Ausblick und offene Forschungsfragen im Coastal Energy Management

von Dr. Karsten Runge, OECOS-Umweltplanung, Hamburg

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An der Universität Lüneburg ist beabsichtigt, einen Forschungsschwerpunkt „Coastal Energy Management“ einzurichten, der in regem Austausch stehen soll mit den vielen anderen Fachleuten und Fachinstituten, die sich mit Teilaspekten dieses transdisziplinären Themengebietes befassen. Das folgende Diagramm bringt die dabei diskutierten Technologien in einen groben Orientierungszusammenhang von Wissenstand/defizit und zu erwartender zeitlicher Relevanz. Die Darstellung der Wissensdefizite unterscheidet sich zudem nach denen technischer Art und denen der Integration in Umwelt, Nutzungsmuster und Versorgungsstruktur. Diese Zuordnung ist natürlich grob geschätzt und dient lediglich der ungefähren Orientierung.

Abb. 1: Fragestellungen des Coastal Energy Managements

 Windenergie Onshore

An Land umgibt uns Windenergie an der Küste allenthalben, die Technik ist seit langem erprobt und die Landesplanung hat in den Küstenländern verlässliche Grundlagen für die Planung geschaffen (Zuordnung daher weit links unten mit geringer Distanz von Technik und Integration). Nichts desto weniger machen die immer wieder hoch emotionalisierten Konflikte um Parks oder einzelne Anlagen deutlich, dass die Akzeptanz vielfach auf wackligen Beinen steht. Die grundsätzliche Berechtigung solcher Konflikte steht außer Frage, geht es doch vielfach um nachvollziehbare Anliegen Planungsbetroffener, deren Belange von Windenergiebetreibern ernst genommen werden sollten. Verschiedentlich kommen aber auch Stimmungen zum Tragen, aus denen ersichtlich wird, inwieweit Windenergieanlagen als landschaftliche Fremdkörper wahrgenommen werden. Die historische Verknüpfung moderner Windkraftnutzung mit traditionellen und regionalspezifischen Formen der Windkraftnutzung ist kaum untersucht und kommt in der öffentlichen Wahrnehmung kaum zum Tragen. Der kulturellen Integration und öffentlichen Akzeptanz der Windenergienutzung steht ein mangelndes Bewusstsein regional­spezifi­scher, historischer oder nutzungsbezogener Querbezüge im Wege, die während der kaum mehr als ein Jahrzehnt jungen Renaissance der Windenergienutzung noch nicht aufgearbeitet wurden. Querbezüge sind zweifellos in vielfacher Weise vorhanden. Eine historische und regionalspezifische Recherche könnte die wissenschaftliche Grundlage eines Ausstellungsforums sein, das der kulturellen und touristischen Integration der Windenergienutzung an der Küste dienlich wäre.

Onshore-Repowering

Aus der bereits vorgestellten Prognose des DEWI (2002) ist ersichtlich, dass in den nächsten Jahren eine Phase des Repowering d.h. der Neubebauung bestehender Windanlagenstandorte (ab 2006) zu erwarten sein wird. Der v.a. an der Nordseeküste Niedersachsens und Schleswig-Hol­steins in großem Umfang anste­hende und unter Klimaschutzgesichtspunkten wünschenswerte Wechsel von der 1. zur 2. Generation installierter Windenergieanlagen bietet die Chance zur Beseitigung früherer Planungsfehler, bspw. wenn zu dicht an Schutzgebiete oder Dorflagen gebaut wurde. Aufgrund des raschen technischen Fortschreitens der Windkraftindustrie werden die Umweltanforderungen an ein Repowering in kurzen Abständen stets neu zu überdenken sein.

Abb. 2: Generationen installierter Windenergieanlagen in Norddeutschland

Es stellt sich daher die Frage, ob der anstehende Wechsel nicht mit Hilfe regionaler Raumordnungskonzepte sehr viel weitsichtiger vorbereitet werden könnte. Auf Basis eines standardisierten Ziel-, und Beurteilungskatalogs sowie anhand von übertragbaren Planungsgrundsätzen könnten der sonst regional entstehende Aufwand gebündelt und unnötige Reibungswiderstände vermieden werden.

