Was genau ist eigentlich schwimmende Offshore-Windkraft?

Onshore-Windkraftanlagen findet man überall, von den Tropen bis zur Arktis. Vor drei Jahrzehnten begannen die Entwickler, sie auf festen Fundamenten im Meer zu errichten, und lösten damit den Aufstieg des Offshore-Windmarktes aus, der 2019 eine neue Kapazität von 6,1 Gigawatt erbrachte.

In jüngerer Zeit hat die Windindustrie ein noch ehrgeizigeres Vorhaben in Angriff genommen: die Errichtung von Turbinen auf schwimmenden Plattformen im Wasser anstelle von festen Fundamenten. Die schwimmende Windkraft hat das Potenzial, sich zu einem der wichtigsten neuen Märkte für erneuerbare Energien zu entwickeln.

Was also ist schwimmende Offshore-Windkraft?

Es ist ziemlich genau das, wonach es klingt. Anstatt eine Windturbine auf ein festes Fundament im Meer zu stellen, wird sie an einer Struktur befestigt, die im Wasser schwimmt. Die Struktur ist mit dem Meeresboden verbunden, um zu verhindern, dass sie auf einen Strand oder eine Schifffahrtsstraße abdriftet.

Heutige schwimmende Windkraftanlagen verwenden Standard-Offshore-Turbinen, Exportkabel und Materialien für die Anlagenbilanz. Der Hauptunterschied zwischen schwimmenden und fest gegründeten Offshore-Windkraftanlagen besteht darin, dass letztere auf eine Wassertiefe von bis zu etwa 165 Fuß beschränkt sind.

Wie funktionieren schwimmende Offshore-Windkraftanlagen?

Um die Turbinen aufrecht zu halten, beruhen schwimmende Fundamente auf dem Eisbergprinzip: Der größte Teil der Masse befindet sich unter Wasser.

In Hywind Scotland, dem derzeit einzigen kommerziellen schwimmenden Windpark der Welt, hat jede Siemens SWT-6.0-154-Turbine eine Turmkopfmasse von etwa 350 Tonnen und steht auf einem Fundament mit etwa 6.060 Tonnen festem Ballast und einer Verdrängung von etwa 13.230 Tonnen.

Solange das Wasser unter der Turbine tief genug ist, spielt die Form des Fundaments keine große Rolle. In der Praxis haben sich die Entwickler von schwimmenden Fundamenten jedoch auf Entwürfe konzentriert, die billig zu bauen und aus Sicht des Betriebs und der Wartung einfach zu handhaben sind.

Das lässt immer noch viel Raum für Fantasie: Jeder Entwickler hat ein anderes Konzept und ein überzeugendes Argument dafür, warum es das beste ist. Vier Grundkonzepte sind heute marktführend.

Aufgrund seiner Erfahrung in der Öl- und Gasindustrie hat Equinor (ehemals Statoil) seine bahnbrechende schwimmende Plattform Hywind auf einem Sparrentonnendesign aufgebaut, das sich für die Stabilität auf die Schwerkraft stützt. Die Spierboje wird in Abschnitten zusammengebaut und reicht bis zu einer Tiefe von etwa 260 Fuß unter der Meeresoberfläche, so dass sie für Wassertiefen zwischen etwa 310 und 390 Fuß geeignet ist.

Andere Entwickler wie Principle Power und Hexicon bevorzugen ein halbtauchfähiges Plattformdesign, das sich auf den Auftrieb als Stabilitätsfaktor stützt und für geringere Wassertiefen geeignet ist. Kritiker weisen darauf hin, dass die große Größe der Strukturen die Manövrierfähigkeit in Häfen einschränken könnte.

Ein drittes Design, für das sich der französische Fundamenthersteller Ideol einsetzt, ist ein quadratischer Lastkahn, der ein Dämpfungsbecken zur Aufrechterhaltung der Turbinenstabilität enthält. Wie das Halbtauchermodell ist es für seichtere Gewässer geeignet, und Ideol wirbt damit, dass die Betonherstellung unter dem Gesichtspunkt des lokalen Anteils von Vorteil ist.

Ein Konzept mit der Bezeichnung „tension-leg platform“ (Plattform mit Spannbeinen) schließlich beruht auf einem gespannten Verankerungssystem, das für Stabilität sorgt. Dadurch kann die Struktur eine kleinere Grundfläche haben und möglicherweise billiger sein als konkurrierende Modelle. Das dänische Unternehmen Stiesdal Offshore Technologies ist mit seinem Produkt TetraSpar führend in der Entwicklung dieses Konzepts.

Welcher dieser Entwürfe wird sich durchsetzen?

Equinor war das erste Unternehmen, das schwimmende Windparks in kommerziellem Maßstab gebaut hat, und bis heute ist sein Hywind-Entwurf der einzige, der eine nennenswerte Erfolgsbilanz aufweist.

Der norwegische Energieriese behauptet, er habe die Kosten zwischen seinem ersten Demoprojekt vor der schottischen Küste und seinem kommerziellen 30-Megawatt-Windpark um bis zu 70 % senken können. Für Tampen, ein 88-MW-Projekt, das 2022 vor der norwegischen Küste in Betrieb gehen soll, rechnet das Unternehmen mit einer weiteren Senkung der Fundamentkosten um bis zu 50 Prozent.

Im Februar nannte Sebastian Bringsværd, Equinors Leiter für die Entwicklung schwimmender Windkraftanlagen, ein Kostenziel von 40 bis 60 € (44 bis 66 $) pro Megawattstunde bis 2030. Diese raschen Kostensenkungen könnten Equinor bei kommenden Ausschreibungen für schwimmende Offshore-Windkraftanlagen die Oberhand verschaffen.

