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Fachliche und technische Herausforderungen

Offshore-Windkraft und Naturschutz

Offshore-WindenergieFachliche und technische Herausforderungen

Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Großmann (GICON)Dipl.-Ing. Burkhard Schuldt (IfAÖ)


Offshore-Windkraft und Naturschutz, Berlin 30.06.2011

1. Vorstellung GICON / IfAÖ

2. Einführung

3. Fortentwicklung naturschutzfachlicher Anforderungen während des Genehmigungsprozesses

4. Naturschutzfachliche Bewertung von Gründungstechniken – erste Erkenntnisse aus Genehmigungsplanung sowie Bau- und Betriebsmonitoring

5. Schwimmendes Offshorefundament SOF



Komplettdienstleistungen aus einer unabhängigen Hand



Ca. 100 Mitarbeiter im Windenergiebereich



Kaufmännischer Bereich

IfAÖ - Institut für Angewandte Ökosystemforschung GmbH

Benthische Organismen und Habitate Ichthyologie

URL-Planung

OrnithologieUmwelt-

toxikologie

Probe-nahme

EDV/CAD/GIS

Sediment-labor

Benthos-labor

Laborbereich


Offshore-Windkraft und Naturschutz, Berlin 30.06.2011 7

Internationale Standorte und ProjekteStandorte in Deutschland



Innovation durch Forschungca. 35 aktuelle F+E-Vorhaben in allen Geschäftsbereichen

Technologieentwicklung, TechnologietransferIT-ServiceprogrammeUmwelt- und Sicherheitsmanagement, Energieeffizienz

Nationale und internationale Forschungspartner



Genehmigungsverfahren für Offshore-Windparks und Netzanbindungen in der Nord- und Ostsee

Erfahrungen aus der Genehmigung von 15.000 MW!



Erfahrungen aus dem ökologischen MonitoringBaltic1 und alpha ventus



Erfahrungen aus der ökologischen Begleitforschung Fino 1 und Fino 2

Fino 1 / alpha ventus



Erfahrung aus der Mitwirkung bei der Entwicklung StUK




2. Einführung






Quelle: KPMG 2011

Stand Offshore-Windenergie (Europa)



Quelle: KPMG 2011

Deutschland: Ausbau der Offshore-Windenergie auf 25.000 Megawatt installierter Leistung bis zum Jahr 2030.

Geplante Entwicklung Offshore-Windenergie (Europa)



Tripile



Fundamentverteilung in Betrieb befindlicher Offshore-Windparks (Europa)

Quelle: KPMG 2011



Teufeneignung von Gründungen

Quelle: KPMG 2011



Aktuelle HerausforderungenTechnische Herausforderungen

Komplizierte Errichtung der Anlagen offshore; extrem von Witterungsbedingungen abhängigMangelnde Kapazität an Schiffen zum Bau von Offshore-AnlagenKonventionelle Gründungen nur bis zu bestimmten Tiefen geeignetFestigkeits- und Dynamikprobleme, Auskolkungen

Quelle: Maria Lambers-Huesmannhttp://www.bsh.de/de/Meeresnutzung/Wirtschaft/Windparks/StUKplus/Veranstaltung_Oekologische_Begleituntersuchungen.jsp



Aktuelle HerausforderungenÖkologische Herausforderungen

Baulärm beim RammenBisher keine ökologische Akzeptanz für SchwerkraftfundamenteUmfassende langjährige GenehmigungsverfahrenÜberlagerungen ökologischer Auswirkungen




2. Einführung






Genehmigungsverfahren - Ablauf

1. Antrag2. Antragskonferenz (Anlaufberatung, Scopingtermin) mit Feststellung

des Untersuchungsrahmens3. Untersuchungen, Erstellung Fachgutachten, UVS, FFH, AFB, LBP,

BRP• 2 Jahre Basisaufnahme entspr. StUK im Vorhabensgebiet und im

Referenzgebiet4. Erstellung und Einreichung vollständiger Unterlagen5. Erörterungstermin6. Ggf. Nachbesserung7. Genehmigung8. 3. Untersuchungsjahr9. Baubeginn



Gen

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Naturschutzfachliche Anforderungen

. . . .

StUK StUK 2 StUK 3 BNatSchG

S c h u t z g e b i e t s a u s w e i s u n g e n

.



