Die Zukunft der Offshore-Windkraft in Europa

Windenergie wird zu einer wichtigen Energiequelle für Europa. Während es beim Bau von Windparks an Land Schwierigkeiten mit den Anwohnern gibt, haben Windparks auf See, besonders in der Nordsee, grosses Potenzial. Die Europäische Kommission hat sich ehrgeizige Ziele gesetzt, um die Offshore-Windkapazität von 15 Gigawatt (GW) im Jahr 2021 auf rund 300 GW bis 2050 zu erhöhen. Dieser Schritt in Richtung Offshore-Wind kann helfen, den wachsenden Energiebedarf Europas zu decken.

#Die Bedeutung der Nordsee

Die Nordsee ist ein Schlüsselbereich für Offshore-Windenergie, weil sie reich an natürlichen Ressourcen zur Stromerzeugung ist. Es wird geschätzt, dass diese Region über 635 GW Windkraft bieten kann. Die Nordsee ist auch von Ländern mit einer grossen Bevölkerung und vielen Industrien umgeben, was sie für den Energiewandel in Europa entscheidend macht.

Um diese Ziele zu erreichen, zielt die Europäische Union darauf ab, bis 2050 mindestens 260 GW Offshore-Windenergie und bis 2030 76 GW zu haben. Momentan nutzen die meisten Offshore-Windparks Festinstallationen, aber schwimmende Windturbinen könnten noch mehr Möglichkeiten zur Stromerzeugung in tieferen Gewässern eröffnen.

#Vorteile eines Offshore-Netzes

Mehr Offshore-Wind in das Stromnetz zu integrieren, ist wichtig, um diese Ressource effektiv zu nutzen. Eine mögliche Lösung ist die Schaffung eines vernetzten Offshore-Netzes, das ein Netzwerk von Verbindungen zwischen verschiedenen Windparks darstellt, anstatt jeden Park direkt mit dem nächstgelegenen Landpunkt zu verbinden. Dieser Ansatz könnte mehrere Vorteile bieten:

1. Netzwerksicherheit: Ein verknüpftes Netz kann die Versorgung mit Windenergie besser steuern und macht sie zuverlässiger.
2. Grenzüberschreitender Handel: Es kann den Energiehandel zwischen Ländern erleichtern.
3. Kosteneinsparungen: Weniger, grössere Verbindungen können die Gesamtkosten senken.

Die Integration von Offshore-Energiezentren kann auch die Nutzung von Windenergie verbessern und Energieverluste verringern, indem Wasserstoffproduktionsanlagen verbunden werden. Das Nordsee-Windkraft-Hub-Projekt zielt darauf ab, dieses integrierte System zu entwickeln und wurde von der EU als bedeutendes Projekt anerkannt.

#Aktuelle Herausforderungen

Trotz der Vorteile stehen Offshore-Windprojekte weiterhin vor Herausforderungen. Es gibt Probleme mit der Planung über Ländergrenzen hinweg und Unsicherheiten hinsichtlich des maritimen Raums. Verschiedene Studien haben untersucht, wie ein Offshore-Netz die Integration von Windenergie verbessern kann, und sie zeigen konsequent, dass die Nutzung eines Offshore-Netzes dazu führen kann, dass mehr Windenergiekapazität aufgebaut wird.

#Analyse der Offshore-Windintegration

Dieser Artikel untersucht die Vorteile eines verknüpften Offshore-Netzes in der Nordsee und berücksichtigt auch schwimmende Windturbinen. Eine detaillierte Untersuchung beleuchtet verschiedene Szenarien, einschliesslich solcher, bei denen es Beschränkungen für Windenergie an Land und den Ausbau von Übertragungsleitungen gibt.

Ein Modell wurde entwickelt, um das Energiesystem zu analysieren, wobei der Fokus darauf liegt, die Kosten zu minimieren und gleichzeitig die Energieversorgung aufrechtzuerhalten. Dieses Modell berücksichtigt die Verfügbarkeit von Wind- und Solarenergie, Emissionsvorgaben und Investitionskosten.

#Verbesserung des Offshore-Windpotenzials

Um die Offshore-Windfähigkeiten genau zu modellieren, wurden mehrere Verbesserungen am ursprünglichen Rahmen vorgenommen. Diese Verbesserungen umfassten:

1. Einbeziehung von schwimmendem Wind: Hierbei wird die wachsende Rolle von schwimmenden Windturbinen berücksichtigt, insbesondere in Gebieten, in denen es nicht möglich ist, Turbinen am Meeresboden zu verankern.
2. Erhöhte Auflösung der Offshore-Regionen: Dies ermöglicht eine genauere Modellierung der Winderzeugungsprofile.
3. Ausschluss von nicht in Frage kommenden Gebieten: Bereiche, die Naturschutzgebiete oder stark befahrene Schifffahrtswege sind, werden von potenziellen Standorten für Windparks ausgeschlossen.
4. Kostenmodellierung: Das Modell berücksichtigt jetzt Faktoren wie Wassertiefe und Turbinenspezifikationen, um genauere Investitionskosten für Festinstallationen zu berechnen.

