Offshore: Bremer Forscher verbessern Methode zur Extremwellen-Voraussage

Der Blick in die Zukunft

Laues Lüftchen: Windräder des Windparks „Wikinger“ drehen sich in der Ostsee vor Rügen. Hohe Wellen sind nicht in Sicht. Das ändert sich zuweilen. Und so wird die Lebensdauer einer Offshore-Windenergieanlage auf maximal 20 bis 25 Jahre geschätzt. Foto: DPA/WÜSTNECK

Bremen - Von Jörg Esser. Die Windernte auf hoher See fällt immer üppiger aus. Im Jahr 2019 produzierten die knapp 1 500 in der deutschen Nord- und Ostsee installierten Anlagen fast 24,2 Terrawattstunden Strom. Das reicht rechnerisch, um sieben Millionen Haushalte zu versorgen. Das Wirtschaftsministerium bastelt unterdessen an einer Neufassung des Windenergie-auf-See-Gesetzes (WindSeeG). Diese sieht laut des in Bremerhaven ansässigen Branchenverbands Windenergieagentur (WAB) als Langfristziel bis 2040 vor, Offshore-Windkraftwerke in Nord- und Ostsee mit einer Gesamtleistung von 40 Gigawatt zu installieren. Darin ist ein flexiblesZwischenziel von 20 Gigawatt bis 2030 enthalten, dass übererfüllt werden darf. „Offshore-Wind ist ein Motor der Energiewende“, betonen Branchenvertreter immer wieder.

Doch auch die Turbinen auf hoher See halten nicht ewig. Studien des Hamburgische Wirtschaftsforschungsinstituts HWWI schätzen die Lebensdauer der Windräder in Nord- und Ostsee wegen der schwierigen Witterungsbedingungen und der aufwendigen Wartung auf maximal 20 bis 25 Jahre. „Nichts ist unzerstörbar, auch Offshore-Windenergieanlagen nicht“, sagt Andreas Haselsteiner, Ingenieurwissenschaftler vom Institut für integrierte Produktentwicklung der Universität Bremen.

Doktorand Haselsteiner und Professor Klaus-Dieter Thoden haben jetzt mit ihrem Team den Blick in die Zukunft geworfen – auf die Kräfte, die eines Tages auf Gründung, Turm und Gondel einer Windenergieanlage wirken. Und sie haben eine bisher verwendete statistische Methode zur Voraussage von Extremwellen nach eigenen Angaben „erheblich verbessert“. Ihr Forschungserfolg ist jetzt in der Fachzeitschrift „Renewable Energy“ publiziert worden.

Haselsteiner: „Weit draußen auf See sind die Windräder über Jahre zum Teil extremen Wetterbedingungen ausgesetzt. Die Frage bei ihrer Planung und Konstruktion ist: Was müssen sie aushalten können?“ Je massiver eine Anlage gebaut werde, desto teurer sei sie. Die Anlagen seien zudem nicht überall gleichen Anforderungen ausgesetzt: „Türme an der britischen Westküste müssen ganz andere Kräfte aushalten als Türme in geschützten Lagen der Ostsee.“

Laut Haselsteiner sind es vor allen Dingen die Extremwellen, die „mit unbändigen Kräften“ die höchste Belastungsprobe für die Windparks darstellen: Wellen, die vielleicht nur einmal im Jahr vorkommen, denen aber die Anlage standhalten muss. „Wir reden hier über signifikante Wellenhöhen, die auch schon mal zehn oder zwölf Meter erreichen können“, sagt der Bremer Ingenieur. Bislang gab es in der Fachszene eine Vorausberechnung, die anhand von Daten aus der Vergangenheit die Wellenhöhen für die Zukunft berechnete. „In unserer Veröffentlichung haben wir jetzt nachgewiesen, dass diese Berechnungsart bei ‚normalen‘ Wellen gut funktioniert, jedoch hohe Wellenhöhen nicht gut abbildet. Die Extremwellen werden dabei unterschätzt.“

Die Bremer Wissenschaftler analysierten die Wellendatensätze von sechs Standorten, die für Offshore-Windturbinen geeignet sind. Sie entwickelten eine andere Berechnungsart und passten die Modelle nach und nach so an, dass am Ende eine neue statistische Methode mit einer wesentlich besseren Abschätzung von Extremwellen stand. Die Branche will schließlich Kosten einsparen. „Wenn man nun eine Offshore-Windenergieanlage entwirft, kann man sich diese neuen Erkenntnisse zunutze machen, um die Wellenlasten präziser zu berechnen“, sagt Haselsteiner.

Laut HWWI müssen schon in diesem Jahr 23 Windräder aus der Nordsee entfernt werden, 2023 dann schon 123 Turbinen – zunächst in Skandinavien, den Niederlanden und Großbritannien. Die deutschen Offshore-Windkraftwerke sind noch nicht betroffen, weil die ältesten Anlagen erst gut zehn Jahre alt sind.

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