Der Windpark Vindeby war 1991 der erste Offshore-Windpark der Welt. Vor der dänischen Küste gelegen, sorgte er für genug Kapazität, um Strom für 2.200 Haushalte zu erzeugen.1
In den letzten 30 Jahren hat sich sowohl die Anzahl als auch die Größe der Turbinen in einem Windpark erhöht, so dass die neuesten Parks Millionen von Haushalten mit Strom versorgen können. Die 14 Megawatt (MW)-Turbinen, die für den Windpark Dogger Bank vor der Nordostküste Englands geplant sind, können zum Beispiel 31-mal mehr Strom erzeugen als jede Turbine in Vindeby, und jeder Flügel ist höher als der Londoner Big Ben.2 Nach seiner Fertigstellung soll der Windpark mit einer Leistung von 3,6 Gigawatt (GW) genug Strom für sechs Millionen Haushalte erzeugen.3 Weltweit beläuft sich die potenzielle Leistung der Offshore-Windparks derzeit auf 35 GW, was 7.000 Mal mehr ist als die Kapazität von Vindeby. Und fast ein Sechstel dieser weltweiten Kapazität wurde allein im Jahr 2020 installiert.
Diese unglaubliche Erfolgsgeschichte ist kein Zufall. Sie ist das Ergebnis des Verlangens der Regierung, der Industrie und der Öffentlichkeit, den Sektor als neue Form der Stromerzeugung voranzubringen. Technologische Innovationen und Fortschritte, Verbesserungen in der Lieferkette, geringere Risiken und politische Sicherheit haben Offshore-Windparks zu einem attraktiven Angebot für Investoren gemacht und in sehr kurzer Zeit zu erheblichen Kostensenkungen geführt. Dies wird deutlich, wenn man die „strike prices“ vergleicht. Das ist der Preis, der dem Windparkbesitzer für jede erzeugte Stromeinheit gezahlt wird. Zwischen 2015 und 2019 ist der Basispreis von GBP 120,–/Megawattstunde (MWh)4 auf GBP 40,–/Megawattstunde (MWh) gesunken.5
Ohne Wind kein Net Zero
Trotz seines unglaublichen Wachstums ist die Offshore-Windenergie weltweit ein Markt, der noch in den Kinderschuhen steckt. Um eine Net Zero-Zukunft zu erreichen, muss die Offshore-Windenergie zum Eckpfeiler unseres Energieerzeugungsmixes werden. Im Vergleich zu anderen Technologien wie Onshore-Wind (rund 700 GW installierte Kapazität), Kohle (rund 2.000 GW installierte Kapazität) und Kernenergie (rund 450 GW installierte Kapazität) erscheint die derzeitige Offshore-Windkapazität von 35 GW jedoch gering.
Die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) hat vorausgesagt, dass wir bis 2030 eine installierte globale Kapazität von 270 GW an Offshore-Windenergie und bis 2050 von 2.000 GW benötigen, wenn wir die Ziele des Pariser Klimaabkommens, das bei COP21 vereinbart wurde, um die globale Erwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen, erreichen wollen.6 Um diese Ziele zu erreichen, müssen wir in den nächsten acht Jahren jedes Jahr unsere derzeitige globale Kapazität installieren und dann in den folgenden 20 Jahren jeweils das 2,5-fache (86,5 GW pro Jahr). Diese Wachstumsrate ist für große Energieinfrastrukturprojekte beispiellos und muss zu einer Zeit erfolgen, in der auch andere Formen CO2-armer Energieinfrastrukturen ihre Kapazitäten drastisch erhöhen müssen.
In reiferen Offshore-Windmärkten wie dem Vereinigten Königreich und Deutschland ist die Offshore-Windenergie bereits ein wichtiger Bestandteil des Energieerzeugungsmixes, und es werden mehr Kapazitäten benötigt, um sicherzustellen, dass das Energieangebot mit der Nachfrage Schritt hält. Im Vereinigten Königreich beispielsweise stehen viele konventionelle Kraftwerke vor der Stilllegung - alle Kohlekraftwerke sollen bis 2025 vom Netz gehen, und fast alle in Betrieb befindlichen Kernkraftwerke werden bis 2035 abgeschaltet. Dies wird dazu führen, dass neben Erdgas in relativ naher Zukunft verstärkt auf erneuerbare Energien, insbesondere Wind und Sonne, gesetzt wird, um den Energiebedarf zu decken.
