Sechs Windräder im Wasser auf offener See.

Offshore-Windparks:
Wann der Wind kurz den Atem anhalten sollte

Der Bau von Offshore-Windparks ist umstritten: Wie sehr werden Flora und Fauna im Meer beim Bau der Windparks gestört? Und wie sieht es mit den Schallwellen aus? Bis ein Offshore-Windpark steht, müssen unzählige Fragen geklärt sein und Arbeiten auf hoher See ausgeführt werden – bei der am besten auch der Wind kurz den Atem anhalten sollte.

Fällt der Rammhammer auf das 200 Tonnen schwere Stahlrohr, treibt er es Zentimeter um Zentimeter in den sandigen Meeresboden. Etwa 3’000 Schläge braucht es, bis der Hammer einen Monopile – das Fundament einer Windturbine – 40 Meter tief in den Boden des Meeres getrieben hat. Der Lärm ist immens und das Wasser würde die Schallwellen meilenweit tragen. Panikartig würden die Meerestiere flüchten, die hier lebenden Schweinswale würden Schaden nehmen, und es wäre eigentlich nicht möglich, die 32 Windturbinen des Offshore-Windparks Trianel Borkum II in der Deutschen See zu installieren – wäre da nicht eine geniale Erfindung, welche die Ausbreitung des Schalls effizient vermindert.

Der Windpark Trianel Borkum II befindet sich rund 45 Kilometer nördlich der norddeutschen Insel Borkum – mitten in der offenen See: Wassertiefe 25 bis 35 Meter. Rundherum befindet sich das berühmte norddeutsche Wattenmeer, an der Mündung der Ems liegt das deutsche Städtchen Emden.

Trianel Borkum II ist eine Ergänzung zum Windpark Trianel Borkum (TWB I), der bereits 2015 mit 40 Windturbinen ans europäische Stromnetz ging. Borkum II liefert seit Sommer 2020 ebenfalls Strom für den europäischen Markt. Die beiden Offshore-Windparks verfügen nun über je 200 Megawatt installierte Nennleistung. Mit dieser Leistung erzielen sie jährlich 800 Gigawattstunden Stromproduktion aus erneuerbaren Energien.

Zum Vergleich: Der Onshore-Windpark im norwegischen Måkaknuten kommt auf 125 Megawatt Nennleistung, das Kernkraftwerk Gösgen hat rund 1000 Megawatt – Letzteres jedoch mit markant höheren Kosten, was die langfristige Umweltbelastung betrifft.

«Offshore-Windparks können durch das Mehrfache an Wind auf dem offenen Meer an wesentlich mehr Stunden pro Jahr betrieben werden. Die Baukosten sind im Vergleich zu Onshore-Windparks jedoch auch deutlich höher. Deshalb hängt die Wirtschaftlichkeit eines Projekts immer von den Bau- und Betriebskosten im Verhältnis zu den erwarteten Stromerlösen ab», sagt Michael Sommer. Sommer ist Senior Projektleiter bei ewz und unter anderem für Windenergie zuständig.

«Offshore-Windparks können durch das Mehrfache an Wind auf dem offenen Meer an wesentlich mehr Stunden pro Jahr betrieben werden.»
Einzelne Bauteile der Windturbinen an Land.
Blick von oben auf ein Schiff.
Bauteile der Windturbine werden zusammengesetzt.
Mit einem Kran werden Arbeiten am Windrad vorgenommen.

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Wirtschaftlichkeit und Blindgänger

Während die Onshore-Windparks Måkaknuten und Stigafjellet im Besitz von ewz sind, ist das stadtzürcher Unternehmen an Trianel Borkum II zusammen mit anderen Gesellschaften «nur» beteiligt [Übersicht ewz-Produktionsstandorte]. Bei Onshore-Anlagen mache es Sinn, von Beginn weg dabei zu sein, sagt Sommer, der auch Geschäftsführer der Beteiligungsgesellschaft ist, die zusammen mit dem Schweizer Clean-Energy-Fonds Fontavis und rund 20 kommunalen und kommunalnahen Gesellschaftern in den Offshore-Windpark Borkum II investiert hat.