Übersicht FachgutachtenBeispiel OWP-Vorhaben 2011

Geologischer Vorbericht

Maringeologisches und sedimentologisches GA

Fachgutachten Landschaftsbild

Fachgutachten Tourismus

Strömungsgutachten

Schalltechnische Untersuchung

Elektromagnetische Untersuchung

Risikoanalyse Schiffs-WEA-Kollision

Fachgutachten Benthos

Fachgutachten Fische

Fachgutachten Fischerei

Fachgutachten Seevögel

Fachgutachten Zugvögel

Fachgutachten Meeressäuger

Beispiel OWP-Vorhaben aus den Anfangsjahren

-

Hydrographische Vermessung, SSS-Untersuchung

Visualisierung

-

-

-

-

Risikoabschätzung zur Sicherheit im Seeverkehr

Fachgutachten Benthos

Fachgutachten Fische

Zusammenstellung und Auswertung fischereiwirtschaftlicher Daten

Fachgutachten Vögel (Rast- und Zugvögel)

Fachgutachten Meeressäuger



Übersicht Unterlagenerstellung

Beispiel OWP-Vorhaben 2011

Umweltverträglichkeitsstudie

FFH-Verträglichkeitsuntersuchung

Artenschutzrechtlicher Fachbeitrag

Biotopschutzrechtliche Prüfung

Landschaftspflegerischer Begleitplan

Beispiel OWP-Vorhaben aus den AnfangsjahrenUmweltverträglichkeitsstudie

Natura 2000 - Stellungnahme

-

-

-



Praxisbeispiel für Unterlagenergänzungen aufgrund der neuen Anforderungen aus dem BNatSchG 2010

in § 30 (2) Nr. 6 des neu gefassten BNatSchG ergänzt: „sublitoraleSandbänke“ nicht nur in der Ostsee, sondern auch in der Nordsee und „Schlickgründe mit bohrender Bodenmegafauna“

Geplante OWP in der Nordsee – gesetzlich geschützte Biotope

• ergänzende gutachtliche Stellungnahmen zum Benthos erforderlich

• biotopschutzrechtliche Prüfungen für die nach § 30 (2) Nr. 6 BNatSchG geschützten Biotope zur Klärung biotopschutzrechtlicher Belange

• zurzeit reine fachgutachterliche Bewertung

• BfN – Handlungsanweisungen mit Definitionskriterien sind in Arbeit



Beispiel der neuen Anforderungen aus dem BNatSchG 2010

• im Juli 2010: „Leitsätze für die Anwendung der Eingriffsregelung innerhalb der ausschließlichen Wirtschaftszone und auf dem Festlandsockel im Rahmen von § 58 Abs. 1 Satz 2 BNatSchG“ durch das BSH

• Festlegung eines Vorsorgewert des UBA (160 dB SEL in 750 m Entfernung zur Emissionsstelle) als verbindlicher Grenzwert

• Einbeziehung von Maßnahmen zur Vermeidung von Beeinträchtigungen nach dem Stand der Technik und nach dem Stand der Wissenschaft und Technik

Notwendigkeit von Vermeidungsmaßnahmen wie z.B. Blasenschleier beim Rammen

Maßnahmen zum Schutz von Schweinswalen



Summationswirkungen

Beispiel OWP-Vorhaben aus den Anfangsjahren

keine bis sehr wenige OWP

Beispiel OWP-Vorhaben 2011

Liste mit 25 Vorhaben



La nd be rei ch

0 - 10 m10 - 2 0 m20 - 3 0 m30 - 4 0 m40 - 5 0 m50 - 6 0 m

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de uts ch e AW Z

IfAÖ

N

im Bau

in Betrieb

deutsche AWZ

genehmigt

beantragt

in Planung

alpha ventus

Summationswirkungen



La nd be rei ch

0 - 10 m10 - 2 0 m20 - 3 0 m30 - 4 0 m40 - 5 0 m50 - 6 0 m

Tie fe ns tuf en

de uts ch e AW Z

IfAÖ

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Denmark

Germany

ProbenahmeInfauna

deutsche AWZ

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IfAÖ

Data Basis

Benthos - Stationen alpha ventus

Summationswirkungen



La nd be rei ch

0 - 10 m10 - 2 0 m20 - 3 0 m30 - 4 0 m40 - 5 0 m50 - 6 0 m

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IfAÖ

N

Denmark

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ProbenahmeInfauna

deutsche AWZ

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German EEZ

IfAÖ

Data Basis

Benthos - Datenbasis des IfAÖ -Information die zur Verfügung stehen könnten

Summationswirkungen



• Kumulative Wirkungen werden in Zukunft eine größere Rolle spielen

• Entscheidend bei der Bewertung ist die Datenbasis

• Bildung eines zentralen Datenpools aus allen Projekten?

