Ein Windpark ist eine räumliche Ansammlung von Windenergieanlagen (WEA). Er entsteht durch das vermehrte Aufstellen dieser Anlagen in windreichen Regionen. Windparks lassen sich in folgende Arten einteilen:
Windparks können im Binnenland, an der Küste oder in erheblichem Abstand von der Küste auf See (offshore) gebaut werden. Sie können nur drei, aber auch weit über hundert Windenergieanlagen umfassen und wenige MW bis viele hundert MW Einspeiseleistung erbringen.
Zu Windparks gehören häufig auch Windmessmasten, die entweder temporär im Vorfeld der Errichtung zur Prognostizierung des Ertrages dienen oder die permanent zu Zwecken der meteorologischen Forschung errichtet werden.
Das Bundesverwaltungsgericht (BVerwG) hat im Juni 2004 entschieden, dass in Deutschland genehmigungsrechtlich eine Ansammlung von mindestens drei Windenergieanlagen als Windpark gilt, wenn sie „einander räumlich so zugeordnet sind, dass sich ihre Einwirkungsbereiche überschneiden oder wenigstens berühren“[2]. Diese müssen dann nach dem aufwändigeren Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) genehmigt werden, während sonst nur eine Baugenehmigungspflicht besteht. Es ist unerheblich, ob die zu betrachtenden Anlagen mehreren Betreibern zugeordnet werden. Darüber hinaus müssen auch einzelne oder „nur zwei“ Anlagen nach dem BImSchG genehmigt werden, wenn eine Anlage eine Gesamthöhe von mehr als 50 Metern erreicht. In Nordrhein-Westfalen erhöhte die schwarz-gelbe Landesregierung im Jahr 2005 den Mindestabstand für neu zu bauende Windenergieanlagen zum nächsten Gebäude von 500 m auf 1500 m[3]. Damit brachte sie den Bau von neuen Anlagen fast zum Erliegen[4]. Im Juli 2011 lockerte die rot-grüne Landesregierung mit einem neuen 'Windenergieerlass' Bestimmungen, die bis dahin den Ausbau der Windenergie gebremst hatten[5].
Windparks wurden zunächst entweder durch einzelne Großinvestoren finanziert oder über eine Projektfinanzierung, etwa in Form der Gründung eines geschlossenen Fonds. Bei einem geschlossenen Fonds bringen mehrere Anleger das Eigenkapital auf, das durch ein Bank-Darlehen ergänzt wird[6]. Seit 2005 sind auch andere Formen, wie etwa das Leasing oder die Ausgabe von Genussscheinen möglich. Daneben haben sich zunehmend Bürgerwindparks etabliert, etwa in der Rechtsform einer Genossenschaft, als alternative Finanzierungsmöglichkeit. Hier haben die Menschen, die die Beeinträchtigung durch Windparks ertragen, auch den Gewinn und nur ein geringeres wirtschaftliches Risiko. Für die Finanzierung von großen Offshore-Windparks mit einem Investitionsvolumen von derzeit (Mai 2011) bis zu über einer Milliarde Euro kommen nur internationale Konzerne oder Konsortien solcher Konzerne in Frage.
Aus Sicht der Investoren ist es ein Vorteil, dass die Planung aus einer Hand erfolgen kann: Es braucht dann nicht für jede Anlage ein eigenes Genehmigungsverfahren durchgeführt werden. Andererseits sind für die Planung von Windparks ein aufwändigeres Verfahren (siehe oben) und Gutachten erforderlich.
Um die gegenseitige Beeinflussung zu minimieren, müssen die Rotoren mit einem bestimmten Mindestabstand zueinander angeordnet werden. Dieser ist hauptsächlich abhängig von der Anlagengröße und der vorherrschenden Windrichtung. Als Faustformel für Windparks an der Küste gilt in Hauptwindrichtung der fünffache, in Nebenwindrichtung der dreifache Rotordurchmesser als Mindestabstand.
Allerdings ist in großen Windparks das Turbulenzverhalten der Rotoren in sogenannter multifraktaler Weise von der Position abhängig, was signifikante Abweichungen von der Kolmogoroff’schen Turbulenztheorie für einzelne Rotoren ergibt[7]. Erst bei ca. 15-fachen Rotorabstand erreichen die einzelnen Windkraftanlagen eines Windparks den optimalen Wirkungsgrad.[8] Die Parkleistung ist deshalb immer geringer als die Summe der Leistungen (Nennwerte) der einzelnen Park-Komponenten. In der Vergangenheit wurde dieser „Windpark-Effekt“ in vielen Veröffentlichungen, bis hin zu in Datenblättern zu einzelnen Projekten, nicht berücksichtigt. Wird dieser zu hohe Wert auch in Prospekten angegeben, so kann das zu rechtlichen Folgen für die Verantwortlichen führen (Prospekthaftung).