In aufstrebenden Märkten wie den USA und Asien könnte das Versäumnis, einen starken Offshore-Windmarkt zu fördern, dazu führen, dass die Länder die Möglichkeit verpassen, an der Offshore-Windlieferkette teilzunehmen, und sogar zu Investitionen in umweltschädlichere Formen der Stromerzeugung führen.
Insgesamt ist der Ausbau der Offshore-Windenergie weltweit von entscheidender Bedeutung, aber er wird eine Herausforderung sein. Ein Blick auf alte Vorhersagen zeigt jedoch, dass sowohl die Onshore- als auch die Offshore-Windenergie die Herausforderung immer wieder annehmen und die Erwartungen übertreffen.7 Was müssen wir also tun, um die Hürden zu überwinden und die Mission „Net Zero“ zu beschleunigen?
Änderung der Windgeschwindigkeit
Die Herausforderung für die Offshore-Windenergie besteht darin, den Ausbau schnell voranzutreiben. Dies erfordert, dass die Regierungen, die Offshore-Windindustrie und der gesamte Energiesektor zusammenarbeiten, um technische und wissenschaftliche Innovationen und eine koordinierte Einführung der für das Erreichen von "Net Zero" erforderlichen Infrastruktur zu erreichen. Gemeinsam müssen wir:
ein starkes, länderspezifisches Marktumfeld schaffen
die Möglichkeiten für aufstrebenden Märkten verbessern
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Regierungen und Interessengruppen zusammenarbeiten, um ein Marktumfeld zu schaffen, das eine effektive Einführung und Ausweitung der Offshore-Windenergie ermöglicht. Ein Beispiel dafür ist die Schaffung eines stabilen politischen Rahmens, der die Beteiligten während des gesamten Projektplanungsprozesses unterstützt, indem er Regelungen für die Zuweisung von Meeresböden entwickelt und das Vertrauen von Investoren und Entwicklern in die Erschließung von Standorten stärkt. Die Verbesserung der Koordinierung zwischen Entwicklern, Erzeugern und Regierungen und die Gewährleistung eines ausgewogenen Verhältnisses zwischen den Maßnahmen sind wichtig für die Entwicklung eines starken Marktumfelds. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Lehren aus den bestehenden politischen Rahmenbedingungen in die Entwicklung neuer, länderspezifischer politischer Rahmenbedingungen einfließen.
Energie durch den Aufbau koordinierter Offshore-Netze direkt dorthin bringen, wo sie am meisten gebraucht wird
Die überwiegende Mehrheit der Windparks wird einzeln über ein Übertragungskabel mit dem nächstgelegenen Punkt des Onshore-Netzes des jeweiligen Landes verbunden (Punkt-zu-Punkt-Verbindung). Dieser Anschlusspunkt befindet sich jedoch möglicherweise nicht in der Nähe des Ortes, an dem der Strom benötigt wird, und die Übertragung dieses Stroms vom Onshore-Anschlusspunkt zu den Verbrauchern hat zu Engpässen im Onshore-Stromnetz geführt, was bedeutet, dass nicht der gesamte Strom, der durch Offshore-Windenergie erzeugt werden könnte, tatsächlich genutzt wird. Ohne Investitionen in die Übertragungsnetze wird sich dieses Problem noch verschärfen, je mehr Offshore-Windkraftanlagen gebaut werden.