Netzgebundene Offshore-Windenergie

Die Technik der Offshore-Windenergieerzeugung befindet sich in der Erprobungsphase. Offene Fragen der Umweltintegration werden zügig bearbeitet. Das BMU hat vor kurzem eine ökologische Begleitforschung (BEOFINO, MINOS) zur Klärung naturwissenschaftlicher Grundsatzfragen bei der Offshore-Windpark Genehmigung initiiert. Abseits der dabei abgehandelten Fragestellungen wäre jedoch die Klärung weiterer Fragen wünschenswert. Die Art und Wirkung möglicher raumordnender Instrumente im Offshore-Bereich ist weitgehend unbekannt, die Einsatzmöglichkeiten rechtlich begrenzt. Gemeinsam mit Um­weltrechtlern sollte eine Ermittlung möglicher Instrumente und eine Abschätzung des Wirkungspotentials stattfinden.

Bei der zu erwartenden Entwicklung der Offshore-Windenergienutzung ist mit kumulativen Auswirkungen an den Zugwegen wandernder Arten und in den Schwerpunktregionen des Anlagenbaus, zur rechnen. Die jetzige Durchführung vereinzelter projektbezogener Umweltverträglichkeitsprüfungen ist nur die zweitbeste Lösung zur Ermittlung der Umweltwirkung dicht benachbarter Offshore-Windparks. Ein besserer Rahmen für die Analyse möglicher Kumulationseffekte wäre eine projektübergreifende Umweltverträglichkeitsuntersuchung auf der Ebene einer Meeresregion. Da es entsprechende Untersuchungen noch nicht gegeben hat, wäre eine Beispieluntersuchung mit interdisziplinärer Beteiligung sinnvoll, die als eine Art Leitfaden für Untersuchungen in anderen Regionen fungieren könnte.

Dezentrale Entwicklungen

In einem als dezentrale Entwicklungen zusammenfassbaren Bereich finden sich eine Reihe von Technologien und Maßnahmen, die v.a. für dezentrale Versorgungen und kleinere Netze interessant sind (Energieeffizienzmaßnahmen, Solarkollektoren). Bis auf Fotovoltaik, deren technischer Durchbruch erst ab 2010 erwartet wird, ist die Technik in diesem Bereich weit fortgeschritten. Wenig ist allerdings über mögliche Integrationshindernisse bekannt, wenn es erst einmal um die konzentrierte Implementation entsprechender Anlagen geht. Auch Energieeffizienzmaßnahmen sind in diesem Zusammenhang zu berücksichtigen, ist doch z.B. die Gebäudewärmedämmung in Küstengebieten um vieles effizienter einzusetzen als im Binnenland. Es wäre für bestimmte Regionen durchaus einmal zu berechnen, ob ein solcher Mehrnutzen nicht auch besondere Förderungsbedingungen rechtfertigen würde.

Offshore-Wasserstofferzeugung

Wasserstofferzeugung wird voraussichtlich zu einem großen Teil im Offshore-Bereich erfolgen. Die Einführung dieser prinzipiell erprobten Technologie wird aller Voraussicht nach nicht nur mit großen Technologieentwicklungssprüngen auf der Verbraucherseite, sondern auch mit weitreichenden räumlichen Veränderungen im deutschen Küstenbereich verknüpft sein. Der Beginn von Wasserstoffproduktion auf See könnte die Ansiedlung weite­rer energieintensiver Produktionsbetriebe nach sich ziehen. Hafenstädte wie Bremen und Emden werden voraussichtlich von der Offshore-Entwicklung erheblich profitieren und wer­ben bereits jetzt offensiv um die Investorengunst. Um ggf. zügig ablaufenden Veränderungsprozessen mit vorsorgeorientierter Planung zuvorzukommen, empfiehlt es sich frühzeitig fundierte Prognosen der räumlichen Veränderungen einschließlich begleitender Umweltfolgenbewertungen zu erarbeiten.

Wellenenergienutzung

Die Wellenenergienutzung hat die Marktreife heute noch nicht erreicht. Gleichwohl könnte diese in den nächsten Jahren bevorstehen. Das bedeutende Potential der Wellenenergie in der Nordsee und der rasche technologische Fortschritt insbesondere dänischer Ingenieure in den letzten Jahren lassen es als wahrscheinlich erscheinen, dass auch in deutschen Gewässern einmal entsprechende Anlagen eingesetzt werden. Interessant ist hierbei die Verbindung mit der Offshore-Windenergie. Es erscheint nur plausibel, wenn innerhalb der enormen von Offshore-Windparks in Anspruch genommenen und für andere Nutzungen gesperrten Flächen alle Möglichkeiten der Energieerzeugung ausgeschöpft werden. Um nicht von den Raumansprüchen marktreif gewordener Technologien überrascht zu werden, empfiehlt es sich, auf Basis des jetzigen Technologiestandes frühzeitig beispielhafte Verträglichkeitsuntersuchungen durchzuführen.

