von Anja Prehn, Aerodyn, Rendsburg
Zusammenfassung
Im Rahmen der Entwicklung eines 5 MW-Offshore-Windenergiesystems hat das Rendsburger Ingenieurbüro aerodyn die weltweiten Potentiale für eine großmaßstäbige Offshore-Windenergienutzung außerhalb der Europäischen Union untersucht. Die Ergebnisse sind in einer umfangreichen Studie zusammen gefasst worden. Wesentliches Ergebnis dieser Studie ist die Aussage, dass sich nach dem zu Grunde gelegten Bewertungsschema in den Ländern außerhalb der EU knapp 275.000 km² als geeignete Standorte für die Offshore-Windenergienutzung befinden. Diese Flächen bieten Platz für die Installation von knapp 330.000 5-MW-WEA, die jährlich 4.600 TWh Strom erzeugen könnten. Diese Menge entspricht mehr als einem Viertel des Weltstrombedarfs.
Die Küstenlinie der Erde hat eine Gesamtlänge von mehr als 500.000 km, und in weiten Teilen davon herrschen stetig gute Winde. Auch ohne Einbeziehung der polaren Klimaregionen ergäbe dies für die Offshore-Windenergienutzung ein nahezu unerschöpfliches Potential. Dieses physikalische Angebot von Windenergie wird als theoretisches Potential bezeichnet. In der Praxis wird es eingeschränkt durch
- physische Faktoren,
- konkurrierende Nutzungsansprüche im Küstenbereich,
- infrastrukturelle Faktoren sowie den
- energiewirtschaftlichen und –politischen Rahmenbedingungen.
Unter den physischen Standortbedingungen versteht man die Faktoren, die einen Offshore-Standort von seiner naturräumlichen Ausstattung her kennzeichnen. Dazu gehören in der Reihenfolge ihrer Bedeutung
- Windverhältnisse,
- Wassertiefe,
- Seegang,
- Meeresbodenbeschaffenheit,
- Landentfernung sowie
das lokal begrenzte Auftreten von Wirbelstürmen, Flutwellen, Eisgang oder Erdbeben.
Ozeanographisch gehört der untersuchte küstennahe Streifen des Meeres zum überfluteten Sockel des Kontinents. Dieser Bereich wird Kontinentalschelf genannt und erstreckt sich in einer Breite von ca. 75 km von der Küste und reicht bis zur 200-m-Tiefenlinie. Ökologisch und wirtschaftlich kommt diesem Meeresbereich eine große Bedeutung zu. Hier treffen verschiedene Nutzungsansprüche aufeinander, die zueinander in einem vielfältigen Spannungsfeld stehen.
Zur Fischereiwirtschaft zählen Fischfangaktivitäten, die von der lokalen Kanufischerei bis zu den Fangoperationen großer Flotten von Fabriktrawlern (trawl=Grundschleppnetz) reichen. Eine wachsende Nachfrage und die Erschöpfung festländischer Lagerstätten haben die Mineralwirtschaft vom Kontinentalschelf zu einer bedeutenden Industrie werden lassen. In einigen Gebieten herrscht aufgrund der Seeschifffahrt, dem Transport von Personen und Gütern, eine hohe Verkehrsdichte. Das Militär besitzt marine Übungsgebiete und hat bestimmte Verteidigungsrouten festgelegt, deren Verlauf nicht bekannt gegeben wird. Der Tourismus ist regional unterschiedlich stark ausgeprägt und besitzt eine entsprechende wirtschaftliche Bedeutung. Zum Erhalt und zur Pflege der wenigen unberührten Räume sind Naturschutzgebiete ausgewiesen, die je nach Schutzwürdigkeit einen unterschiedlichen Status mit daraus resultierenden Auflagen und Einschränkungen besitzen.
Weiterhin schränken die infrastrukturellen und energiewirtschaftlichen Voraussetzungen das theoretische Potential stark ein: Häfen als Knotenpunkt zwischen Fertigung an Land und dem seewärtigen Transport der WEA zum Aufstellungsort müssen, entsprechend ausgestattet, vorhanden sein, und die Netzanbindung der Offshore-WEA muss gewährleistet sein. Für die Wirtschaftlichkeit sind Stromnachfrage, Strompreisniveau und eine mögliche Förderung erneuerbarer Energieträger entscheidend.
Diese Ausführungen unterstreichen, wie vielfältig sich die Aspekte bei der Wahl eines Offshore-Standorts gestalten. Aerodyn hat ein Anforderungsprofil erarbeitet, mit dessen Hilfe es möglich war, potentielle Standorte für die Offshore-Windenergienutzung zu identifizieren und im Vergleich zueinander zu bewerten.
