verbesserung
von Windprognosen.
VI Grußwort des Bundesministers für Wirtschaft und Energie
Deutsche Unternehmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen gehören im Bereich der
Windenergie weltweit zur Spitze. Innovationen sichern diese internationale Spitzenstellung.
Die Forschung unterstützt deutsche Hersteller und Serviceanbieter, indem sie Lösungen für
die spezifischen Anforderungen ausländischer Märkte entwickelt. Das BMWi fördert diese
Aktivitäten mit dem Ziel, auch in Zukunft eine möglichst hohe Wertschöpfung der Windener-
gie in Deutschland zu sichern und die deutsche Industrie so international wettbewerbsfähig
aufzustellen.
Ich freue mich, dass die Quintessenz der zahlreichen von der Bundesregierung im Rahmen
des Energieforschungsprogramms geförderten RAVE-Forschungsprojekte nun in Buchform
vorliegt. Allen Lesern wünsche ich eine interessante und inspirierende Lektüre.
Ihr
Sigmar Gabriel
Bundesminister für Wirtschaft und Energie
VII
Grußwort des Vorstandsvorsitzenden
der Stiftung Offshore-Windenergie
Der Bau des Testfeldes alpha ventus hat die Entwicklung der Offshore-Windkraft in Deutsch-
land maßgeblich beeinflusst. Innerhalb von fünf Jahren nach seiner Inbetriebnahme im April
2010 waren Ende 2015 in der deutschen Nord- und Ostsee Windparks mit einer Leistung
von 3.294 Megawatt an das Netz angeschlossen. Und bis 2020 wird sich nach den bereits
getroffenen Investitionsentscheidungen und Unternehmensplanungen die Leistung mehr als
verdoppeln – optimistische Prognosen rechnen mit der vollen Ausschöpfung der politisch
gesetzten Obergrenze von 7,7 GW. Dieser Durchbruch der neuen Technologie, die sich mit
der Überwindung vieler Anfangsschwierigkeiten nicht leicht getan hat, ist ohne die umfang-
reichen Forschungsprojekte und deren Ergebnisse im Rahmen der RAVE Forschungsinitiative
nicht denkbar.
Über 50 Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen haben sich in zahlreichen
Einzelprojekten mit der Lösung von Problemen befasst, um die Technik von Offshore-Wind-
anlagen zu verbessern, sie wirtschaftlicher und sicherer zu machen und die Verträglichkeit
mit der Meeresumwelt zu optimieren. Davon hat die gesamte Offshore-Windkraftbranche in
Deutschland profitiert.
Die Stiftung dankt daher allen Wissenschaftlern, die sich in diesem nationalen Offshore-
Wind-Forschungsvorhaben engagiert und damit einer neuen Technologie zum Durchbruch
geholfen haben.
Stellvertretend für diese Forschungsgemeinschaft richtet sich der Dank der Stiftung vor allen
an den Projektträger Jülich (PtJ) und das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energie-
systemtechnik (IWES), welche die einzelnen wissenschaftlichen Arbeiten betreut, koordiniert
und die Ergebnisse zusammengeführt haben.
Das Forschungsnetzwerk RAVE hat sich große Verdienste um die Offshore-Windkraftent-
wicklung in Deutschland erworben.
Jörg Kuhbier
Vorstandsvorsitzender, Stiftung OFFSHORE-WINDENERGIE
IX
Tatort Testfeld, Tatort Offshore
Vorwort der Herausgeber
Toben, tanzen, schwärmen. RAVE. Das englische Wort steht zugleich für die Abkürzung von
Research At Alpha Ventus. So doppeldeutig, so zutreffend. Denn die Errichtung und die Er-
forschung von Deutschlands erstem Offshore-Windpark alpha ventus, erwies sich zugleich
als ein Ritt über die Nordsee. Für alle Beteiligten.