Bei der Errichtung von geplanten Windparks in einem Zuge hat der Investor den Vorteil, dass die gesamte Infrastruktur konzentriert werden kann. Anlagen, Kräne und Zuwegung können gleich für mehrere Anlagen genutzt werden. So müssen etwa die großen Raupenkräne nicht abgerüstet werden, um von einer Windenergieanlage zur nächsten zu fahren. Kommt es bei der Errichtung einer Anlage zu Verzögerungen, so kann in dieser Zeit an einer anderen Anlage gearbeitet werden.
In Windparks müssen die Anlagen mit einer Hinderniskennzeichnung versehen sein. Dazu zählen die farbige Kennzeichnung der Rotorblatt-Spitzen und die Befeuerung bei schlechter Sicht. Innerhalb eines Windparks wird bei neuen Parks das Blitzen bzw. Blinken der Lampen über das DCF77-Zeitsignal synchronisiert. Teilweise wird dies auch bei älteren Parks nachgerüstet.
Für den Stromnetzbetreiber (Energieversorger) erscheinen alle Windenergieanlagen eines Windparks wie ein einziges Kraftwerk; somit vereinfacht und verbilligt sich beispielsweise die Einspeisungsabrechnung für den Betreiber des Windparks. Die Regelung eines Windparks erfolgt zentral für den gesamten Windpark. Jede Anlage verfügt zudem auch über eine eigene Steuerung. Da sich ein gewachsener Windpark manchmal aus unterschiedlichen Typen von Windkraftanlagen zusammensetzt, die unterschiedliche Anforderungen an die Windgeschwindigkeit stellen, kann es aufgrund der Windverhältnisse dazu kommen, dass einzelne Windkraftanlagen abgeschaltet werden. Windkraftanlagen können sich gegenseitig negativ beeinflussen, indem sie sich bei bestimmten Windrichtungen gegenseitig aerodynamisch „abschatten“ (Windschatten). Es kann dann sinnvoll sein, einzelne Anlagen abzuschalten.
Auch die Anlagen-Wartung kann konzentriert an mehreren Anlagen durchgeführt werden. Große Fahrtstrecken und -zeiten für die Techniker entfallen. Die Erfahrung zeigt, dass die längere Verweildauer von Wartungstechnikern auch die Wahrscheinlichkeit steigert, dass ein Techniker bei einer Anlagenstörung vor Ort (im Windpark) ist. Die Reaktionszeiten werden so verkürzt.
Da das bestehende Stromnetz noch nicht auf den starken Ausbau der Windparks eingestellt ist, kann es zu lokalen Energieüberschüssen kommen, die zu einer Begrenzung der eingespeisten Energie durch den Netzbetreiber führen kann. Neuerdings werden die Temperaturen und Windgeschwindigkeiten bei den Freileitungen gemessen, da beide Faktoren die Kapazität einer bestehenden Freileitung beeinflussen (niedrigere Temperaturen und höhere Windgeschwindigkeiten wirken sich positiv aus)[9].
In der Dena-Netzstudie wurden darüber hinaus die notwendigen Anpassungen betrachtet, die mit den im Meer geplanten Windparks verbunden sind. Aus Sicht eines Stromnetzbetreibers müssen hier virtuelle Großkraftwerke in großer Entfernung zum Verbraucher an das Stromnetz angeschlossen werden, was zu erheblichen Investitionen führt.