Eine vorgeschlagene Lösung besteht darin, neue Punkt-zu-Punkt-Verbindungen durch ein koordiniertes, vermaschtes Offshore-Netz zu ersetzen, das die Übertragung von Strom aus mehreren Windparks über Offshore-Kabel zu mehreren verschiedenen Anschlusspunkten an Land ermöglichen würde. Dieses koordinierte Netz könnte die Kosten der Offshore-Windenergie senken, indem es die Gesamtlänge der für den Anschluss neuer Windparks erforderlichen Offshore-Übertragungskabel reduziert. Sie könnte auch Engpässe bei der Übertragung an Land verringern, indem sie den Strom von einem Windpark zu einem Anschlusspunkt an Land überträgt, der näher an dem Ort liegt, an dem er benötigt wird, und so die Engpässe im Onshore-Netz effektiv umgeht.
Die Rolle der Offshore-Windenergie verstehen - einen ganzheitlichen Systemansatz verfolgen
Die Offshore-Windenergie wird in mehreren Küstenländern wahrscheinlich eine wichtige Rolle spielen, aber ihr Standort und ihre Unterbrechungen können Probleme bei der Integration in die allgemeine Energieversorgung mit sich bringen. Ein ganzheitlicher Ansatz bedeutet, dass das Zusammenspiel der verschiedenen Teile des Energiesystems berücksichtigt wird. Mit Hilfe komplexer Energiesystemmodelle können mehrere Szenarien erstellt werden, wie das Energiesystem eines Landes auf Net Zero umgestellt werden könnte. Für die Offshore-Windenergie kann sie Aufschluss darüber geben, wie viel Kapazität bereitgestellt werden muss und welche andere Infrastruktur vorhanden sein muss, damit die Offshore-Windenergie einen maximalen Nutzen für das Energiesystem bringt. So werden Speicher- und Flexibilitätstechnologien wie Batterien oder Pumpspeicherkraftwerke für den Ausbau der Offshore-Windenergie von entscheidender Bedeutung sein, da sie die Auswirkungen von Windkraftunterbrechungen abmildern und sicherstellen, dass das Energieangebot stets der Nachfrage entspricht.
Entwickeln einer starken, ökologisch nachhaltigen Lieferkette
Schutz der Umwelt und Minimierung der negativen Auswirkungen der Offshore-Windenergie
Auch wenn die Offshore-Windenergie durch die Verringerung des Bedarfs an fossilen Brennstoffen erhebliche CO2-Einsparungen ermöglicht, ist es dennoch von entscheidender Bedeutung, die Umweltauswirkungen von Bau, Betrieb und Stilllegung eines Windparks zu minimieren. Dazu gehören die Verringerung der Emissionen in der Lieferkette und die Minimierung der Menge an Material, das nach der Stilllegung auf Deponien entsorgt wird, sowie das Verständnis und die Bewältigung der Auswirkungen auf die lokale Umwelt und die Tierwelt während der Lebensdauer des Betriebs.
Lokale Vorteile durch die Lieferkette
Wie bereits erwähnt, erfordert die Bereitstellung von 2.000 GW durch Offshore-Windenergie bis 2050 eine noch nie dagewesene Steigerung der Bauleistung. Um dies zu erreichen, sind qualifizierte Arbeitskräfte und eine ausreichende Hafen- und Produktionsinfrastruktur erforderlich. Da sich mehrere Volkswirtschaften von der Öl- und Gasförderung verabschieden, bietet die Offshore-Windkraft eine Chance für einen „gerechten Übergang“, der den Arbeitnehmern Zugang zu hochwertigen, qualifizierten Arbeitsplätzen in ihrer Region verschafft.
Weiter innovativ sein
Das Beste aus den verfügbaren Windressourcen machen – die Rolle der schwimmenden Windkraft
Bislang ist der überwiegende Teil der installierten Offshore-Windkraftanlagen auf dem Meeresboden befestigt. Das setzt flache Gewässer mit geeigneten Meeresbodenbedingungen voraus. Wind Europe schätzt jedoch, dass 60–80 % des Offshore-Windpotenzials der Region in tiefen Gewässern liegt - um dieses Potenzial zu erschließen, müssen schwimmende Windplattformen eingesetzt werden.8 Bislang wurden weltweit nur 125 MW schwimmende Windkraftanlagen installiert (genug, um etwa 60.000 Haushalte mit Strom zu versorgen). Unsere Analyse zeigt, dass bis 2030 11 GW und bis 2040 70 GW installiert werden könnten.9 Dies wäre immer noch eine Minderheit der gesamten weltweit installierten Offshore-Windkapazität, könnte aber in Märkten mit begrenzten Optionen für Offshore-Windkraftanlagen mit festem Boden die dominierende Art der Offshore-Windkraft sein.