Eine im Mai 2019 von IHS Markit durchgeführte Analyse der anstehenden Projektzahlen ergab jedoch, dass 90 Prozent der schwimmenden Offshore-Windkraftkapazitäten wahrscheinlich auf halbtauchenden Plattformen installiert werden, wobei Principle Power den Markt anführt.

Wie werden schwimmende Offshore-Windturbinen installiert?

Das Spierbojenfundament von Echinor ist im Wesentlichen ein hohler Stahlzylinder, der zum Standort geschleppt werden kann, bevor er teilweise mit Wasser und Ballast gefüllt wird, damit er aufrecht bleibt. Die neueste Version des Fundaments benötigt eine Wassertiefe von mindestens 3,5 m, wenn es aufrecht steht, was bedeutet, dass die Installation der Turbinen höchstwahrscheinlich wie bei herkömmlichen Fundamenten auf See erfolgen würde.

Bei anderen Fundamenten ist die erforderliche Mindesttiefe viel geringer, so dass die Turbinen an Land installiert werden können, wobei die fertig montierten Turbinen und Fundamente dann zum Standort geschleppt werden, was die Kosten erheblich senkt.

Warum sollte jemand eine Windturbine schwimmen lassen?

Durch die Installation von Turbinen auf Schwimmern erhält ein Entwickler Zugang zu tieferen Gewässern, was mehr potenzielle Projektstandorte und viel mehr potenzielle Kapazität bedeutet.

Rund 60 Prozent der verfügbaren Offshore-Windressourcen in den USA liegen außerhalb der Reichweite von Turbinen mit festem Bodenfundament, darunter praktisch die gesamte Westküste, so eine Erklärung des Branchenverbands WindEurope aus dem Jahr 2017.

In Europa könnte die schwimmende Offshore-Windenergie zusätzliche 4 Terawatt liefern, zusätzlich zu der bereits führenden Kapazität des Kontinents mit festem Bodenfundament. Und in Japan werden schwimmende Fundamente für die Entwicklung eines Offshore-Windsektors von entscheidender Bedeutung sein, der eine Kapazität von 500 Gigawatt bieten könnte.

Abgesehen von der Möglichkeit, riesige ungenutzte Energieressourcen zu erschließen, ist die schwimmende Offshore-Windkraft auch für die Industrie von großem Interesse. Für die USA könnte es eine Möglichkeit sein, in einen Sektor der erneuerbaren Energien einzusteigen, für den sich das Land bisher kaum qualifizieren konnte. Und die europäischen Öl- und Gasunternehmen, die sich zunehmend für die Energiewende engagieren, sehen in der schwimmenden Windenergie einen Bereich, in dem sich ihre vorhandene Offshore-Erfahrung auszahlen kann.

Wer steigt in das Spiel ein?

Europäische Öl- und Gasunternehmen, um nur einige zu nennen. Equinor ist das bekannteste Beispiel, aber auch Royal Dutch Shell entwickelt sich zu einem wichtigen Akteur, und der italienische Auftragnehmer Saipem hat letztes Jahr eine Plattform vorgestellt.

Die französische Total hat sich im März in den Markt eingekauft und Anfang dieses Monats einen 20-prozentigen Anteil an dem Eolmed-Projekt im Mittelmeer erworben, bei dem das Fundament von Ideol und Turbinen von MHI Vestas zum Einsatz kommen werden.

Diese Akteure scheinen daran interessiert zu sein, mit einer Reihe unabhängiger Entwickler von schwimmenden Plattformen wie Ideol, Principle Power und Stiesdal Offshore zu konkurrieren oder eine Partnerschaft einzugehen. Gleichzeitig könnten die großen Ölkonzerne die Projektentwicklung und den Besitz von Anlagen übernehmen. In dieser Hinsicht könnten sie mit etablierten Offshore-Windparkentwicklern wie Ørsted und Iberdrola konkurrieren.

Ørsted hat noch keine Pläne für schwimmende Offshore-Windparks bekannt gegeben, aber EDP Renewables und Engie haben sich für das Projekt WindFloat Atlantic zusammengetan (zusammen mit dem spanischen Öl- und Gasunternehmen Repsol), und Iberdrola kündigte im März zwei Pilotprojekte an.

Schließlich gibt es noch die Windturbinenhersteller. Die führenden Hersteller von Offshore-Windturbinen wie Siemens Gamesa, MHI Vestas und GE haben sich bisher von den Feinheiten der Konstruktion schwimmender Fundamente ferngehalten, aber sie brauchen sich kaum Sorgen zu machen. Die massiven Turbinen, die sie auf den Markt bringen, sind in zunehmendem Maße für den Betrieb auf schwimmenden Plattformen weit vor der Küste ausgelegt, und das Marktpotenzial, auf das sie blicken, ist beeindruckend.

Wo wird der Markt hingehen?

Ungeachtet dessen, ob er in den USA abhebt, gibt es keinen Zweifel daran, dass die schwimmende Offshore-Windkraft auf globaler Ebene an Bedeutung gewinnt. Selbst kurzfristig könnte das zu einigen interessanten Entwicklungen im Offshore-Windsektor führen.

Das amerikanische Unternehmen Principle Power könnte zum Beispiel eine führende Rolle bei der Entwicklung der Branche spielen. Japan könnte endlich Offshore-Wind entwickeln. Und europäische Öl- und Gaskonzerne könnten sich als Windenergie-Akteure profilieren.