Im Windschatten zu 70 Gigawatt

Von Volker Kühn

Die Offshore-Windenergie ist voller Begriffe, die sich Außenstehenden nicht auf Anhieb erschließen. Wer sich mit den Plänen zu ihrem Ausbau in Deutschland beschäftigt, sollte zumindest vier davon kennen – „Entenschnabel“, „Volllaststunden“, „Leistungsdichte“ und „Abschattungseffekte“:

• Der Entenschnabel ist der entlegenste Teil der deutschen Nordsee, ein schmaler, langer Streifen, eingeklemmt zwischen den Hoheitsgebieten der Niederlande, Großbritanniens und Dänemarks, bis zu 400 Kilometer von der deutschen Küste entfernt. Es ist voraussichtlich das letzte Gebiet, in dem Deutschland Windparks bauen wird. Die Anfahrt per Schiff ist lang, dafür aber bläst der Wind so weit draußen stark und stetig. Nirgendwo in Deutschland können Windräder mehr Strom erzeugen.
  
  
• Womit wir beim zweiten Begriff wären, den Volllaststunden. Damit wird die Auslastung eines Windrads bezeichnet. Weht der Wind beispielsweise eine Stunde lang so stark, dass ein Windrad die Hälfte seiner möglichen Leistung erreicht, ergibt das eine halbe Volllaststunde. Im Entenschnabel lassen sich nach Berechnungen von Forschern des Fraunhofer IWES theoretisch mehr als 4000 Volllaststunden im Jahr erreichen. Zumindest dann, wenn nichts im Weg steht, das den Wind abfängt, wie zum Beispiel benachbarte Windparks.
  
  
• Und das bringt uns zur Leistungsdichte. Sie gibt an, wie dicht Offshore-Windräder nebeneinanderstehen, genauer gesagt: wie viel Megawatt Windturbinenleistung pro Quadratkilometer ins Meer gebaut werden. Da Deutschland nur über ein vergleichsweise kleines Meeresgebiet verfügt, aber mit einer Gesamtleistung von 70 Gigawatt im Jahr 2045 besonders ehrgeizige Ziele für die Offshore-Windenergie hat, ist die Leistungsdichte hier schon jetzt so hoch wie in kaum einem anderen Land.
  
  
• Deshalb sind – Begriff Nummer vier – die Abschattungseffekte in der deutschen Nordsee besonders groß: Die Turbinen rauben sich gegenseitig den Wind. Die Zahl der Volllaststunden sinkt dadurch teils deutlich. Bei manchen Windparks könnte der Stromertrag dem Fraunhofer IWES zufolge durch Abschattungseffekte (auch Nachlaufeffekte genannt) auf weniger als die Hälfte des theoretisch Möglichen einer frei stehenden Einzelanlage sinken.

Energiewendeskeptiker leiten daraus gern ab, dass Deutschland sein 70-Gigawatt-Ziel nicht erreichen könne. Die Flächen in der Nord- und Ostsee seien schlicht zu klein, zumal auch andere Nutzer Platz beanspruchen, etwa für die Schifffahrt, den Abbau von Sand und Kies, den Naturschutz oder künftig womöglich die Speicherung von CO₂ im Meeresgrund.

Dabei ist die Größe der deutschen Flächen gar nicht der entscheidende Punkt. „Theoretisch könnte man dort noch viel höhere Kapazitäten als 70 Gigawatt aufbauen“, sagt Martin Dörenkämper vom Fraunhofer IWES am Standort Oldenburg. Zwar würden die Abschattungseffekte zunehmen, wenn man die Windräder noch dichter plante als bisher schon. Doch die Stromproduktion insgesamt würde trotzdem steigen, auch wenn der Ertrag pro Anlage niedriger läge.

Die Frage ist deshalb nicht, ob Deutschland genügend Platz für 70 Gigawatt hat, sondern wie viele Terawattstunden Strom sich damit jedes Jahr produzieren lassen – und zu welchem Preis. Denn je höher die Leistungsdichte und je niedriger entsprechend der Ertrag pro Turbine, desto schwieriger wird es für den Betreiber, den Bau zu refinanzieren und eine Rendite zu erwirtschaften.

Sinkt der Ertrag, könnten die Preise steigen. Die Flächen wären weniger attraktiv

Die Folge könnten steigende Strompreise sein. Zudem könnte der Kostendruck auf die Zuliefererindustrie wachsen: Es wäre schlicht weniger Geld im System, das bei den Herstellern von Turbinen, Rotorblättern und anderen Komponenten landen könnte.

Denkbar wäre aber auch noch eine dritte Folge: Potenzielle Windparkbetreiber könnten einen Bogen um Gebiete machen, die aufgrund starker Abschattungseffekte geringere Erträge versprechen.

Mit Spannung blickt die Branche deshalb auf die laufende Versteigerung der Flächen N-9.1, N-9.2 und N-9.3 am westlichen Rand des deutschen Hoheitsgebiets in der Nordsee (siehe Karte). Hier sollen Windparks mit einer Kapazität von zusammen 5,5 Gigawatt entstehen. Berechnungen des Fraunhofer IWES zufolge könnte der Ertrag auf diesen Flächen im Laufe der Jahre um mehr als 20 Prozent sinken, wenn ringsherum weitere Parks entstehen.

Da der Wind meist aus westlichen Richtungen weht, spielt dabei der Ausbau auf niederländischer Seite eine entscheidende Rolle. Dort ist in unmittelbarer Nachbarschaft der Vier-Gigawatt-Windpark Doordewind geplant, der 2027 versteigert werden soll. Dass die Bieter für die N-9-Flächen die Abschattung durch Doordewind in ihre Kalkulation einbeziehen, darf als sicher gelten angesichts der gewaltigen Summen, die bei den Auktionen aufgerufen werden.