Gerade einmal acht Jahre ist der Startschuss von RAVE her und schon jetzt fällt es schwer, sich
in die damalige Lage zurückzuversetzen: Erfahrungen so weit draußen mit der Errichtung von
Windenergieanlagen, über 40 Kilometer bis zum nächsten Land entfernt, gab es nicht. Ebenso
wenig mit dem Bau von Windkraftfundamenten in 30 Meter tiefen Gewässern. Auch war
die vorgesehene 5-Megawatt-Anlagengeneration neu und noch nicht auf See ausgetestet …
Heute stehen wir an einem ganz anderen Punkt: Die Frage „Geht das überhaupt?“ stellt heute
niemand mehr. 5-Megawatt-Anlagen sind schon Schnee von gestern. Heute drehen sich rund
800 Offshore-Windenergieanlagen in deutschen Gewässern, über 3.200 in Europa. Alpha
ventus und RAVE haben dazu beigetragen.
Denn beides ist eine Erfolgsgeschichte: alpha ventus kann sich mit seinen jährlich rund 4.500
Vollaststunden Windstrom sehen lassen. Gerade im europäischen Vergleich der Windparks
auf See – und das obwohl alpha ventus ein Testfeld ist. Die Erfahrungen und das Betriebser-
gebnis von alpha ventus haben bedeutend dazu beigetragen, das Vertrauen in die Technologie
zu schaffen, das die Voraussetzung für einen weiteren Ausbau ist. Passend hierzu: 2015 gab
es einen Rekord in Deutschland mit 2.282 Megawatt Neuaufstellungen auf See. Kumuliert
sind Offshore-Windparks mit rund 3.300 Megawatt am Netz. Die politische Zielsetzung, das
Nahziel von 6.500 Megawatt Offshore-Leistung bis 2020 scheint realisierbar. Rund 80 % der
bis dato geplanten Projekte besitzen nach heutigem Stand bereits eine Finanzierung.
Auch RAVE ist eine Erfolgsgeschichte: Noch nie gab es in der Windenergie eine so große
koordinierte Forschungsinitiative, in der Industrie und Forschungsinstitutionen an einem
Strang ziehen. Mit Erfolg: Innerhalb von wenigen Jahren haben nicht nur die beteiligten Her-
steller ihre Windenergieanlagen weiterentwickelt, sondern mit den Forschungsergebnissen
wurden auch neue Richtlinien entwickelt, die in der ganzen Branche angewandt werden. Und
nicht zuletzt wurde grundlegendes Wissen geschaffen: Vom Verhalten der Schweinswale bis
zur Belastung durch brechende Wellen reicht die Bandbreite neuen Wissens. Die deutsche
Forschung zu Offshore-Windenergie hat sich dadurch innerhalb von wenigen Jahren in die
internationale Spitzengruppe manövriert – die vielen Veröffentlichungen und Konferenz-
beiträge belegen das.
RAVE war und ist ein Gemeinschaftswerk. Trotz oder wegen aller Hindernisse, die es galt,
zu überwinden. „Der Offshore-Virus hat uns gepackt“. Uns, die beteiligten Forscher an alpha
ventus, Deutschlands erstem Nordsee-Windpark. Wir sind stolz darauf, dass dieses Testfeld
verwirklicht wurde – und dass wir Wissenschaftler dazu forschen können. Zu diesem „Kön-
nen“ gehört auch die finanzielle Unterstützung, das diese Forschungstätigkeit überhaupt erst
ermöglicht. Dank dafür daher an das PTJ als begleitenden Projektträger und das Bundesmi-
nisterium für Wirtschaft und Energie. Über ein halbes hundert Universitäten, Forschungsin-
X Tatort Testfeld, Tatort Offshore
stituten und Unternehmen waren und sind an der RAVE-Forschung beteiligt. Ihre Ergebnisse
helfen, die Windenergienutzung auf See weiter zu entwickeln.
In den vergangenen zehn Jahren wurde unglaublich viel erreicht. Eine neue Branche ist ent-
standen. Das Wissen hat sich enorm vergrößert. Aber bekanntlich dauern Wunder länger.
