Our task is the analysis of fault mechanisms and design measures to increase reliability and ruggedness of high power converters for future large offshore wind parks.
Da beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen großenteils technisches Neuland betreten wird, gilt es, dafür den 'Stand der Technik' zu entwickeln und in Standards und Normen festzuhalten.
Den Anteil der erneuerbaren Energien zu steigern, ist ein wichtiges energiepolitisches Ziel der Bundesregierung. Dabei soll die Windenergie auf dem Meer einen wesentlichen Teil der zukünftigen Energieversorgung sicherstellen. Im Vergleich zu den Bedingungen an Land (onshore) treten auf dem Meer (offshore) hohe stetige Windgeschwindigkeiten auf, sodass hohe Erträge zu erwarten sind.
Offshore-Windparks sollen von der Küste und den Inseln aus nicht sichtbar sein, und sie sollen außerhalb der Küsten-Nationalparks Wattenmeer und Boddengewässer liegen. Deshalb werden Windpark-Projekte vorwiegend in großer Entfernung zur Küste und in großen Wassertiefen geplant. Sie liegen damit in der sogenannten 'ausschließlichen Wirtschaftszone' (AWZ) der Bundesrepublik Deutschland. Dies ist das Gebiet außerhalb der 12-Seemeilen-Zone bis zu einer Entfernung von 200 Seemeilen. Die Windenergieanlagen müssen dort in Wassertiefen bis zu 50 m errichtet werden. Aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen - große Wassertiefen, starke Wind- und Wellenbelastungen, weite Entfernungen von der Küste - ist die in Deutschland geplante und begonnene Errichtung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) weltweit einmalig.
Diese schwierigen Randbedingungen machen eine sorgfältige Planung notwendig. Das zuständige Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) hat bisher 28 Windparks unter der Auflage genehmigt, dass die Antragsteller planungsbegleitend bis zur Baufreigabe die Einhaltung des Standes der Technik nachweisen müssen. Da hier aber großenteils technisches Neuland betreten wird, musste und muss ein solcher Stand der Technik überhaupt erst geschaffen werden. Das BSH gibt Standards als technische Regelwerke für Offshore-Windenergieanlagen heraus, die unter Mitwirkung von Expertengruppen erarbeitet und weiterentwickelt werden.
In diesen Standardisierungsprozess bringt die BAW ihr vorhandenes wasserbauliches und geotechnisches Expertenwissen ein und berät das BSH bei den technischen Fragen während des Genehmigungsprozesses. So sind im Rahmen der Freigabeprozesse umfangreiche technische Unterlagen der Antragsteller zu bearbeiten. Dabei werden immer wieder wesentliche fachliche Risiken für die Errichtung und den sicheren Betrieb deutlich, die in aufwändigen Fachgesprächen und Fachbeiträgen behoben werden müssen. Sie resultieren aus der Komplexität der Aufgabenstellung und der Randbedingungen, die nachfolgend beispielhaft betrachtet werden.
Der Status quo in der Regelung von Windparks ist die Maximierung des Ertrags. Dies liegt einerseits an einer festen Einspeisevergütung nach EEG für Windparks in den ersten Betriebsjahren, zum anderen existieren keine zertifizierten Regler, die einen Betrieb bspw. in Abhängigkeit der ertragenen Lasten von Windenergieanlagen (WEA) zulassen. In diesem Projekt baut das IWES eine Echtzeitsimulation für Windparks auf, sodass die Windparkregelung effizient angepasst werden kann, dass ein Optimum aus Betriebslasten und Ertrag zu erzielt wird. Die Echtzeitsimulation erlaubt es hierbei, ohne Eingriff in einen realen Park, die Funktionsweise der Regelung zu testen und somit bspw. den Einfluss von 'Wake-Steering' oder Abregelung der Leistung einzelner WEA zu untersuchen. Hierbei wird durch die Echtzeitsimulation auch ein Abschätzen der bereits ertragenen Lasten eines Windparks ermöglicht. Dadurch kann der Betrieb der Turbinen so angepasst werden, dass stärker belastete WEA durch Lastreduzierung geschont und schwachbelastete WEA durch eine erhöhte Ertragsvorgabe mehr belastet werden. Hierbei kann durch die Echtzeitsimulation vom IWES dynamisch auf sich ändernde Umgebungsbedingungen des Windparks reagiert und ein Windparkregler getestet werden. Somit wird durch den digitalen Windparkzwilling ein Optimum aus Lasten und Ertrag ermöglicht.