Die Folgen ließen sich reduzieren – etwa durch eine effiziente Ausbausteuerung

In der Branche werden deshalb Möglichkeiten diskutiert, um die Folgen der mit dem Ausbau zwangsläufig zunehmenden Abschattung zu minimieren. „Es kommt darauf an, den Ausbau in den kommenden Jahren möglichst effizient zu planen“, sagt Michael Prutsch, Development Project Director beim Windparkbetreiber Ørsted. Im Idealfall würden die Flächen in einer Reihenfolge versteigert, die es den Betreibern erlaubt, möglichst lange mit möglichst wenig Abschattung Strom zu produzieren. Statt also einzelne Cluster immer gleich komplett auszubauen, sollten zunächst weiter voneinander entfernt liegende vorgezogen werden. (Transparenzhinweis: Ørsted finanziert auch das journalistische Angebot von EnergieWinde.)

Abschattungseffekte gibt es auch innerhalb einzelner Windparks. Dort allerdings lassen sie sich vergleichsweise gut minimieren, indem die Turbinen beispielsweise leicht versetzt gestellt werden. Die Abschattung durch benachbarte Windparks lässt sich so allerdings kaum verhindern. Grundsätzlich gilt: Je größer der Abstand zwischen den Parks, desto mehr Energie enthält der Wind potenziell, bevor er auf den nächsten Park trifft. Wobei sich Abschattungseffekte noch 100 Kilometer weit nachweisen lassen. Der US-Forscher Mark Z. Jacobson schätzt den Effekt sogar so relevant ein, dass er theoretisch die Wucht eines Hurrikans abschwächen könnte, wenn genügend Windparks in seinem Weg lägen.

Zuständig für die Planung des Offshore-Wind-Ausbaus ist das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH). Es erstellt dazu einen Flächenentwicklungsplan (FEP), der fortschreitend aktualisiert wird. Das BSH spricht sich dabei mit seinen Partnerbehörden in den Nachbarländern ab, um etwa den Verlauf von Schifffahrtsrouten zu koordinieren.

„Berücksichtigt wird auch, dass der Ausbau der Windenergie auf See kosteneffizient erfolgen soll“, teilt das BSH auf EnergieWinde-Anfrage mit. „In diesem Rahmen wird auch der Stromertrag in Form von zu erwartenden Volllaststunden betrachtet. Mit den Festlegungen im FEP werden bestmöglich alle oben genannten Ziele in Einklang gebracht.“

Das BSH muss dabei einen Spagat bewältigen zwischen den Ansprüchen der verschiedenen Nutzer der Meeresgebiete. Es muss nicht nur das Interesse der Windparkbetreiber an möglichst geringen Abschattungseffekten mit dem politisch vorgegebenen Ziel in Einklang bringen, bis 2045 mindestens 70 Gigawatt aufzubauen, sondern auch Schifffahrt, Naturschutz und andere Nutzer berücksichtigen.

Die Ergebnisse dieses Abwägungsprozesses werden in der Branche allerdings zum Teil kritisch gesehen. Das zeigte sich jüngst, als es darum ging, einen Teil der Schifffahrtsroute SN 10 für Offshore-Windparks freizugeben, um den erhöhten Ausbauzielen der Bundesregierung gerecht zu werden. Die Route verläuft südöstlich des Entenschnabels schräg durch deutsche Hoheitsgewässer.

Der Bundesverband der Windparkbetreiber Offshore (BWO) hatte sich dafür ausgesprochen, einen Streifen in der Mitte der Route für Windparks einzuplanen, weil dort die geringste Abschattung zu erwarten wäre. „Ziel der Flächenplanung sollte sein, durch wenige Abschattungseffekte in der Gesamtbilanz höchstmögliche Stromerträge zu erzielen und gleichzeitig dafür zu sorgen, dass jede Windturbine optimal eingesetzt ist“, erklärte BWO-Geschäftsführer Stefan Thimm.

Auch Umweltschützer hatten für eine Mittelbebauung der Schifffahrtsroute plädiert, weil dadurch sensible Gebiete für Schweinswale und Seevögel besser geschont worden wären, wie der Naturschutzbund Nabu mitteilte. Das BSH entschied sich aber in Absprache mit den Nachbarländern für eine Randbebauung.

In diese Nachbarländer schauen nicht wenige in der Branche mit einem gewissen Neid. Denn dort ist die Leistungsdichte teils sehr viel niedriger. „Nirgendwo werden so viele Windräder pro Quadratkilometer Meeresfläche geplant wie in der deutschen Nordsee“, sagt Fraunhofer-Forscher Dörenkämper. Dänemark etwa plane im Schritt mit fünf Megawatt pro Quadratkilometer. Deutschland dagegen komme im Mittel auf acht, in einigen Gebieten sogar auf zehn Megawatt.

Die Diskrepanz zeigt, wie sehr Energiepolitik auch in einem vereinten Europa Sache der Nationalstaaten ist. Denn grundsätzlich wäre es natürlich möglich, die Parks in der Nordsee stärker zu streuen und auf diese Weise mehr aus den einzelnen Turbinen herauszuholen. Allerdings wäre dazu eine stärker europäisch koordinierte Planung nötig.

Und auch die könnte ihre Tücken haben. „Es könnte sein, dass die Mitgliedsstaaten sich dann zu stark auf andere verlassen und selbst zu wenig für Europas Energiewende tun“, sagt ein Branchenkenner. Umso wichtiger sei es, genauso national wie auch europaweit das Bestmögliche herauszuholen. „Wir brauchen Terawattstunden, nicht Gigawatt.“