52 DEWI MAGAZIN NO. 44, FEBRUARY 2014

Einleitung

Seit vielen Jahren wird die Offshore-Windenergie als großer Wachstumssektor für den deutschen Windenergiemarkt ge­sehen. Mehr als dreißig Offshore-Windparks (OWP) wur den seit 2001 bereits vor der deutschen Küste genehmigt, der Großteil davon in der Nordsee. Doch über Jahre hinweg ha­ben Hemmnisse und Verunsicherungen zu Projektverschie­bungen geführt, so dass bisher nur das Offshore-Testfeld „al­pha ventus“ in der Nordsee und der OWP „EnBW Baltic 1“ im Küstenmeer der Ostsee in Betrieb genommen wurden. 2013 scheint nun der Durchbruch für die lange erwartete Aus­baudynamik in der Offshore-Windener gie gelungen. Al ler-dings wird die positive Entwicklung bei der Baurealisierung der deutschen Offshore-Windparks nach wie vor von einer starken Verunsicherung hinsichtlich der politischen und wirt­schaftlichen Rahmenbedingungen begleitet. Durch fehlende Folgeaufträge und ausstehende Inves ti tionsentscheidungen sind bereits zahlreiche Arbeitsplätze abgebaut worden. Als erhebliches Problem für die Planungs- und Investitionssicher­heit bei der Realisierung der deutschen Offshore-Windparks erweist sich auch die verspätete Verfügbarkeit der erforder­lichen Netzanbindung. In diesem Beitrag wird ein Überblick

Introduction

For many years, offshore wind energy has been viewed as an important growth sector of the German wind energy market. More than thirty offshore wind farms (OWF) have been approved since 2001 off the German coast, most of them in the North Sea. Constraints and uncertainty during the last few years, however, have led to a postponement of projects, so that up to now only the offshore test site „alpha ventus“ in the North Sea and the OWF „EnBW Baltic 1“ in the coastal waters of the Baltic Sea could be commissioned. 2013 finally seems to have brought a breakthrough with re­gard to the long-awaited dynamic development of offshore wind energy. On the other hand the positive development in the realization of German offshore wind farms still is ac­companied by serious concerns about the uncertain politi­cal and economic framework conditions. Due to a lack of follow­on contracts and pending investment decisions al­ready a large number of jobs have been lost. The delayed availability of the necessary grid connection also presents a serious problem for the planning and investment reliabil­ity in the realization of German offshore wind farms. The following article gives an overview on the development of German offshore projects in the year 2013.

German Offshore Market Growing Despite Problems with Grid Connection

ENGLISH - DEUTSCH

B. Neddermann; DEWI GmbH, Wilhelmshaven

Deutscher Offshore-Markt wächst trotz Problemen bei der Netzanbindung

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Development of Offshore Wind Energy in 2013

The Fig. 1 shows that in 2013 the offshore wind energy use has gained enormous momentum. The share of offshore wind energy in total new capacity installations was more than 16% - a figure not achieved previously on the Ger­man wind energy market. The installed capacity could be increased in 2013 from 320 MW to 915 MW which corre­sponds to a growth rate of 286 per cent. On the other hand, figure 1 also shows that the gap between installed capacity and capacity actually connected to the grid has widened considerably. By the end of 2013, 43% of the wind turbines installed at sea were still without the necessary grid con­nection.Fig. 2 gives an overview of the offshore wind farms planned in the German Bight. All OWF already under construction or in operation at the beginning of 2014 are identified by name. In 2013 the OWF „Bard Offshore 1“ could be com­pleted, and this wind farm with a total capacity of 400 MW

zur aktuellen Entwicklung der Offshore-Windenergienutzung in Deutschland im Jahr 2013 gegeben.