Der Bau von Offshore-Windparks hingegen gehöre nicht zur Kernkompetenz von ewz, ergänzt er. «Als wir bei Borkum II einstiegen, lagen die Genehmigungen bereits vor, und die Bestellungen der Baumaterialien waren erfolgt.» Ermöglicht wurde die Investition in Windenergie von ewz mithilfe des Rahmenkredits von 200 Millionen Schweizer Franken, den das Zürcher Stimmvolk 2017 für Investitionen in erneuerbare Energien gutgeheissen hatte.

Rund 10 Jahre Planung und Abklärungen vergingen, bis der erste Monopile (quasi die einzelnen Grundpfeiler eines Offshore-Windparks) in den Boden gerammt werden durfte. Die Planung allein kostete rund 20 Millionen Euro. Auf Standort- und Bodenstudien folgten Evaluationen der Wirtschaftlichkeit sowie Umweltverträglichkeitsstudien, dann Bewilligungsprozesse bei Ämtern, Gemeinden und Naturschutzorganisationen.

Sind die Böden geeignet für das Verankern von Windturbinen? Welche Technik ist am wirtschaftlichsten? Die Bodenstudien betrafen im Fall von Borkum II auch die Suche nach sogenannten Unexploded bombs (UXBs) – nicht detonierten Fliegerbomben und Seeminen des Zweiten Weltkriegs. Berücksichtigt werden müssen bei Offshore-Windparks zudem Meeresströmungen, die zusätzlichen Druck auf die Windturbinen ausüben. Anwohnergemeinden müssen ihr Einverständnis ebenso geben wie im Fall der Borkum-Anlagen das Bundesamt für Schifffahrt.

Nicht zuletzt kommt der Umweltschutz zu Wort: So dürfen Windturbinen keine Vogelwanderrouten unterbrechen (was auch für Onshore-Anlagen gilt). Mithilfe einer umfassenden Umweltverträglichkeitsprüfung werden im Vorfeld die Auswirkungen des Windparks auf Flora und Fauna untersucht und wenn notwendig weitere Massnahmen zum Schutz der Tiere und Pflanzen ergriffen.

Die Erfindung zum Unterwasser-Schallschutz für die Tiere

Was uns zurück zum Lärm beim Bau des Windparks Trianel Borkum II bringt. Ingenieure des Unternehmens Hydrotechnik in Lübeck fanden eine geniale Lösung, wie sie die Lärmemissionen auf den unmittelbaren Bereich des Monopiles beschränken können, der in den Boden gerammt wird: mit Luft bzw. einem «Big Bubble Curtain».

Hierbei wird ein mit Löchern versehener Schlauch im Abstand von 80 Metern kreisrund um den zu installierenden Monopile gelegt. Wenn der Rammhammer die Arbeit aufnehmen soll, füllen leistungsstarke Kompressoren auf einem Begleitschiff den Schlauch mit Luft. Die durch die Löcher austretende Luft bildet einen aufsteigenden Blasenschleier, der die Dichte des Wassers so verändert, dass der Schall fast vollständig geschluckt wird. Bis zu 95 Prozent der Lärmemissionen sollen so laut Hydrotechnik abgefangen werden.

Ein Schiff, das für den Bau der Windturbinen verwendet wird, steht im Vordergrund. Im Hintergrund viele Windturbinen im Meer. Es ist Sonnenuntergang.

Aber auch anderweitig entwickelt sich die Technologie windgeschwind weiter: Während die ersten Offshore-Windparks in Dänemark wegen ihrer Nähe zur Küste eher als Nearshore-Parks bezeichnet werden mussten und nur in einer Wassertiefe von maximal zehn Metern stehen konnten, rücken die Anlagen zurzeit stetig weiter hinaus ins offene Meer.