Das große Untersuchungsgebiet und die daraus resultierende Datenmenge erfordern eine streng festgelegte Vorgehensweise. Die generelle Vorgehensweise lässt sich in vier Arbeitschritte unterteilen:
In einem ersten Schritt erfolgte eine Auswahl der zu untersuchenden Länder. Alle Küstenländer außerhalb der EU, die nicht im polaren oder subpolaren Klimabereich liegen, sind in einer Liste zusammen gefasst worden. Diese 105 Länder wurden anhand einfacher Ja-Nein-Kriterien nach Windverhältnissen, Wassertiefe und Infrastruktur grob selektiert. Zunächst wurden alle Länder ausgeschlossen, denen keine ausreichend großen Flachwassergebiete (max. 75 km tief, mind. 50 km Ausdehnung) vorgelagert sind. In diesen Flachwassergebieten mussten mindestens Windgeschwindigkeiten der Windklasse 4 herrschen sowie Anzeichen einer entwickelten Infrastruktur (größere Städte, Industriestandorte oder eine hohe Bevölkerungsdichte) erkennbar sein, so dass man auf geeignete Netzanbindungsmöglichkeiten schließen kann. Als Ergebnis dieses ersten Arbeitsschritts sind 20 Länder hervorgegangen, die grundsätzlich für eine großmaßstäbige Offshore-Windenergienutzung geeignet erscheinen.
Im zweiten Schritt erfolgte die Flächenidentifizierung und –bewertung, d.h. die Kriterien des Anforderungsprofils mussten erfüllt werden. Die ermittelten Daten sind zur Berechnung sogenannter Kenngrößen herangezogen worden (Jahresenergieertrag, Wirtschaftlichkeitsindex und Bedarfspotential), die mit 75 % in die Bewertung eingingen. Weiterhin sind einzelne Standortbedingungen ermittelt und bewertet worden (z. B. Stromnetz, Lage zu Verbrauchszentren und Häfen, Markteinschätzung, Fördermittel, Nutzungskonflikte etc.). Diese Faktoren sind, unterschiedlich bewertet, mit insgesamt 25 % in die Bewertung eingegangen.
Im dritten Arbeitsschritt, der Klassifizierung, wurden die untersuchten Länder hinsichtlich ihres Offshore-Potentials in Klassen eingeteilt.
Abschließend wurde im vierten und letzten Arbeitsschritt ein Kartenwerk der potentiellen weltweiten Offshore-Standorte erstellt.
Für die Verarbeitung der Daten ist ein Geographisches Informationssystem eingesetzt worden (GIS):
Die vorherrschenden Standortbedingungen (Wassertiefe, Windgeschwindigkeit, Lage von Verbrauchszentren, Naturschutzgebieten etc.) sind in mehreren getrennten Karten, sogenannten Eigenschaftskarten (layer), dargestellt worden. Durch das Übereinanderlegen solcher Karten, dem sogenannten Verschneiden, können diese verschiedenen Eigenschaften in räumlicher Beziehung zueinander betrachtet werden. Dadurch konnten ungeeignete Gebiete ausgeschlossen und potentiell geeignete Flächen erkannt werden.
Uruguay liegt an der Ostküste Südamerikas. Auf der Landesfläche von 176.000 km² leben 3,3 Mio. Einwohner. Die Küstenlinie ist 660 km lang. Der Primärenergiebedarf pro Kopf liegt bei 13,5 MWh/a (USA 104 MWh/a). Die Stromproduktion betrug 1999 5,7 TWh/a und wird derzeit zu 70 % aus Wasserkraftwerken gedeckt. Bei einem erwarteten Bedarfsanstieg von 3 % jährlich werden nach Schätzungen der Regierung in der kommenden Dekade 850 MW zusätzlicher Kapazität benötigt. Der Industriestrompreis liegt bei 0,07 US $. WEA sind bisher nicht errichtet worden.
Potentielle Offshore-Standorte befindet sich in der Mündung des Rio de la Plata. Dort sind nach den durchgeführten Untersuchungen insgesamt knapp 7.900 km² geeigneter Flächen verfügbar. Die auftretenden Windgeschwindigkeiten nehmen mit dem Küstenabstand zu und entsprechen den Windklassen 4 bis 6. Aus einer Darstellung dieser Flächen nach Wassertiefe und Netzentfernung wird ersichtlich, dass der größte Teil der Flächen weiter als 50 km von geeigneten Einspeisepunkten entfernt liegt. An den meisten Standorten herrschen Wassertiefen zwischen 20 und 40 m. Im Landesdurchschnitt sind aufgrund dieser Voraussetzungen relativ hohe Kosten für Netzanbindung und Gründung zu erwarten. Allerdings konnte aufgrund des Strompreisniveaus -Uruguay hat den höchsten Strompreis der in dieser Studie betrachteten südamerikanischen Länder- dennoch ein relativ guter Wirtschaftlichkeitsindex berechnet werden.
