E_Paper_BZ
Nachrichten aus Berlin und der ganzen Welt

Offshore-Windparks: So soll Wind-Energie effektiver genutzt werden

Ein Windrad an der Nordseeküste.

Ein Windrad an der Nordseeküste.

Foto:

imago/Westend61

Die Windenergie boomt. Vor allem im Meer entstehen leistungsstarke Windparks. Vor der Küste – offshore – sind die Windgeschwindigkeiten im Vergleich zu Standorten an Land viel größer und ermöglichen es, deutlich mehr Elektrizität zu erzeugen.

Deshalb entstehen in Nord- und Ostsee große Windkraftwerke, die aus Hunderten einzelner Windturbinen bestehen. Diese speisen immer mehr Strom ins Netz. Im Vorjahr lieferten die deutschen Offshore-Windparks erstmals mehr als ein Gigawatt. Mit dieser elektrischen Leistung könnten allein die deutschen Windkraftanlagen im Meer ein Kernkraftwerk ersetzen.

Experten erwarten, dass der Anteil der erneuerbaren Energien, allen voran die Windenergie, weiter steigt. Nach dem Willen der Bundesregierung sollen regenerative Energien in zehn Jahren auf mindestens 40 Prozent Anteil an der deutschen Stromerzeugung kommen. Heute sind es rund 26 Prozent, davon hält die Windenergie mit etwa acht Prozent den größten Anteil.

Was für die Klimabilanz ein großer Gewinn ist, entwickelt sich für das Stromnetz zur Belastungsprobe. Noch müssen bei einem übergroßen Windstromangebot – etwa wenn eine Sturmfront über die See fegt – die Windturbinen vom Netz genommen werden, um einen Zusammenbruch des Netzes zu verhindern. Die Windparks erzeugen dann viel mehr Strom als im Normalbetrieb. Der plötzliche Überschuss kann so schnell nicht durch die Stromleitungen abtransportiert werden. Ganze Windparks müssen kurzfristig abgeschaltet werden. Wirtschaftlich ist das nicht. Deshalb planen Wissenschaftler neuartige Speichertechniken nach dem Vorbild der Pumpspeicherwerke – und zwar genau da, wo immer mehr Windenergie erzeugt wird: mitten im Meer.

Der bisher einzige Speicher

Solche Ausgleichskraftwerke, bei denen Wasser als Energiespeicher dient, gibt es bereits seit ungefähr hundert Jahren – vor allem im Gebirge. Bei einem Stromüberangebot pumpen sie mit Hilfe der nicht benötigten elektrischen Energie Wasser aus einem Fluss in einen höher gelegenen Stausee. Wird dagegen mehr Strom im Netz benötigt, dreht sich das Verfahren um: Das zuvor aufgestaute Wasser wird abgelassen und treibt dabei eine große Turbine an, die Strom erzeugt.

Pumpspeicher nennt sich das sehr effektive Prinzip. Etwa 80 Prozent der über die Wasserkraft aufgenommenen Energie wird so wieder an das Stromnetz zurückgegeben. Die Technik gilt derzeit als einzige Möglichkeit, um elektrischen Strom wirtschaftlich zu speichern. Pumpspeicherwerke werden von den Energieversorgern eingesetzt um starke Schwankungen im Stromnetz auszugleichen.

Die Deutsche Energieagentur (dena), die im Auftrag der Bundesregierung Möglichkeiten für den Ausbau der Stromnetze untersucht hat, sieht in der Technik einen zentralen Baustein für die Zukunft der Energieversorgung. „Pumpspeicher sind eine wesentliche Komponente für die Energiewende“, sagt Stephan Kohler, bis vor kurzem dena-Geschäftsführer und nun Vorsitzender im Fachbeirat des Energiedienstleisters Getec. „Sie machen es möglich, die erneuerbaren Energien mit ihrer stark schwankenden Erzeugung in das Stromsystem zu integrieren.“

Wie aber lässt sich das Prinzip auf dem offenen Meer umsetzen, also dort, wo der Strom in immer größeren Mengen entsteht? Vor dieser Herausforderung sieht sich nicht nur Deutschland. Belgien plant den Bau einer künstlichen Insel in der Nordsee. „iLand“ heißt sie und sieht aus wie ein Atoll mit einer schmalen Öffnung zum Meer. In diese ist ein Sperrwerk mit Stromturbine eingebaut. Nachts, wenn der Strombedarf gering ist, wird der Strom aus den Offshore-Windparks verwendet, um das Wasser aus dem Becken mitten auf der Insel herauszupumpen.

