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Samstag, 23. Februar 2019

Offshore-Windkraft

Es wird leiser werden

Von Ralf Köpke | 20. September 2018 | Ausgabe 38

Die Branche lernt schnell. Ihr hilft, dass sie bewährte Technik aus der Öl- und Gasexploration auf See entlehnen kann, so bei neuen Techniken für die Fundamente.

w - Suction Buckets BU
Foto: Reuters/Russel Cheyne

Erste Erfahrungen mit mit Suction- Bucket-Fundamenten bei Offshore-Windkraftanlagen sammelt Vattenfall seit März im European Offshore Wind Deployment Centre bei Aberdeen.

Das Rätselraten in der deutschen Offshore-Windbranche dauerte ein paar Tage lang: Bei einer Ausschreibung um Netzanschlusskapazitäten für innovative Offshore-Windprojekte hatte die British Wind Energy GmbH das Rennen gemacht. Das Unternehmen des schottischen Lords Irvine Laidlaw erhielt damals den Zuschlag für eine Gesamtleistung von 16,8 MW für das Nordsee-Vorhaben „Deutsche Bucht“.

Suction-Bucket-Fundamente

Bei dieser Kapazität war Branchenkennern schnell klar, dass es sich bei den Windturbinen nur um Anlagen vom Typ V164–8.0 von MHI Vestas mit je 8,4 MW Nennleistung handeln konnte. Diese sind zwar leistungsstark, aber eine richtig innovative Technik hatten sie Anfang 2017 sicherlich nicht zu bieten. Warum also der Zuschlag?

Des Rätsels Lösung liegt unter Wasser, genau genommen in der Fundamenttechnik: Der kanadische Energieversorger Northland Power, der zwischenzeitlich das Vorhaben von Laidlaw übernommen hat, wird von den 33 Windturbinen zwei auf einem neuen Fundamenttyp errichten, einem sogenannten Mono Suction Bucket. Und das ist die ausschlaggebende Innovation.

Ein Suction Bucket – zu Deutsch: Becher- oder Saugeimerfundament – ist ein nach unten geöffneter Stahlzylinder, der deutlich mehr als 1000 t auf die Waage bringen kann. Er gleicht im Prinzip einem Eimer (bucket = engl. für Eimer). Per Kran wird dieser Zylinder auf dem Meeresboden abgesetzt und anschließend leergepumpt. In dem Zylinder entsteht dadurch ein Unterdruck. Dank des oben auflastenden hydrostatischen Drucks und des erheblichen Eigengewichts der Substruktur saugt sich das Fundament mehrere Meter tief in den Boden hinein und fixiert sich so.

Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) hat in diesem Mai sein Plazet für den Einsatz dieses Fundamenttyps für das Projekt Deutsche Bucht gegeben. Ganz zur Freude von John Brace, dem Vorstandschef von Northland Power: „Die Erkenntnisse, die wir aus diesem Pilotprojekt gewinnen, könnten es uns ermöglichen, bei bestimmten Standortbedingungen künftige Offshore-Windparks schneller und kostengünstiger zu bauen.“

Nach dem grünen Licht aus der BSH-Zentrale und dem fast zeitgleichen Financial Close für die Pilotfundamente ließ auch Kristian Ravn im sprichwörtlichen Sinne die Korken knallen: „Dieses Pilotprojekt gibt uns die einzigartige Gelegenheit, unsere neuen Mono Suction Buckets im Rahmen eines kommerziellen Projekts einzusetzen und zu beweisen, dass diese weit über den Standard hinausgehende Technik geringe Auswirkung auf den maritimen Lebensraum hat.“

Der gebürtige Däne Ravn ist seit Ende 2015 Geschäftsführer von Universal Foundation, einem Tochterunternehmen der norwegischen Fred Olsen-Gruppe. Die skandinavische Reederei ist hierzulande vor allem als Full-Service-Dienstleister im Offshore-Windsektor bekannt geworden, Spezialschiffe bringen das Equipment wie Gondelhäuser, Türme oder Rotorblätter zu den Baufeldern auf See.

Auf der Suche nach neuen Geschäftsfeldern arbeiten die Norweger bereits seit einigen Jahren an einer Alternative zu den herkömmlichen Monopile-Fundamenten. Diese zig Tonnen schweren Stahlrohre sind derzeit der Fundamenttyp Nummer eins in der Offshore-Windindustrie.

„Mehr als 75 % der bislang auf See errichteten Windturbinen sind auf diesen Monopiles installiert worden“, sagt Alexander Schenk, Leiter der Abteilung Tragstrukturen am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (Iwes). Er sieht jedoch einen Trend, dass die Windbranche zunehmend Gefallen an einer Technologe findet, die es in der Öl- und Gasindustrie bereits seit den früheren 1980er-Jahren gibt: eben jene Suction Buckets.

Über 2000 davon sind im Meeresboden verbaut, weiß Kristian Jacobsen, der bei Universal Foundation als Leiter Geschäftsentwicklung das Thema Mono Suction Buckets vorantreibt: „Selbst Troll A, die weltweit größte Gasbohrplattform in der Nordsee mit einem Eigengewicht von gut 700 000 t, steht auf Buckets, was zeigt, dass wir über eine erprobte Technologie sprechen.“

Dass nun auch die Windbranche die Saugeimerfundamente für sich entdeckt hat, erklärt Jacobsen so: „Mit den Suction Buckets ist eine völlig geräuschlose Installation möglich, da das übliche, lärmintensive Schlagrammen der Monopiles entfällt.“ Zur Freude von Umweltschützern, denn die Rammstöße für die üblichen Monopile-Stahlrohre erzeugen Schalldruckpegel von in der Regel 180 dB – mehr als ein startender Düsenjet.