Entwicklung der Offshore-Windenergie in 2013

Die Abb. 1 veranschaulicht, dass die Offshore-Windenergie­nutzung in 2013 einen enormen Schub bekommen hat. Einen Offshore-Anteil von gut 16% der neu errichteten Gesamtleis­tung hatte es im deutschen Windenergiemarkt bisher noch nicht gegeben. Die installierte Leistung konnte 2013 von 320 MW auf 915 MW gesteigert werden, das entspricht einem Zuwachs von 286 Prozent. Abb. 1 zeigt allerdings auch, dass die Kluft zwischen der installierten Leistung und der ans Netz angeschlossenen Leistung deutlich größer geworden ist. So fehlte bis Ende 2013 bei 43% der auf See errichteten Wind­energieleistung der erforderliche Netzanschluss.Abb. 2 gibt einen Überblick zu den in der deutschen Nordsee geplanten Offshore-Windparks. Namentlich gekennzeichnet sind die Anfang 2014 bereits in Bau bzw. in Betrieb befind­

Riffgat

GlobalTech I

Bard Offshore 1

Trianel Windpark Borkum

Alpha Ventus

Borkum Riffgrund 1

Amrumbank West

Nordsee Ost

Meerwind Süd / Ost

Dan Tysk

FINO 1

FINO 3

Met mast

BSH = Federal Maritime and Hydrographic Agency

EEZ = Exclusive Economic Zone

Wind measurement

OWF in Territorial Sea - installed

OWF in EEZ – in operationOWF in EEZ – under construction

Source: BSH (Map) / DEWI (Project details)  

914.9

520.3

400

500

600

700

800

900

1000MW

MWinstall.

Status Offshore Wind

- MW installed / errichtet

- MW in operation / in Betrieb

(cumulated / kumuliert)

© 2014 DEWI GmbH

4,5 4,5 7 7 12

72

185.3215.3

320.3

42

92

200.3

280.3

0

100

200

300

400

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

MWin operation /

in Betrieb

Fig. 1: Development of offshore wind energy use in Germany

Abb. 1: Ausbauentwicklung der Off-shore­Wind ener gie nutzung in Deutschland

Fig. 2: Overview of the locations of offshore wind farms realized in the German Bight

Abb. 2: Übersicht zur Lage der in der deutschen Nordsee realisierten Offshore-Windparks

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has been connected to the grid since autumn 2013. Anoth­er wind farm completed during the first half of 2013 is the OWF „Riffgat“ in coastal waters, still without grid connec­tion, however, by the end of the year.The diagram below shows the construction progress of eight offshore wind farms under construction in the year 2013. The number of foundations and wind turbines already installed or planned is given in the diagram. As shown in Fig. 3, not only the OWF „Bard Offshore 1“ was completed and all of the thirty wind turbines (Siemens SWT­3.6­120) were installed in the wind farm „Riffgat“, but also 56 wind turbines (Siemens SWT­3.6­120) in the OWF „Meerwind“ and 17 wind turbines (Areva Wind M5000) in the project „Trianel Windpark Borkum“.It is also quite remarkable that in 2013 a total of 304 foun­dations for wind turbines were installed in the North Sea and Baltic Sea. Thus the installation work for most of the projects under construction could be completed, with only four foundations still missing in the OWF „Global Tech 1“ and seven in „Nordsee Ost“ by the end of the year. In the German Baltic Sea the offshore wind farm „EnBW Baltic 2“ is under construction. Here 39 monopile foundations are used which were already installed completely in 2013, and 41 jacket foundations whose installation is scheduled for 2014. Furthermore, in January 2014 pile­driving has begun for the installation of altogether 157 monopile foundations for the OWF „Amrumbank West“ and „Borkum Riffgrund 1“. The substation for the OWF „Borkum Riffgrund 1“ has already been installed at sea in 2013.