Summationswirkungen

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IfAÖ

N

im Bau

in Betrieb

deutsche AWZ

genehmigt

beantragt

in Planung

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Tie fe ns tuf en

de uts ch e AWZ

IfAÖ

N

ProbenahmeInfauna

deutsche AWZ

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0 - 10 m10 - 2 0 m20 - 3 0 m30 - 4 0 m40 - 5 0 m50 - 6 0 m

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IfAÖ

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ProbenahmeInfauna

deutsche AWZ

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Technische Herausforderung Vogelzug



Vogelzug

automatische/manuelle Verfolgung von Vogelechos im dreidimensionalen Raum

Entfernung je nach Objektgröße bis >20km

Zuordnung von Artengruppen anhand der Flügelschlagfrequenz

Radarstandort

Flugweg

FlughöheHalbinsel WITTOW

N




2. Einführung






Baubegleitendes Monitoring EnBW Baltic 1

Bau- und Betriebsmonitoring alpha ventus

Genehmigungsverfahren und F+E-ProjektSchwergewichtsfundamente

Erste Praxiserfahrungen im bau- und betriebsbegleitenden Monitoring, Genehmigungsverfahren sowie F+E

Genehmigungsverfahren und F+E-ProjektSchwimmendes Fundament



Tripile



Errichtung des Offshore-Windparks EnBW Baltic I

Baubegleitendes Monitoring



• Betreiber: EnBW Ostsee Offshore GmbH• Lage: Deutsche Ostsee, 16 km vor der Küste• durchschnittliche Windgeschwindigkeit: 9 m/s• Wassertiefe: 16-19 m• Fläche: 7 km²• Turbinentyp: 21 Siemens SWT-2.3-93/2300 kW• Gründung: Monopiles

Offshore-Windpark EnBW Baltic I



Offshore-Windpark EnBW Baltic I

Ökologisches Baubegleitmonitoring: IfAÖ

•Benthos: Van Veen – Greifer, Video, ROV•Fische: Windparktrawl•Vögel: Befliegungen•Meeressäuger: POD-Stationen zzgl. Befliegungen



Keine Störung überwinternder Vögel durch Bauzeitenfenster (Errichtung im Sommer)

Typische Wintergäste in der deutschen Ostsee



Kein nachweisbarer Einfluss auf benthische Artengemeinschaften und auf die Fische

Unterwasseraufnahmebenthische Epifauna



• Ergebnis aus der Befliegung: nur sporadisches Auftreten von Schweinswalen während der Bauphase

• Akustische Registrierung durch C-POD: Aktivität war vor und während des Baus niedriger als nachher.

Meeressäuger blieben unbeeinflusst. Die Zahl der Schweinswale erhöhte sich nach dem Bau des Windparks



Tripile



Deutschlands erster Offshore Windparkalpha ventus



• Betreiber: Deutsche Offshore-Testfeld und Infrastrukturgesellschaft (DOTI), ein Konsortium aus EWE, E.ON und Vattenfall

• Lage: 45 km nördlich der Insel Borkum• Wassertiefe: ca. 30 m• Turbinentyp: 6 x Multibrid M5000• Gründung: Tripod• Turbinentyp: 6 x Repower 5M• Gründung: Jacket



• Makrozoobenthos− Infauna− Epifauna− Biofouling

• Fische

Monitoring während der Bau- und Betriebsphase durch das IfAÖ

Quelle: Alle nachfolgenden Informationen zu alpha ventussind der Veranstaltung „Ökologische Begleitforschung bei alpha ventus – erste Ergebnisse der Bauphase“ am 10.05.2010 in der Katholischen Akademie Hamburg entnommen



Erste Ergebnisse aus alpha ventus-Monitoring

Makrozoobenthos:•Habitatveränderung im Umfeld der OWEA durch Kolkbildung•Vermehrtes Auftreten von Crustacea•Biofouling: noch nicht endgültig ausgewertet




Biofouling an einer OWEA

Biomasse:Beispielhafte Darstellung, noch nicht vollständig ausgewertet

Nordsee Benthos(Infauna)

Biomasse:0,26 kg/m2



Fische:• Gleichbleibendes Auftreten

charakteristischer Fischarten• Unterschiede in Häufigkeiten, z.B.

verstärktes Auftreten von Plattfischen in der Bauphase, • nur wenige Arten zeigen Vergrämung• Ergebnisse des betriebsbegleitenden Monitorings sind

noch nicht vollständig ausgewertet




Fazit aus den bisherigen Monitoringergebnissen:• Die prognostizierten geringen Umweltauswirkungen haben

sich bisher im Wesentlichen bestätigt• Es liegen nach wie vor zu wenig Betriebserfahrungen vor• Für Schwerkraftfundamente und schwimmende

Fundamente liegen bisher in Deutschland gar keine Betriebserfahrungen vor



Deutsche Energieagentur:• In deutschen Gewässern kamen bisher Jackets, Monopiles,

Tripods und Tripiles zum Einsatz. • Mit der Verwendung weiterer Fundamenttypen, besonders

der Schwerkraftfundamente, ist in Zukunft zu rechnen. • Für die Errichtung von OWEAs in über 50 Metern

Wassertiefe werden zukünftig schwimmende Fundamenteentwickelt werden.