Nachdem sie einst auf Dreifüssen (Tripods) verankert wurden, folgten mit der Entwicklung der Rammtechnik die Monopiles: Spezialisierte Installationsschiffe mit herunterfahrbaren Stelzen, die sich auf den Meeresgrund stützen, ermöglichten es, die Hämmer auf die langen Stahlrohre krachen zu lassen und sie bei einer Wassertiefe von bis zu 40 Metern in den Boden zu treiben.

Mittlerweile sind die Ingenieure noch einen Schritt weiter und experimentieren mit schwimmenden Plattformen, auf denen die Windturbinen stehen. Die Plattformen werden mit Stahlseilen am Grund verankert. Sie erlauben den Bau in noch tieferen Gewässern und werden bei der Installation wohl auch weniger Lärm verursachen. «Von diesen Plattformen existieren aber erst Prototypen», sagt Michael Sommer.

Ein Schiff, das für den Bau der Windturbinen verwendet wird, steht im Vordergrund. Im Hintergrund viele Windturbinen im Meer. Es ist Sonnenuntergang.

Wie werden Offshore-Windparks gebaut? Hoffen auf Windstille

Letztlich geht es auch um wirtschaftliche Fragen, und neben den Verankerungen entscheiden weitere Faktoren darüber, wie rentabel ein Offshore-Windpark betrieben werden kann.

  • Wo kommt das Umspannwerk zu stehen, das die erneuerbare Energie für den Transport in Hochspannung konvertiert?
  • Wie weit ist es bis zum nächsten Netzanschlusspunkt, wo der Strom ins europäische Netzwerk fliesst?

«Zwischen 2008 und 2018 waren wegen des Booms in Deutschland die Anschlusspunkte knapp», sagt Sommer. Der Windpark Borkum II profitierte in dieser Situation vom bereits für den ersten Bauabschnitt TWB I installierten Umspannwerk, sodass der Stromanschluss bereits vorhanden war. Im Juni 2018 konnte der Bau beginnen, und der Windpark sollte Ende 2019 abgeschlossen werden. Es war allerdings nicht die Coronapandemie, die den Abschluss verzögerte, sondern der Konkurs des Windturbinenherstellers Senvion. «Dank einer Fortführungsvereinbarung und mit einem Teil der ursprünglichen Mannschaft konnte der Bau fortgeführt und die Anlage in Betrieb genommen werden», sagt Sommer.

Wenn die Monopiles stehen, werden auf dem Meeresgrund die Kabel verlegt. Sie gleiten aus dem Schiffsinneren über eine Führung wie eine Schlange in die See. Anschliessend werden sie vergraben oder beschwert. Die Kabel führen von den Windturbinen zum Umspannwerk, das wie eine Ölbohrplattform mitten im Meer steht. Sind auch die Kabel parat, werden den Monopiles die «Transition Pieces» (Verbindungsstücke) und die eigentlichen Türme mit den Gondeln aufgesetzt – siehe eindrücklich im Film weiter unten.

Mit einem Kran werden Arbeiten am Windrad vorgenommen.

Dann folgt der Moment, in dem alle den Atem anhalten – am besten auch der Wind.

Nun nämlich werden die mehrere Tonnen schweren Rotorblätter an die Nabe der Gondel geführt. Dabei sollte es möglichst windstill sein und kein Wellengang herrschen. Bei Wellengang würden sich die am Schiffskran hängenden Rotorblätter aufschwingen, und die Montage wäre unmöglich. Sind die Rotorblätter sicher an der Gondel angebracht, ist die Windturbine fertig und ragt stolze 180 Meter über den Meerspiegel. Die Gesamtlänge über dem Meeresboden beträgt nun inklusive Monopile über 200 Meter. Jetzt darf der Wind gerne wieder atmen und die gemächlich drehenden Rotorblätter antreiben.

Windenergie als wichtiger Beitrag zur Energiewende

Mit gezielten Investitionen in Windparks leistet ewz beim Ausbau der Energieproduktion aus erneuerbaren Energien aktiv einen Beitrag zur Energiewende und zum Umwelt- und Klimaschutz.

Mehr über die ewz-Stromproduktion mit Fokus auf erneuerbare Energien.

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