Die Berechnung des Jahresenergieertrags erfolgte auf Basis der Aufstellung von 5-MW-Anlagen, da diese Klasse voraussichtlich bei der Realisierung der kommenden Offshore-Projekte zur Verfügung stehen wird. Weiterhin sinken die spezifischen Kosten für Netzanbindung und Fundament mit der Verwendung leistungsstärkerer Anlagen. Die zu Grunde gelegte Leistungsdichte beträgt 6 MW/km², das entspricht 1,2 WEA/m².
Unter dieser Voraussetzung ergibt sich für Uruguay ein möglicher Jahresenergieertrag von 135 TWh. Dieser übersteigt den Strombedarf von 6 TWh bei weitem. Bereits die Entwicklung von 1 % des kartierten Offshore-Potentials würde ausreichen, um einen 10%-igen Anteil der Offshore-Windenergie am Strombedarf im Jahr 2020 zu erreichen. Zusammen mit den weiteren untersuchten Faktoren gestaltet sich die eigens für diese Studie entworfene Bewertungsmatrix von Uruguay wie in Tabelle 1 dargestellt. Insgesamt erreichte Uruguay 31 Punkte und liegt damit im internationalen Mittelfeld; das Punktespektrum der Studie reicht von 18 bis 73, der Mittelwert liegt bei 37.
Tabelle 1: Bewertungsmatrix Uruguay
Wie Uruguay sind weitere 19 Länder hinsichtlich ihres Offshore-Potentials untersucht und bewertet worden. Insgesamt befinden sich nach dem zu Grunde gelegten Bewertungsschema in den Ländern außerhalb der EU Flächen von knapp 275.000 km² als geeignete Standorte für die Offshore-Windenergienutzung. Sie bieten Platz für die Installation von knapp 330.000 5-MW-WEA, die jährlich 4.600 TWh Strom erzeugen könnten. Dies bedeutet, dass Offshore-Windenergie mehr als ein Viertel des Weltstrombedarfs decken könnte, der 1999 bei 12.800 TWh lag.
Die Abbildung Punkteverteilung im internationalen Überblick (s. Abb.1) zeigt, wie sich die erreichte Punktzahl der untersuchten Länder zusammensetzt aus
- potentiellem Energieertrag,
- Wirtschaftlichkeit,
- Bedarf und Bedarfsentwicklung,
- infrastrukturellen Bedingungen,
- Marktchancen und Offshore-Motivation,
- Konfliktpotential sowie
- den besonderen natürlichen Vorkommnissen.
Es ist ersichtlich, dass das Vorhandensein windreicher flacher Gewässer nicht alleiniges Kriterium für eine interessante Position an der Spitze ist. Insbesondere der Vergleich von Japan, das trotz seiner geringen Flächen für eine großmaßstäbige Offshore-Windenergienutzung im internationalen Vergleich an vierter Stelle liegt, und Argentinien, das trotz großer Flächen lediglich im internationalen Mittelfeld zu finden ist, verdeutlicht dies.
Abb.1:
Punkteverteilung im internationalen Überblick
Abbildung *** stellt den potentiellen Offshore-Energieertrag im Vergleich zu einer 10 %-Marke des jeweiligen Strombedarfs dar. Hier wird deutlich, dass der mögliche Jahresenergieertrag die 10 %-Marke um ein Vielfaches übersteigt. Diese Darstellung unterstreicht die ökologischen und ökonomischen Möglichkeiten der Offshore-Windenergienutzung.
Abb. 2: Vergleich des Offshore‑Jahresenergieertrags mit dem zukünftigen Strombedarf
Welche Bedeutung besitzen die hier genannten Ergebnisse im gesellschaftlichen Kontext?
Die Menschheit bläst zur Zeit die unvorstellbare Menge von 22 Milliarden t CO2 pro Jahr in die Atmosphäre, und für die Klimaforscher steht der damit verbundene menschlichen Einfluss auf das globale Klima seit Jahren fest. Auch wenn über das Ausmaß noch gestritten wird: es ist eher zweitrangig, wie stark der „Fingerabdruck“ der Menschheit in den Klima-Beobachtungen schon jetzt durchscheint oder ob er erst in ein paar Jahren eindeutig nachzuweisen ist, denn Tatsache ist: Klimaänderungen tun weh und gefährden den Wohlstand und das Fortbestehen auch in unser eigenen Region! Die Mobilisierung der EE ist die umwelt- und wirtschaftspolitische Herausforderung unserer Zeit!
Die Nutzung der Offshore-Windenergie kann einen bedeutenden Part an einer zukünftigen, emissionsfreien Stromerzeugung übernehmen, das haben die o.g. Ausführungen deutlich gezeigt. Mit diesem Wissen im Hintergrund kann konstruktiv in zukünftige Debatten gegangen und dieses Potential sowie die mit dessen Nutzung verbundenen ökologischen und wirtschaftlichen Chancen aufgezeigt werden - in der Hoffnung, dass dies bei den maßgeblichen Handlungs- und Entscheidungsträgern der Menschheit ankommt und qualitative Konsequenzen gezogen werden.