Status of the Grid Connection Projects for the OWF Planned in the North Sea

The grid connection for the wind turbines erected at sea remains a serious problem despite the otherwise very posi­tive development in the realization of the German offshore wind farms. In 2013 only the wind turbines in the OWF „Bard Offshore 1“ could be connected to the grid. For all other wind turbines already completely installed ­ altogeth­er 103 wind turbines with 394.6 MW total capacity – a grid connection ready for operation could not yet be provided.The following diagram gives an overview of the grid con­nection projects for the OWF in the German Bight. By the end of 2013 only the grid connections „BorWin 1“ (400 MW connection for the OWF „Bard Offshore 1“) and „alpha ventus“ (60 MW connection for the offshore test site) were operational. In February 2014 the OWF „Riffgat“ (108 MW) finally could be connected to the grid, after a delay of elev­en months. As illustrated in Fig. 4, at present eight other grid projects are under construction or contracted, and the project “BorWin 3” has been put out to tender.The offshore wind farms are connected to the grid via sea cables. The wind turbines are linked within the wind farm by internal cabling and then connected to a substation in the relevant project area. Several offshore wind farms in a region are combined in „clusters“ (DolWin, BorWin, HelWin and SylWin). Similar to a multiple socket, the wind farms are then connected to a converter station. The power gen­erated by the wind farms is converted into direct current and transmitted via a sea cable (high-voltage direct current (HVDC) transmission) to the mainland and then to the near­

lichen OWP. 2013 konnte der OWP „Bard Offshore 1“ fertig­gestellt werden, so dass der Windpark seit Herbst mit seiner Gesamtleistung von 400 MW ans Netz angeschlossen ist. Darüber hinaus wurde bereits im ersten Halbjahr 2013 der OWP „Riffgat“ im Küstenmeer vollständig errichtet, hier fehl­te bis zum Jahresende allerdings noch der Netzanschluss.Die folgende Grafik gibt einen Überblick zu den Baufortschrit­ten bei den acht im Jahr 2013 in Bau befindlichen Offshore-Windparks. Dargestellt ist die Anzahl der bereits installier­ten bzw. geplanten Fundamente und Windenergieanlagen (WEA). Wie Abb. 3 zeigt, wurden nicht nur der OWP „Bard Offshore 1“ fertiggestellt und alle dreißig Windturbinen (Sie­mens SWT-3.6-120) im OWP „Riffgat“ errichtet, sondern auch 56 WEA (Siemens SWT­3.6­120) im OWP „Meerwind“ und 17 WEA (Areva Wind M5000) im „Trianel Windpark Borkum“.Bemerkenswert ist auch die Tatsache, dass 2013 insgesamt 304 Fundamente für die WEA in der Nord­ und Ostsee ins­talliert wurden. Damit konnten die Installationsarbeiten bei den meisten der in Bau befindlichen Projekte abgeschlossen werden, nur bei den OWP „Global Tech 1“ und „Nordsee Ost“ fehlten zum Jahresende 2013 noch vier bzw. sieben Funda­mente. In der deutschen Ostsee ist der Offshore-Windpark „EnBW Baltic 2“ im Bau. Hier kommen 39 Monopile-Funda­mente zum Einsatz, die 2013 bereits vollständig errichtet wur­den und 41 Jacket­Fundamente, deren Errichtung für 2014 geplant ist. Ergänzend ist anzumerken, dass im Januar 2014 die Errichtung von insgesamt 157 Monopile­Funda menten für die OWP „Amrumbank West“ und „Borkum Riffgrund 1“ begonnen hat. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass im OWP „Borkum Riffgrund 1“ in 2013 bereits das Umspannwerk auf See errichtet wurde.