• Trotz der Vielzahl von Anwendungen im In- und Ausland besteht weiterer Bedarf an der Neu- und Weiterentwicklung von Konstruktionen und Materialien für Offshore-Fundamente.



Tripile



Schwerkraft-fundament

Jacket Tripod

Habitatverlust 1.200 m2 800 m2 1.000 m2

Größere benötigte Flächen



„Schlickgründe mit bohrender Megafauna“Seit 2010 durch den § 30 BNatSchG

gesetzlich geschütztes Biotop

MaulwurfskrebsCallianassa subterranea



Maulwurfskrebs Callianassa subterranea

Häufigkeit und Verbreitung in der deutschen AWZ?



van Veen Greifer

~80cm

Maulwurfskrebs Callianassa subterranea

Eindringtiefe = 20 cm



Andere Methoden

„Schlickgründe mit bohrender Megafauna“

Kastenlot~100 cm

Kastengreifer45 cm



van Veen Kastengreifer Kastenlot

Nicht tief genugIn der Praxis nicht geeignetEntwicklung einer neuen Methode

erforderlichEntwicklung einer neuen Methode

erforderlich



Randbedingungen:•Wassertiefe bis zu 40 m und tiefer•Eindringtiefe in den Meeresboden: 1 MeterLösung: Forschungsarbeit des IfAÖ, gemeinsam mit Offshorevermesser VBW•Entwicklung einer Methode zur nicht invasiven Untersuchung der tiefgrabenden Megafauna des Benthos im Feld•Messprinzip: Ultraschall•Extrem hochauflösende dreidimensionale Durchschallung eines Probenvolumens (z.B. 1m x 1m x 1m) durch ein auf dem Meeresboden abgestelltes Messsystem•Prozessierung der Ergebnisse zu einem 3-dimensionalen Bild




2. Einführung






SOF als alternative Gründungsvariante



ChinaEuropäische Nordsee

JapanQuelle: Henderson, Wind Energy, 2010

Etwa 75 % des weltweiten Offshore-Potentials befindet sich bei Wassertiefen > 30 m.



30m-Tiefenlinie

In der Deutschen Nordsee laufen z.Z. ca. 70 Windparkplanungen mit insgesamt fast 5.000 Einzelanlagen; Großer Teil liegt jenseits der 30m-Tiefenlinie



Das GICON-SOF – Eine spezielle Lösung schwimmender Plattformen für Wassertiefen von 30 m – 700 m



Hywind (StatoilHydro + Siemens)Für Wassertiefe 120 … 700 m100 m langes Stahlrohr mit 3.000 t Ballast2,3 MW-Pilotanlage steht in Norwegen in 220 m Wassertiefe

Blue H (Niederlande)Schwimmendes FundamentPrototyp realisiert

Blue H (Niederlande)TLP-Plattformab 50 m WassertiefeKonzeptphase



Zusätzliche Diagonal-

Verspannung

Vertikal-Verspannung

Schwimmkörper

SOF Grundprinzip



SOF im Betriebszustand und beim Transport



Vorteile Schwimmendes Offshore-FundamentEinsatz in hohen Gewässertiefen > 30 m (völlig neue Bereiche für Offshore-Windparks erschließbar) Geringere HerstellungskostenKomplett im Hafen und somit witterungsunabhängig herstellbarSchwimmend transportierbarKollisionsfreundlichGeringerer Eingriff in den BaugrundGeringere Anforderungen an den Baugrund Wartungsfreundlich Anlage bei Bedarf komplett austauschbar



Operating Conditions: Freak Wave Height: HS = 19 m

Wind Speed: vm = 51 m/s



Transport Situation: Wave Height: HS = 0,8 mWind Speed: vm = 10 m/s



SOF - Experimente (Maßstab 1 : 40)



• Patente und IP rechtlich gesichert (in GICON Windpower IP)

• Verschiedene technische Lösungen im Portfolio (Konstruktion, Verspannung, Gründung)

• Deutsches Team etabliert

• Weitere Forschung in Arbeit (F+E-Mittel für nächste Stufe bewilligt)

• Standort für Prototyp in der Ostsee ausgewählt

Status der Entwicklung des SOF



Projektplanung Prototyp

2010/2011: Simulation für Ostsee, Nordsee und Nordatlantik in Arbeit

2011/2012: Ausführungsplanung Pilotanlage

2012/2013: Errichtung Pilotanlage Ostsee, ggf. Nordsee und Nordatlantik

2013 -… Test Pilotanlage, Weiterentwicklung



Komplett im Hafen herstellbar



Zum Standort transportierbar


Offshore-Windkraft und Naturschutz, Berlin 30.06.2011Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit



Ansprechpartner:

www.gicon.de

Prof. Dr.-Ing. habil Jochen Großmann: [email protected] Burkhard Schuldt: [email protected]

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