#Topologie des Offshore-Netzes

Die Topologie des Offshore-Netzes ist entscheidend für die effiziente Integration von Offshore-Windenergie. Viele Regionen können direkt mit Landpunkten verbunden werden, aber Szenarien, die ein verknüpftes Netz ermöglichen, bieten mehr Flexibilität. Diese Struktur ermöglicht eine bessere Optimierung, wie und wo der Strom fliesst.

#Fallstudien

Mit dem entwickelten Modell wurden verschiedene Szenarien erstellt, um die Vorteile von Offshore-Netzen und schwimmenden Windturbinen zu untersuchen. Die Analyse umfasste 64 Onshore-Regionen und 66 Offshore-Regionen und prüfte, wie verschiedene Parameter die Windenergiegenerierung beeinflussen.

Drei wichtige Parameter wurden variiert:

1. Verfügbarkeit des Offshore-Netzes: Dies bestimmt, ob ein verknüpftes Offshore-Netz entwickelt werden kann.
2. Übertragungsgrenzen: Dies gibt an, wie viel Kapazität im Verhältnis zur aktuellen Infrastruktur hinzugefügt werden kann.
3. Onshore-Windpotenzial: Dies zeigt das maximale Potenzial für die Windenergiegenerierung an Land an.

Es wurden acht verschiedene Szenarien erstellt, und jedes zielte darauf ab, zu sehen, wie Offshore-Netze und schwimmender Wind die Einschränkungen der Onshore-Ressourcen mindern könnten.

#Ergebnisse der Analyse

Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede in den Möglichkeiten zur Energieerzeugung, je nachdem, ob ein verknüpftes Offshore-Netz vorhanden war und wie das Onshore-Windpotenzial eingeschränkt war. In dem Szenario mit begrenzter Onshore-Windkapazität zeigte das Modell eine starke Präferenz für den Ausbau der Offshore-Windkapazität.

Beeindruckend ist, dass in Fällen, in denen Wind an Land auf 25 % begrenzt war, schwimmende Windturbinen nur gebaut wurden, wenn ein verknüpftes Netz implementiert wurde. Die Szenarien zeigten, dass Offshore-Netze die Offshore-Windkapazität um etwa 8 bis 9 % steigern könnten im Vergleich zu Szenarien ohne solche Netze.

Die Analyse stellte fest, dass die Integration eines Offshore-Netzes nicht nur die Offshore-Windkapazität erhöht, sondern auch den Bedarf an Windenergie an Land und anderen Quellen wie Solar- oder Gaskraft verringert. Die Integration ermöglicht auch eine bessere Nutzung von Elektrolyseuren zur Wasserstoffproduktion, die näher an den Nachfragestandorten in der Nordsee-Region platziert werden können.

#Kosteneinsparungen

Eine der entscheidenden Erkenntnisse dieser Analyse sind die Kosteneinsparungen, die mit dem Offshore-Netz verbunden sind. Die Implementierung eines verknüpften Netzes kann Einsparungen von bis zu 2,6 Milliarden Euro pro Jahr im Vergleich zu Szenarien ohne dieses Netz bringen. Allerdings ist der Gesamteinfluss auf die Gesamtkosten des Systems moderat und spiegelt nur einen kleinen Prozentsatz der Gesamtausgaben wider.

#Die Rolle des schwimmenden Winds

Die Studie hebt die entscheidende Rolle von schwimmenden Windturbinen hervor, insbesondere in Szenarien, in denen die Onshore-Windkapazitäten begrenzt sind. Da die verfügbaren Ressourcen in flacheren Gewässern erschöpft sind, wird die Technologie schwimmender Windturbinen entscheidend, um den Energiebedarf zu decken. Schwimmende Turbinen könnten die Festinstallationen ergänzen und Kapazitäten von bis zu 45 GW erreichen.

#Einschränkungen der Studie

Obwohl die Studie wertvolle Einblicke bietet, gibt es Einschränkungen. Die analysierte Topologie des Offshore-Netzes spiegelt möglicherweise nicht die aktuellen Pläne der Netzbetreiber wider, und die Studie konzentriert sich ausschliesslich auf bestimmte Typen von Verbindungen. Auch das verwendete Optimierungsmodell erfasst möglicherweise nicht alle realen Investitionsverhalten, da es einige komplexe Dynamiken vereinfacht.

#Fazit

Diese Analyse zeigt, dass die Schaffung eines Offshore-Netzes die Integration von Windenergie in der Nordsee erheblich verbessern kann. Das Vorhandensein eines Offshore-Netzes ermöglicht eine effizientere Nutzung der Offshore-Windressourcen, senkt den Bedarf an Energiequellen an Land und erzielt erhebliche Kosteneinsparungen. Schwimmende Windturbinen spielen in diesem Aufbau eine Schlüsselrolle, insbesondere wenn das Onshore-Windpotenzial begrenzt ist. Insgesamt heben die Ergebnisse die Bedeutung von Investitionen in die Offshore-Windinfrastruktur hervor, um die Energiebedürfnisse Europas in Zukunft zu decken.