Der Status quo in der Regelung von Windparks ist die Maximierung des Ertrags. Dies liegt einerseits an einer festen Einspeisevergütung nach EEG für Windparks in den ersten Betriebsjahren, zum anderen existieren keine zertifizierten Regler, die einen Betrieb bspw. in Abhängigkeit der ertragenen Lasten von Windenergieanlagen (WEA) zulassen. In diesem Projekt baut das IWES eine Echtzeitsimulation für Windparks auf, sodass die Windparkregelung effizient angepasst werden kann, dass ein Optimum aus Betriebslasten und Ertrag zu erzielt wird. Die Echtzeitsimulation erlaubt es hierbei, ohne Eingriff in einen realen Park, die Funktionsweise der Regelung zu testen und somit bspw. den Einfluss von 'Wake-Steering' oder Abregelung der Leistung einzelner WEA zu untersuchen. Hierbei wird durch die Echtzeitsimulation auch ein Abschätzen der bereits ertragenen Lasten eines Windparks ermöglicht. Dadurch kann der Betrieb der Turbinen so angepasst werden, dass stärker belastete WEA durch Lastreduzierung geschont und schwachbelastete WEA durch eine erhöhte Ertragsvorgabe mehr belastet werden. Hierbei kann durch die Echtzeitsimulation vom IWES dynamisch auf sich ändernde Umgebungsbedingungen des Windparks reagiert und ein Windparkregler getestet werden. Somit wird durch den digitalen Windparkzwilling ein Optimum aus Lasten und Ertrag ermöglicht.
Die OWP Gennaker GmbH mit Sitz in 20457 Hamburg, Ericusspitze 2 – 4 plant die Errichtung und den Betrieb des Offshore-Windparks (OWP) „Gennaker“. Das Vorhabengebiet liegt im Gebiet des Küstenmeeres der Deutschen Ostsee innerhalb der Grenzen des Landes Mecklenburg-Vorpommern ca. 15 km nördlich der Halbinsel
Fischland-Darß-Zingst (kürzeste Entfernung zum Darß ca. 10 km), ca. 24 km westlich der Insel Hiddensee und umschließt den bereits in Betrieb befindlichen Windpark „Baltic I“.
Der OWP Gennaker GmbH wurde am 15.05.2019 vom Staatlichen Amt für Landwirtschaft und Umwelt Vorpommern (StALU Vorpommern) gemäß § 4 Abs. 1 BImSchG die Genehmigung für die Errichtung und den Betrieb von 103 Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) vom Typ Siemens SWT-8.0-154 mit einer Nennleistung von 8,0 MW, im
„Power-Boost-Modus“ zeitweise bis max. 8,4 MW, einem Rotordurchmesser von 154 m, einer Nabenhöhe abhängig von den konkreten Standortbedingungen von 96 m bis max. 98 m gemessen zum mittleren Meeresspiegel (Mean Sea Level, MSL) und einer Gesamthöhe von 173 m bis max. 175 m ü. MSL im OWP „Gennaker“ erteilt. Neben den OWEA erfasst die Genehmigung zwei baugleiche Offshore-Umspannplattformen mit Umspannwerken (USP) sowie die windparkinterne Kabelverlegung.
Mit Änderungsgenehmigung gemäß § 16 Abs. 1 BImSchG vom 05.03.2024 wurde die Errichtung und der Betrieb von 103 OWEA des aus Verfügbarkeitsgründen erforderlich gewordenen neuen Turbinentyps SG 167-DD der Firma Siemens Gamesa Renewable Energy mit einer Nabenhöhe von 104,5 m, einem Rotordurchmesser von 167 m, einer Gesamthöhe von max. 190 m ü. MSL und einer Nennleistung von jeweils 8,6 MW, im „Power-Boost-Modus“ zeitweise bis max. 9,0 MW, zwei baugleichen USP sowie die elektrotechnische Erschließung im OWP „Gennaker“ genehmigt.
Die Genehmigungsinhaberin beabsichtigt, das mit der am 05.03.2024 erteilten Änderungsgenehmigung zugelassene Vorhaben nochmals gemäß § 16 BImSchG i. V. m.
§ 16b Abs. 7 BImSchG wesentlich auf eine zum geplanten Installationszeitraum 2027 – 2028 verfügbare Offshore-Windenergieanlage der 15 MW-Leistungsklasse zu ändern.
Hierfür hat die OWP Gennaker GmbH am 19.04.2024 die immissionsschutzrechtliche Änderungsgenehmigung nach § 16 BImSchG zur Errichtung und zum Betrieb von 63
OWEA vom Typ SG DD-236++ der Firma Siemens Gamesa mit einer Nabenhöhe von max. 143 m, einem Rotordurchmesser von 236 m, einer Gesamthöhe von max. 261 m sowie einer Nennleistung von 14 MW, im „Power-Boost-Modus“ zeitweise bis max. 15,5 MW je OWEA als Monopilegründung und die die OWEA verbindende parkinterne Verkabelung bei der zuständigen Genehmigungsbehörde, dem StALU Vorpommern (Badenstraße 18, 18439 Stralsund, E-Mailadresse: poststelle@staluvp.mv-regierung.de) beantragt.
Die zwei baugleichen USP sind bereits genehmigt und nicht Antragsgegenstand; sie werden im Antrag informativ erwähnt, da sie die Schnittstelle zwischen OWP und Netzanbindung bilden.
Die Inbetriebnahme der Anlagen soll im Jahr 2028 erfolgen.