Als neuere Technologie ist die schwimmende Windenergie derzeit teurer als Windparks mit festem Boden, aber Investitionen in Innovationen und Pilotprojekte zur Erprobung neuer Technologien können in Verbindung mit einem günstigen politischen Umfeld die Einführung und Kostensenkung vorantreiben.
Eine Wasserstoffwirtschaft aufbauen – die Rolle der Offshore-Windenergie
Wasserstoff wird wahrscheinlich in mehreren CO2-armen Volkswirtschaften eine Rolle spielen. Wasserstoff kann mit Hilfe eines Elektrolyseverfahrens aus Strom und Wasser hergestellt werden. Wenn der verwendete Strom aus einer erneuerbaren Quelle stammt, wird der erzeugte Wasserstoff gemeinhin als „grüner Wasserstoff“ bezeichnet. Die Herstellung von grünem Wasserstoff ist eine Möglichkeit der Energiespeicherung und könnte Strom nutzen, der sonst aufgrund von Engpässen im Übertragungsnetz nicht genutzt werden würde. Alternativ könnte der Wasserstoff in Offshore-Elektrolyseuren erzeugt und dann per Pipeline oder Schiff dorthin transportiert werden, wo er benötigt wird. Dadurch könnte die Notwendigkeit eines elektrischen Anschlusses des Windparks an das Onshore-Netz entfallen, was den Einsatz von Offshore-Windenergie in Gebieten, in denen der Anschluss an das Stromnetz schwierig wäre, beschleunigen könnte.
Wir müssen sicherstellen, dass wir die branchenweite Zusammenarbeit fördern, um die wichtigsten technischen, wirtschaftlichen und regulatorischen Fragen zu lösen. Gemeinsame Branchenpraktiken sind eine großartige Möglichkeit, das Risiko kostspieliger Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu verringern, indem die Projektkosten auf viele Beteiligte aufgeteilt werden und das umfangreiche Fachwissen vieler Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammengeführt wird, um die Ziele zu erreichen.
Um dies zu erreichen, sind heute Investitionen erforderlich, die es jedoch ermöglichen werden, die Offshore-Windenergie in Zukunft kostengünstig und in großem Umfang zu nutzen. Die letzten drei Jahrzehnte haben uns gezeigt, was mit koordinierten Anstrengungen zum Ausbau einer aufstrebenden Industrie erreicht werden kann. Wir müssen nun unsere Bemühungen verdoppeln, um diese Fortschritte fortzusetzen.
Wie the Carbon Trust helfen kann
Wir beschleunigen die Entwicklung neuer Offshore-Windtechnologien und arbeiten mit Regierungen und Partnern in der Industrie zusammen, um politische Rahmenbedingungen mitzugestalten, innovationsbereite Technologieanbieter zu unterstützen, Kostensparpotenziale zu erkennen und Innovationsprogramme umzusetzen.
Unsere mehrjährigen, mehrere Millionen Pfund teuren Programme für Forschung, Entwicklung und Einsatz (FE&E) haben der Industrie greifbare Vorteile gebracht. In den ersten zehn Jahren seines Bestehens hat unser Offshore-Wind-Accelerator dazu beigetragen, die Energiekosten für ein durchschnittliches Offshore-Windprojekt um 15 % zu senken.