Strömungsenergienutzung

Neben der Wellenenergienutzung könnte auch die Strömungsenergienutzung mittels unter­seeisch befestigter Turbinen in den nächsten Jahren Marktreife erlangen, denn die Turbinentechnik dieser Anlagen ist seit langem erprobt. Strömungsenergienutzung wird auch in Deutschland an bestimmten Gezeitenströmen diskutiert. Prof. GRAW vom Institut für Wasserbau der Universität Leipzig schlägt diese Technologie für deutsche Standorte vor.

In Europa wurden 106 vorrangig für die Nutzung des Tideenergiepotentials geeignete Positionen identifiziert. Die insgesamt technisch nutzbare Leistung entspricht 12.500 MW bzw. 48 TWh Strom pro Jahr. Beim derzeitigen Stand der Technik werden dabei Strömungsgeschwindigkeiten ab 2m/sek. als kommerziell ausreichend angesehen. Tideströme an der deutschen Küste erreichen diesen Wert nicht, doch wo Küsten vor Meeresströmungen ohnehin baulich geschützt werden müssen, könnte sich ein zusätzlicher Anreiz durch die Kopplung von Energieerzeugung und Küstenschutz ergeben. GRAW (1995) identifizierte vor Sylt und Norderney Prielströme, an denen eine Kopplung kontinuierlich notwendiger Küstenschutz­maßnahmen mit Energieerzeugung aussichtsreich erscheint. Hierzu schlägt er ein sogenanntes Plattenwellenenergiekraftwerk vor, welches aus einer Anzahl massiver, in den Prielen abgesenkter, wel­lenbrechender Betonkonstruktionen besteht, die zugleich Turbinen zur Nutzung der Strömungsener­gie beinhalten. Dabei wird bei vollständiger Ausnutzung der Gezeitenenergie im Hörnum Tief eine theoretische Stromausbeute von rund 400 MWh/täglich prognostiziert. Technisch realisierbar und unter Umweltgesichtspunkten erwünscht wäre sicherlich nur ein erheblich kleinerer Anteil.

Es fragt sich überhaupt, ob entsprechende Eingriffe in das Strömungssystem des Nationalparks Wattenmeer geduldet werden dürfen. Es ist nur allzu leicht denkbar, dass neben den erwarteten Küstenschutzeffekten auch unerwünschte Nebenwirkungen in Form von Sedi­mentation und Abträgen im Wattenmeer die Folge wären. Doch eine hydrodynamisch-numerische Simulation von Strömungskraftwerken in der deutschen Nordsee ist nicht bekannt. Sie wäre der erste Schritt zu einer begründeten Ab­schätzung der Verträglichkeit.

Abb. 3: Tidestrom zwischen Sylt (links) und Amrum (rechts); Bodenabtrag bei Hörnum seit 1870

Abb. 4: Plattenwellenbrecher (GRAW 1995)

Offshore-Repowering

Offshore Repowering wird sicher erst in ferner Zukunft von Belang sein. Und dennoch wer­den bereits bei der anlaufenden  Fundamentierung der ersten Offshore-Anlagen spätere Ma­schinenwechsel einkalkuliert. So gesehen werden schon heute die ersten Weichen für Offs­hore-Repowering gestellt.

Ausgangsfragen der Forschung

Die Vielfalt möglicher Themen und die unterschiedliche Dringlichkeit von Lösungen im CEM erfordert einen systematischen Zugang. Forschung im Coastal-Energy-Management wird sich jeweils mit folgenden Fragen auseinan­dersetzen müssen:

Welche EE-Zuwächse und Folgeentwicklungen sind zu erwarten?

Welche Nachhaltigkeitsziele sind anzustreben?

Welche Adressaten sollen erreicht werden?

Welcher Werkzeugkasten muss zur Verfügung stehen?

Welche Daten werden benötigt?

Welche EE-Zuwächse und Folgeentwicklungen sind zu erwarten?

Um diese Frage zu beantworten, muss zunächst unvoreingenommen abgeschätzt werden, welche Entwicklungen in welcher Intensität auf kurze und welche auf lange Sicht realistisch er­scheinen. In eine solche Prognose spielen Technologiestand, wirtschaftliche, soziale und ökologische Gesichtspunkte hinein, sie kann also nur interdisziplinär erstellt werden. Unter Vor­sorgegesichtspunkten macht es insbesondere bei Langfristprognosen Sinn, auch weniger wahrscheinliche Ent­wicklungen im Auge zu behalten.

