Beim Tragstrukturdesign werden im Offshore-Bereich aufgrund der komplexeren geometrischen Details verschiedene aufwendigere Nachweise, wie das Strukturspannungskonzept, bevorzugt angewendet. Es ist zu erwarten, dass die Onshore- Konstruktionen von den großen Forschungsanstrengungen für Tragstrukturen von Offshore-Windenergielagen nachhaltig profitieren werden.

Was ist besonderes an Offshore Windenergie?
Aufgrund des höheren Windaufkommens im Offshore-Bereich und den bereits stark ausgebauten windgünstigen Onshore-Standorten, sind Offshore-Windparkprojekte wirtschaftlich und politisch gesehen unaufhaltbar.

Die Wirtschaftlichkeit eines Offshore-Windparkprojekts hängt stark vom Standort ab um die erhöhten Investitionskosten der Netzanbindung und der Offshore WEA auszugleichen. In Deutschland konzentriert man sich, bei dem heutigen Stand der Technik, bei Offshore-Vorhaben auf Wassertiefen von ca. 30 m. Dieser Bereich liegt vor allem in der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) der Nordsee (Abbildung 1). Um den Ausbau der Windenergie in diesem Bereich zu realisieren, müssen weitere Faktoren wie z.B. Seeverkehr, Seekabel, Fischerei und Umweltschutz berücksichtigt werden. Dafür wurden Vorrangsgebiete für Windenergie in der AWZ von dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Schifffahrt (BMVBS) und von dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) ausgewiesen. Die vorgesehenen Pilotvorrangsgebietsflächen sollen die Möglichkeit bieten 10 000 MW gesamtinstallierte Leistung zu liefern. Die maximale Anzahl von WEA ist, aufgrund der großen Unsicherheit bezüglich der Auswirkungen der Windparks auf die Meeresumwelt, auf 80 Anlagen pro Windpark in diesen Pilotgebieten begrenzt worden.

Wer ist für die Genehmigungen im Offshore-Bereich zuständig?
Die Vorrangsgebietsflächen für Offshore-Projekte werden per Antrag an das BSH ausgewiesen. Das BSH ist die zuständige Behörde für alle Genehmigungen der Offshore-Projekte in der AWZ. Im Küstenmeer, also innerhalb der 12-Seemeilen Zone, sind die einzelnen Küstenländer mit ihren entsprechenden Raumordnungsprogrammen und Baugesetzen verantwortlich.

Welche Unterschiede bestehen Offshore?
Die grundlegenden Unterschiede bei einem Offshore-Windparkprojekt sind hauptsächlich die externen Bedingungen und die Voraussetzungen an Technik, Ausrüstung und Training, die sich daraus ergeben.

Zu den externen Bedingungen zählen die schlechte Zugänglichkeit, die korrosionsgefährdete Umgebung, die deutlich höheren mechanische Lasten (im Vergleich zu Onshore-WEA), die speziellen Anforderungen an die Gründungsstrukturen, die erschwerte Errichtung, die komplexe Verkabelung und Netzanbindung sowie die langen Kabeltrassen.

Hinzu kommen zahlreiche Voraussetzungen. Hohe technische Verfügbarkeit über die gesamte Lebensdauer der WEA sowie ein entsprechender Korrosionsschutz stehen an oberster Stelle der Anforderungen. Des Weiteren ist die Optimierung der Fertigung, des Transports und der Lebensdauer der Gründungsstrukturen von signifikanter Bedeutung als Voraussetzung für die erfolgreiche und reibungslose Massenproduktion. Die Logistik sowie Errichtung der Anlagen sind ebenfalls wichtige Faktoren, welche insbesondere aufgrund der wetterbedingt kurzen Montagezeiten berücksichtigt werden müssen. Weiterhin spiegeln die Verfügbarkeit der Netzanschlusspunkte mit ausreichender Kapazität und die effektive Spannungsübertragung mittels Seekabeln wichtige Anforderungen an Offshore WEA wieder.

Der deutlichste Unterschied zwischen On- und Offshore WEA stellt die Gründungsstruktur dar. In Abbildung 2 ist eine Übersicht der zurzeit existierenden Gründungsstrukturen gegeben.

Die verschiedenen Fundamente werden abhängig der vorhandenen Wassertiefe eingesetzt. In der Regel werden Schwerkraftfundamente (Abbildung 2f) in flachen Gewässern bis 10 m Tiefe eingesetzt. Der Vorteil dieser Bauweise ist die Eisgangbeständigkeit. Außerdem sind Schwerkraftgründungen mit hohen Kosten verbunden, was der Grund für den ausschließlichen Einsatz in geringen Wassertiefen ist.
Monopiles (Abbildung 2b) werden mit Hilfe eines Pfahls in den Meeresboden gerammt und als Gründungen bis zu 20 m Wassertiefe verwendet. Bei tieferen Gewässern (ab 20 m) werden Tripiles und Tripods sowie Jacket-Strukturen (Abbildung 2c, d, e) bevorzugt, da diese eine bessere Verteilung der Kräfte ermöglichen. Schwimmende Fundamente (Abbildung 2a) werden mittels Abspannseilen im Meeresboden verankert, haben jedoch ein komplexes dynamisches Verhalten und sind mit extrem hohen Kosten verbunden.

QUELLE: B.Sc. Kristina Spasova, HOCHSCHULE BREMERHAVEN