Umweltschutz: Um die Konflikte mit dem Naturschutz zu vermeiden, hatte das BSH vor Jahren für die Offshore-Rammarbeiten den Lärmgrenzwert auf 160 dB festgelegt. Dieser ist aber nur mit teuren und aufwendigen Schutzmaßnahmen wie dem sogenannten Blasenschleier einzuhalten.

„Allein die Lärmschutzmaßnahmen für das Ostsee-Projekt Wikinger haben rund 40 Mio. € gekostet“, weiß Jacobsen. „Geld, das künftig gespart werden kann.“ Nicht der einzige Vorteil: Die Bucket-Fundamente lassen sich wesentlich schneller installieren, weil sie vollständig vorgefertigt ins Baufeld per Schiff gebracht werden können. Und die Stahlzylinder können nach Ende der Betriebsdauer eines Offshore-Windparks komplett aus dem Meeresboden entfernt werden.

„Das Entfernen von Monopiles ist viel, viel aufwendiger. In der Regel wird wohl nur das obere Teilstück abgesägt werden“, ist sich Jacobsen sicher. Bei Universal Foundation hoffen die Entwicklungsingenieure auch darauf, dass für die Mono Suction Buckets künftig bis zu 20 % weniger Stahl als bei den herkömmlichen Monopiles eingesetzt werden müssen. Das wäre ein weiterer Kostenvorteil.

Universal Foundation hofft, dass die beiden Pilotfundamente im zweiten Quartal des kommenden Jahres installiert werden. Das ist die Aufgabe des niederländischen Unternehmens Van Oord, dem Generalunternehmen für „Deutsche Bucht“, dem auch die Fertigung der beiden Buckets obliegt. Wir sind gespannt auf die Betriebserfahrungen“, sagt Jacobsen.

Ein Nachfolgeprojekt haben die Skandinavier bereits vereinbart. Im Eriesee, gut 11 km vor der Küste von Cleveland im US-Bundesstaat Ohio, sollen bei diesem Nearshore-Vorhaben sechs kleinere MHI-Vestas-Turbinen auf Mono Suction Buckets errichtet werden.

Der Vattenfall-Konzern hat erste Erfahrungen mit Suction-Bucket-Fundamenten gesammelt, wenn auch erst seit einigen Monaten. Ende März konnte der Ausbau des kleinen Offshore-Windparkprojekts „Aberdeen Bay“ mit 92 MW Leistung vor der schottischen Küste abgeschlossen werden. Hierbei sind die elf Windturbinen von MHI Vestas auf dreibeinigen Saugeimerfundamenten errichtet worden.

Mit den „Drei-Beinern“ lassen sich dank der aufgesetzten Jacket-Tragstrukturen noch größere Meerestiefen meistern. Das Zwischenfazit von Projektleiter Adam Ezzamel fällt durchaus positiv aus: „Im Vergleich zu den bisherigen Technologien erfolgte die Errichtung der Fundamente deutlicher schneller. Das senkt die Kosten und trägt so ein weiteres Stück zur besseren Wettbewerbsfähigkeit der Offshore-Windenergie bei.“

Auf die Erkenntnis hofft auch der Oersted-Konzern. Die Dänen setzen bei ihrem deutschen Nordsee-Projekt „Borkum Riffgrund 2“ von den insgesamt 56 Fundamenten bei 20 auf die Suction-Bucket-Technologie. Testhalber hatte Oersted bei Borkum Riffgrund 1 bereits einen ersten Saugeimer eingesetzt.

Über die Erfahrungen schweigt sich Projektleiter Peter Buhl aus: „Wir haben einiges gelernt. Das ist aber vertraulich.“ Wann und wo Oersted die nächsten Suction Buckets einsetzen wird, ist nach Worten Buhls noch nicht entschieden: Das hänge von der Bodenbeschaffenheit, der Wassertiefe und den Lasten ab.

Für Alexander Schenk vom Fraunhofer Iwes in Hannover ist es keine Frage, dass die Investoren künftig häufiger ihre Hochwindturbinen auf Suction Buckets bauen werden: „Da Deutschland mit seinen strengen Lärmgrenzwerten Vorreiter in der EU ist, werden sich weitere Länder im Rahmen der Harmonisierung daran orientieren.“

Das Team von Geotechniker Tulio Quiroz hat am Iwes jüngst eine Testreihe abgeschlossen, um die Wirtschaftlichkeit der Buckets zu verbessern: „Nach den bisherigen Normen sind die Buckets massiver als technisch notwendig ausgefallen, da gibt es einiges an Sparpotenzial.“

Was auch das „durchaus beachtenswerte Interesse“ der Offshore-Windindustrie an den Forschungsergebnissen erklärt. Schenk ist sich sicher: „Beim Bau von Windturbinen auf See wird es künftig leiser werden.“ Und preiswerter und schneller.