Welche Nachhaltigkeitsziele sind anzustreben?

Nachhaltigkeit lässt sich unter vielerlei unterschiedlichen Gesichtspunkten definieren. Es gilt genauso die Erzeugung Erneuerbarer Energie als nachhaltig, wie bspw. der Landschafts­schutz. Nachhaltigkeitsziele müssen untereinander abgestimmt und miteinander optimiert werden. Dies kann nicht abstrakt, sondern nur in konkreten geografischen Räumen gesche­hen. Auf der Grundlage regionaler Betrachtungen kann bspw. geklärt werden, was nachhaltige Energieerzeugung im Kontext heutiger Küstenentwicklung bedeutet und welches Potential die Küstenregionen für Erneuerbare Energien unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten bieten.

Es ist eine bedauerliche Erfahrung der Offshore-Windkraft-Planung, dass Eignungsgebiete für Offshore-Windenergie bis heute nicht bestimmt sind und damit erst bestimmt werden, nachdem Genehmigungsverfahren in vielfacher Zahl angelaufen sind und bereits die ersten Baugenehmigungen erteilt wurden. Um Raum- und Umweltkonflikte durch künftige Techno­logien zu minimieren und andererseits auch für EE optimale Entwicklungsbedingungen her­zustellen, sollten exemplarische Vor­untersuchungen frühzeitiger stattfinden.

Welche Adressaten sollen angesprochen werden?

IKZM hebt sowohl die Bedeutung partizipatorischer Planung als auch die Beteiligung aller Träger öffentlicher Belange hervor. Im Einklang damit sollte CEM-Forschung in einen breiten öffentlichen Diskurs eingebettet werden. Planungsbehörden sind aufgrund knapper Ressour­cen oft nicht in der Lage, sich mit langfristigen Optionen zu befassen. Um so mehr werden sie entsprechende universitäre Forschung zu schätzen wissen. Das Spektrum der Beteiligten reicht von interessierten Bürgern und Interessenverbänden bis zu Energieversorgungsunternehmen und energiewirtschaftlichen Projektent­wicklern, die sich selbst zunehmend mit räumlichen Planungsoptionen vorausschauend befassen müssen. Aufgrund ihrer Interessenungebundenheit wird universitäre Forschung auf diesem Gebiet einen Akzeptanz­vorsprung genießen.

Welcher Werkzeugkasten muss zur Verfügung stehen?

Coastal Energy Management wird auf einem ganzen Baukasten von Methoden und Verfah­ren fußen müssen, damit Veränderungen durch Erneuerbare Energieerzeugung prognostiziert, bewertet und beeinflusst werden können. Dazu gehören rechtliche Instrumente, Me­thoden der ökonomischen Prognose und Optimierung, vor allem aber integrierende Methoden und Managementverfahren, die in der Lage sind, Teilelemente unterschiedlichster Bereiche zu integ­rieren und zu einer zusammenfassenden Lösung zu bringen. Hierzu eignen sich auf den Themenbe­reich zugeschnittene Formen der ökologischen Risikoanalyse, Methoden der strategischen Umwelt­verträglichkeitsprüfung, der Szenarientechnik oder der Sensibilitätsanalyse nach Vester.

Zusammenfassung und Ausblick

IKZM wird heute schwerpunktmäßig unter den herkömmlichen Nutzungsas­pekten Fischerei, Mee­resverschmutzung, Küsten­naturschutz und Tourismus­planung disku­tiert. Dieses Themenspektrum eingeführter Nutzungen führt zu reaktiven Tendenzen. 

Die Prognosen über die Zukunft der Erneuerbaren Energieträger in Deutschland und Europa streuen sehr stark, erst recht, wenn es um Voraussagen für die nächsten Jahrzehnte geht. Coastal Energy Management wird zwangsläufig auch Zukunftsoptionen im Blick behalten müssen, deren Realisie­rungen noch ungewiss sind. Doch das Risiko umsonst unternommener An­strengungen ist gering einzuschätzen gegenüber der Gefahr, die Entstehung langfristiger räumlicher und technolo­gischer Entwicklungen zu übersehen und dabei den Zeitpunkt zu verpassen, zu dem mit umweltwissenschaftlicher Forschung und inhaltlich zugeschnittenen Planungsinstrumenten noch grundlegend Einfluss genommen werden kann. Insofern sollten ohne Furcht vor Fehleinschätzungen angepasste Methoden und Verfahren entwickelt werden, die eine nachhal­tige und vorsorgeorientierte Integration Erneuerbarer Energieerzeugung in Küstenregionen ermöglichen.