Stand der Netzanschlussprojekte für die geplanten OWP in der Nordsee

Trotz der sehr positiven Entwicklung bei der Baurealisierung der deutschen Offshore-Windparks bleibt die Netzanbin­dung der auf See errichteten Windturbinen ein zentrales Pro blem. So konnten in 2013 nur die Anlagen im OWP „Bard Offshore 1“ ans Netz angeschlossen werden. Für alle weite­ren bereits vollständig installierten Windturbinen – insge­samt 103 WEA mit 394,6 MW Gesamtleistung – fehlte ein betriebsbereiter Netzanschluss.Die Abb. 4 gibt einen Überblick zu den Netzanschlussprojek­ten für die OWP in der deutschen Nordsee. Ende 2013 waren nur die Netzanbindungen „BorWin 1“ (400 MW­Anbindung des OWP „Bard Offshore 1“) und „alpha ventus“ (60 MW-Anbindung für das Offshore-Testfeld) in Betrieb. Im Februar 2014 konnte auch der OWP „Riffgat“ (108 MW) nach elfmo­natiger Verzögerung ans Netz angeschlossen werden. Wie Abb. 4 veranschaulicht, sind derzeit acht weitere Netzpro­jekte im Bau bzw. vergeben, das Projekt „BorWin 3“ ist zur Vergabe ausgeschrieben.Die Netzanbindung der Offshore-Windparks erfolgt über See­kabeltrassen. Die Windenergieanlagen werden parkintern vernetzt und an ein Umspannwerk im jeweiligen Projektge­biet angeschlossen. Mehrere Windparks in einer Region auf See werden in einem „Cluster“ (DolWin, BorWin, HelWin und SylWin) zusammengeführt. Wie bei einer Mehrfachsteckdose erfolgt hier der Anschluss der Windparks an eine Konverter­station. Der in den Windparks erzeugte Strom wird in Gleich­

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est coupling point onshore where the direct current is con­verted back to alternating current and fed into the grid.The choke point of the grid connection projects and main cause for project delays is the construction of the converter stations. Very few companies possess the necessary know-how for the system engineering, design and installation of this technology which on such a large scale is being de­ployed for the first time. In 2013 the converter station „DolWin alpha“ for the grid connection project „DolWin 1“ and „HelWin alpha“ for the grid connection „HelWin 1“ could be installed. Fig. 5 shows the installation of the 62 m long, 42 m wide and 42 m high „Topside“ of DolWin alpha in the North Sea. The structure weighing 9,300 tons was lifted and placed on the substruc­ture by the world’s largest crane vessel “Thialf”.DolWin alpha is scheduled to be ready for operation during the first quarter of 2014, HelWin alpha in the fourth quarter of 2014. If no further problems occur during the construc­tion phase of the wind farms and the commissioning of the converter stations, the Trianel Windpark Borkum (200 MW) and the OWF Meerwind (288 MW) and Nordsee Ost (295 MW) will be connected to the grid this year. For the OWF Borkum Riffgrund 1 (277 MW) a provisional connection to DolWin 1 is planned until the designated grid connection project DolWin 3 will be completed in 2017.As shown in the overview in Fig. 6, the wind turbines erected in the OWF DanTysk, Global Tech 1 and Amrum­bank West presumably will not be connected to the grid in 2014. Finally it should be noted that with the exception of the OWF Amrumbank West, the substations for all projects have already been installed at sea.

strom umgewandelt und über Seekabel via Hochspannungs­Gleichstrom­Übertra gung (HGÜ) ans Festland und von dort zum nächstgelegenen Einspeisepunkt an Land transportiert. Der Gleichstrom wird schließlich wieder in Wechselstrom ge­wandelt und ins Netz eingespeist.Als Nadelöhr der Netzanbindungsprojekte und Hauptursache für die Projektverzögerungen hat sich der Bau der Konver­terstationen erwiesen. Nur wenige Unternehmen verfügen über das Know-how für die technische Konzeption und Rea­lisierung der Technologie, die in dieser Dimension teilweise erstmals zum Einsatz kommt. 2013 konnten die Konverterstationen „DolWin alpha“ für das Netzanbindungsprojekt „DolWin 1“ und „HelWin alpha“ für die Netzanbindung „HelWin 1“ auf See installiert werden. Abb. 5 zeigt die Errichtung der 62 m langen, 42 m breiten und 42 m hohen „Topside“ von DolWin alpha in der Nordsee. Bei der Installation des 9.300 Tonnen schweren Bauwerks kam die „Thialf“, das größte Kranschiff der Welt, zum Einsatz.DolWin alpha soll im ersten Quartal 2014 betriebsbereit sein, HelWin alpha im vierten Quartal 2014. Wenn keine weiteren Probleme beim Bau der Windparks und bei der Inbetrieb­nahme der Konverterstationen auftreten, könnten in diesem Jahr der Trianel Windpark Borkum (200 MW) und die OWP Meerwind (288 MW) und Nordsee Ost (295 MW) ans Netz angeschlossen werden. Darüber hinaus ist für den OWP Bor kum Riffgrund 1 (277 MW) ein Interim-Anschluss an Dol­Win 1 geplant, weil das vorgesehene Netzanbindungsprojekt DolWin 3 erst 2017 fertiggestellt werden soll.Wie die Übersicht in Abb. 6 zeigt, können die in den OWP DanTysk, Global Tech 1 und Amrumbank West errichteten Windenergieanlagen 2014 voraussichtlich nicht ans Netz an­geschlossen werden. Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass mit Ausnahme des OWP Amrumbank West bereits bei allen Projekten das Umspannwerk auf See errichtet wurde.