Unsere Joint Industry Programmes (JIP, gemeinsame Industrieprogramme) werden von führenden Offshore-Windkraftentwicklern unterstützt und umfassen:
Offshore Wind Accelerator (OWA): Der OWA ist unser Flaggschiff unter den kollaborativen FE&E-Programmen, das 2008 mit dem Ziel ins Leben gerufen wurde, die Kosten der Offshore-Windenergie zu senken, Markthindernisse zu überwinden, bewährte Verfahren der Branche zu entwickeln und die Entwicklung neuer Industriestandards anzustoßen.
JIP Floating Wind: Das JIP Floating Wind wurde 2016 ins Leben gerufen und soll die Herausforderungen und Möglichkeiten der Entwicklung von schwimmenden Windparks im kommerziellen Maßstab untersuchen. Es hat über 35 Forschungsprojekte durchgeführt und die Entwicklung neuer Innovationen durch Technologiebeschleunigungswettbewerbe unterstützt.
JIP für Offshore-Windkraftanlagen (ORJIP): Das gemeinsame Industrieprogramm für Offshore-Windenergie wurde 2012 ins Leben gerufen und zielt darauf ab, die Planungs- und Umweltrisiken bestehender und künftiger Offshore-Windenergieanlagen durch Forschung zu verringern. Es hat bahnbrechende Studien durchgeführt, die das Verständnis für die Auswirkungen von Windparks auf die Tierwelt verbessert haben.
The Integrator: „The Integrator“ ist eine gemeinsame Initiative der Industrie, die von Entwicklern von Offshore-Windparks geleitet wird, um die Herausforderungen der Integration von Offshore-Windenergie in ein Energiesystem zu verstehen und zu bewältigen. Das Programm, das sich derzeit im ersten Jahr befindet, soll dazu beitragen, den Beitrag der Offshore-Windenergie zu einer kostengünstigen, flexiblen, berechenbaren und CO2-armen Energiezukunft zu maximieren.
The Carbon Trust bietet außerdem Expertenwissen zu einer Vielzahl von Offshore-Windkraftbereichen, darunter: Politikberatung, Markt- und Lieferkettenanalyse, Kostenanalyse und -modellierung, Innovationspriorisierung, Technologievermarktung und Energiesystemmodellierung (einschließlich der Integration von Windspeichern) sowohl für feste als auch schwimmende Projekte. Wir haben unser Fachwissen durch unsere Beteiligung an den Pioniermärkten in Großbritannien und Europa erworben und wenden es nun auf die aufstrebenden Offshore-Windmärkte in Japan, China, Taiwan und den USA an.
The Carbon Trust, leistet seit mehr als zwanzig Jahren Pionierarbeit bei der Dekarbonisierung, ist ein kompetenter Ratgeber, wenn es darum geht, dieses Ziel zu erreichen. Wenn Sie Teil einer Regierungsbehörde sind, die eine Offshore-Windstrategie entwickeln möchte, ein Entwickler, der an unseren etablierten Forschungsprogrammen interessiert ist oder einfach mehr über unsere Arbeit erfahren möchte, würden wir uns freuen, von Ihnen zu hören.
- https://orsted.com/en/about-us/whitepapers/making-green-energy-affordable/1991-to-2001-the-first-offshore-wind-farms
- 107m blade, Big ben 96m
- https://www.sserenewables.com/offshore-wind/projects/dogger-bank/, https://www.ge.com/renewableenergy/wind-energy/offshore-wind/haliade-x-offshore-turbine
- EA1, 2017-18 delivering date, £119.89 /MWh (2012 prices) https://www.gov.uk/government/publications/contracts-for-difference-cfd-allocation-round-one-outcome
- £39-£41/MWh, delivery dates 2023/24 or 2024/25 (2012 prices). https://www.gov.uk/government/publications/contracts-for-difference-cfd-allocation-round-3-results
- Referenced in https://gwec.net/wp-content/uploads/2021/09/GWEC-offshore-wind-2021-updated-1.pdf
- https://windeurope.org/about-wind/history/?category=stats-targets
- https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/about-wind/reports/Floating-offshore-statement.pdf
- https://prod-drupal-files.storage.googleapis.com/documents/resource/public/FWJIP_Phase_2_Summary_Report_0.pdf