Tagsüber, wenn der Strombedarf hoch ist, wird das Meerwasser wieder in das Becken eingelassen und treibt dabei die Stromturbine an. Weil die künstliche Insel im Gezeitenbereich liegt, muss der Wechsel von Ebbe und Flut beim Betrieb berücksichtigt werden. Auf diese Weise könnte die Insel sogar Strom mit einer Leistung von 500 Megawatt über vier Stunden lang erzeugen. Das reicht, um den Strombedarf einer größeren Stadt zu decken.

Die Pläne der Regierung schlagen in belgischen Medien hohe Wellen. Umweltschützer fürchten schwerwiegende Eingriffe in das Wattenmeer, wenn für den Bau der Insel Tausende von Kubikmetern Sand und Kies bewegt werden müssen. Immerhin ist „iLand“ 1,5 mal 2,5 Kilometer groß und soll sich zehn Meter über den Meeresspiegel erheben. Beim Entleeren und Befüllen des 30 Meter tiefen Wasserspeichers im Innern der Insel könnten sich starke Strömungen bilden, die die Meeresfauna beeinträchtigen.

Skeptisch blicken auch viele Anwohner und Hotels auf das Bauvorhaben, das in Sichtweite der Badeorte De Haan und Wenduine umgesetzt werden soll. Nicht zuletzt werden von vielen Kritikern die hohen Kosten für das bis zu 1,7 Milliarden Euro teure Projekt moniert. Mit umfangreichen Umweltgutachten will die Regierung nun die Kritiker besänftigen. Setzt sie ihre Vorhaben durch, könnte in sechs Jahren das erste marine Speicherkraftwerk ans Netz gehen.

Anlage aus bis zu 200 Hohlkugeln

Auch in Deutschland gibt es Pläne für einen riesigen Pumpspeicher im Meer. Gemeinsam arbeiten daran Fraunhofer-Forscher und das Bauunternehmen Hochtief im Projekt „Stensea“ (Stored Energy in the Sea). Die Idee dahinter: Riesige, auf dem Meeresgrund verankerte Hohlkugeln aus Beton dienen als Energiespeicher (siehe Grafik). Gleich ein ganzer Park aus solchen Speicherkugeln könnte auf dem Meeresgrund errichtet werden, praktischerweise in der Nähe der deutschen Offshore-Windparks.

„Wird elektrischer Strom benötigt, werden die Kugeln geflutet“, sagt der Physiker Jochen Bard, Leiter für Energiewandlungsverfahren am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel. „Das einströmende Wasser treibt eine Turbine an, die Strom erzeugt und diesen ins Netz speist.“ Die Forscher wollen dabei die Seekabelverbindungen der Offshore-Windparks nutzen. „Bei zu viel Strom im Netz wird mit Hilfe der überschüssigen Elektrizität das Wasser aus den Hohlkugeln gepumpt“, erklärt der Physiker Jochen Bard.

Ein solches Ausgleichskraftwerk hätte wahrhaft gigantische Ausmaße. „Jede Speicherkugel hat einen Durchmesser von 30 Metern und liefert eine elektrische Leistung von 20 Megawatt“, sagt Bard. Eine Anlage aus bis zu 200 Kugeln wäre nötig, um die von Experten geforderte nationale Mindestreserve zur Sicherung der Stromversorgung von vier Gigawatt bereitzustellen.

Noch ist es nicht so weit. Zunächst wollen die Forscher in einem Modellvorhaben praktische Erfahrungen sammeln. In fünf bis zehn Jahren könnte dann das erste Pumpspeicherwerk auf dem Meeresgrund errichtet werden.