Dass sollte man im Hinterkopf behalten, wenn heute nur noch darüber diskutiert wird, wie
schnell man wie viel Offshore-Windenergie ausbauen kann und wie schnell und stark die Kos-
ten reduziert werden können. Trotz der gewaltigen Fortschritte ist die Offshore-Windenergie
immer noch eine sehr junge Branche, die noch lange Zeit brauchen wird – und bekommen
muss – um das Wissen zu vervollständigen, die Technologie zu optimieren und Betriebser-
fahrungen zu sammeln. Offshore-Windparks sind für eine Betriebsdauer von mindestens
20 Jahren gebaut und selbst der erste deutsche Offshore Windpark alpha ventus hat noch nicht
einmal die Hälfte davon hinter sich.
Forschung kann und möchte seinen Beitrag leisten: Das Langzeitverhalten von Materialien
und Bauteilen in den harschen Offshore-Bedingungen muss untersucht und verstanden wer-
den. Vertieftes Wissen ermöglicht Innovationen, die die Kosten für den offshore erzeugten
Strom reduzieren können. Neue Ansätze in Planung, Produktion, Bau und Betrieb von Off-
shore-Windparks wollen erdacht, entwickelt und getestet werden. Windparks in 10 Jahren
werden anders aussehen und weniger kosten als heute.
Zum Schluss die Frage: An wen richtet sich dieses Buch eigentlich? An alle, die sich für Off-
shore-Windenergie interessieren. Und an alle, die verstehen möchten, was die Forschungs-
fragen sind, die gelöst werden mussten und müssen, um sie Realität werden zu lassen. Also
eigentlich an jeden, der mehr über die Arbeit und (Zwischen-)Ergebnisse an Deutschlands
erstem Offshore-Testfeld erfahren möchte. Und der dafür zum Verständnis nicht vorher ein
Ingenieur- oder Physikstudium absolviert haben muss. Dieses Buch ist der Versuch, die bis-
herigen wissenschaftlichen Erkenntnisse aus RAVE in allgemein verständlicherer Weise aus-
zudrücken. Wer mehr Details erfahren möchte, dem seien die jeweiligen Abschlussberichte
der Forschungsprojekte zur Lektüre empfohlen, sowie die Internetpräsentationen oder Fach-
gespräche mit den Projektbeteiligten.
Offshore in Deutschland geht jetzt erst richtig los. Die Forschung dazu geht weiter, die Er-
folgsgeschichte hoffentlich auch. Wir Forscher wollen unseren Beitrag dazu leisten und freuen
uns darauf.
Michael Durstewitz Dr. Bernhard Lange
XI
Danksagung
Wir möchten uns herzlich bedanken bei
-
allen Fachautoren für ihre Mühe und Mitwirkung, für ihre Geduld beim Erklären und
ihren Einsatz beim Korrigieren, für ihren Mut und ihre Bereitschaft, in diesem Buch
-
neue Wege zu gehen,
dem Springer-Lektorat, namentlich Frau Kerstin Hoffmann, für ihr Verständnis und
-
ihre Bereitschaft, immer wieder neue Produktionszeiten zu ermöglichen,
dem gesamten Team vom Fraunhofer IWES, insbesondere Uta Werner und Evgenia
Gostrer für Grafik und schnelle Bildbearbeitung, Susann Spriestersbach für Koordina-
tion und Hilfe, Lena Schuldt für ihre außerordentlich große, engagierte und vielseitige
-
Hilfe während des gesamten Produktionsprozesses,
dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie dem Projektträger Jülich, die
-
die Umsetzung dieses Werks erst ermöglicht haben
sowie den vielen anderen Helferinnen und Helfern, die uns bei der Produktion unter-
stützt und mit zur Veröffentlichung von „Meer – Wind – Strom“ beigetragen haben.
Michael Durstewitz, Bernhard Lange, Björn Johnsen
Kassel, Bremerhaven, Hannover im Februar 2016