821

53

8066

37 39

40

3017

56

80

60

40

20

0

20

40

Wind turbines planned /WEA geplant

Foundations installed /Fundamente installiert(in 2013)

Foundations installed /Fundamente installiert(Status 31-12-2012)

Wind turbines installed /WEA installiert(in 2013)

Wind turbines installed /WEA installiert(Status 31-12-2012)

*Only 'Bard Offshore 1' is grid connected (80 wind turbines/48 in 2013) - Nur 'Bard Offshore 1' hat einen Netzanschluss (80 WEA/48 in 2013)

BardOffshore 1*

Riffgat TrianelWindpark Borkum

Meerwind Dan Tysk Global Tech 1 Nordsee Ost

EnBW Baltic 2

60

80

Status 31-12-2013

© 2014 DEWI GmbH

Foundations planned /Fundamente geplant

Fig. 3: Progress of the construction work for offshore wind farms in 2013Abb. 3: Übersicht zum Baufortschritt bei der Realisierung der OWP in 2013

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Fig. 4: Overview of the grid connection projects for OWF in the German Bight

(black: in operation – blue: under construction/contracted – pink: put out to tender/under negotiation)

Abb. 4: Übersicht zu den Netzanschlussprojekten für die OWP in der deutschen Nordsee(schwarz: in Betrieb – blau: in Bau/vergeben – pink: ausgeschrieben/in Verhandlung)

Quelle: Tennet TSO GmbH (04/2013)

 

Fig. 5: Installation of the converter station DolWin alpha in the North Sea

Abb. 5: Installation der Konverterstation DolWin alpha in der Nordsee

Foto: Tennet TSO GmbH

Offshore Wind FarmOffshore Windpark

CapacityLeistung

SubstationUmspannwerk

Converter stationKonverterstation

Expected grid connection*Vorauss. Netzanschluss*

Riffgat 108 MW Q1-2014 (Riffgat)

Trianel Windpark Borkum 200 MW DolWin alpha Q1-2014 (DolWin 1)

Meerwind 288 MW HelWin alpha Q4-2014 (HelWin 1)

DanTysk 288 MW Q1-2015 (SylWin 1)

Global Tech I 400 MW Q1-2015 (BorWin 2)

Nordsee Ost 295 MW HelWin alpha Q4-2014 (HelWin 1)

Borkum Riffgrund 1 277 MW (Interim: DolWin alpha)interim: Q1-2014 (DolWin 1)

Q4-2017 (DolWin 3)

Amrumbank West 288 MW Q1-2015 (HelWin 2)

© 2014 DEWI GmbH - Status: 31.01.2014 *Source/Quelle: Tennet TSO GmbH

Fig. 6: Overview of the grid connection projects for the OWFs in the German BightAbb. 6: Übersicht zu den Netzanschlussprojekten für die OWP in der deutschen Nordsee