| Rang | Windpark | Nennleistung (MW) | Land | Anmerkungen |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Roscoe | 781,5 | USA | [10] |
| 2 | Horse Hollow | 735,5 | USA | [11][12] |
| 3 | Tehachapi Pass CA | 690 | USA | [11] |
| 4 | Capricorn Ridge | 662,5 | USA | [11] |
| 5 | San Gorgonio Pass CA | 619 | USA | [11] |
| 6 | Altamont Pass CA | 606 | USA | [11] |
| 7 | Fowler Ridge | 599,8 | USA | [12] |
| 8 | Sweetwater | 585,3 | USA | [11] |
| 9 | Buffalo Gap | 523,3 | USA | [11][12] |
| 10 | Dabancheng | 500 | China | [13] |
| 11 | Meadow Lake | 500 | USA | [14] |
| 12 | Panther Creek | 458 | USA | [12] |
| 13 | Biglow Canyon | 450 | USA | [12] |
| 19 | Whitelee | 322 | UK | [15] |
| 23 | Fântânele-Cogealac | 300[16] | Rumänien | [17] |
| Rang | Windpark | Nennleistung (MW) | Land | Anmerkungen |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Gansu | 20000 | China | [18] |
| 2 | Titan | 5050 | USA | [19] |
| 3 | Pampa | 4000 | USA | [20] |
| 4 | Markbygden | fast 4000 | Schweden | [21] |
| 5 | Dobrogea | 1500 | Rumänien | [22] |
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Die Bezeichnung Offshore-Windpark wird für Windparks verwendet, deren Fundamente in der See stehen (in Deutschland in Nord- oder Ostsee). Dort soll der kontinuierlicher auftretende Wind genutzt werden. Windparks werden (bisher) keinesfalls auf „hoher See“, sondern ausschließlich auf dem Festlandsockel errichtet.
Im Energiekonzept der deutschen Bundesregierung ist als Ziel die Errichtung einer Offshore-Windleistung von 10.000 MW bis 2020 festgelegt, bis 2030 sollten bis zu 25.000 MW über Offshore-Windkraft erzeugt werden können[23].
Zuständig für Antragsverfahren außerhalb der 12-Meilen-Zone, aber innerhalb der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) ist das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, vertreten durch das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie. Für die Errichtung innerhalb der 12-Meilen-Zone (Küstenmeer) sind die Verwaltungen der jeweiligen Bundesländer zuständig (bis jetzt Niedersachsen und Mecklenburg-Vorpommern).
alpha ventus, der erste Offshore-Windpark in der deutschen AWZ, liefert seit Ende 2009 Strom, im April 2010 wurde er offiziell in Betrieb genommen. „BARD Offshore 1“ und „Borkum West II“ befinden sich derzeit in Bau. In anderen Staaten, beispielsweise in Dänemark, den Niederlanden oder England, sind bereits einige Offshore-Windparks errichtet worden und in Betrieb. Weltweit sind Anlagen für über 4000 MW in Betrieb, für etwa 3000 MW befinden sie sich in Bau.
Bisher (Stand Januar 2012) sind in der deutschen AWZ vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) 28 Offshore-Windpark-Projekte mit insgesamt 2027 Windenergieanlagen (WEA) genehmigt worden, davon 25 in der Nordsee und drei in der Ostsee; zwei Anträge für die Ostsee wurden abgelehnt. Das entspricht nach Fertigstellung der Anlagen einer potenziellen Energieleistung von etwa 9 Gigawatt. Insgesamt laufen in der AWZ von Nord- und Ostsee Planungen für 95 Vorhaben (78 Nordsee, 17 Ostsee)[24].
Aus verschiedenen Gründen zögern (Stand Juni 2011) viele Banken bei der Kreditvergabe an Betreiber und Werften[25].
Seit der Energiewende bzw. dem Atomausstieg 2011 (nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima) steht der Ausbau der Windenergie verstärkt im Fokus des öffentlichen Interesses. Anlässlich einer Novellierung des EEG wurde auch öffentlich bewusster, dass Windenergie von See teurer ist als „an Land“ erzeugte Windenergie.
Ein Akteur ist die Kommunikationsplattform „Stiftung Offshore-Windenergie“[26]. Weitere Akteure sind die Windenergie-Agentur Bremerhaven/Bremen, sowie das Windenergy-Network Rostock. Im Rahmen der Kommunikationsplattform Offshore-Stiftung hat sich die 'Arbeitsgemeinschaft Betreiber in der Offshore-Stiftung' formiert. Deren Sprecher Jörg Buddenberg sagte 2011:
„Kostensenkungen setzen mit der Industrialisierung ein. Genau dieser Prozess setzt nun bei der Windkraftnutzung auf See ein. So haben wir es in zwei, drei Jahren nicht mehr länger nur mit drei Anbietern von Offshore-Windturbinen zu tun. Auch der Flaschenhals, dass es derzeit zu wenig Errichterschiffe gibt, weitet sich zunehmend. Die Zahl der Seehäfen, die in die notwendige Logistik für die Offshore-Windturbinen investieren wollen, steigt ebenso. Der Wettbewerb nimmt zu, und das spiegelt sich demnächst auch in Preissenkungen wider. Dafür müssen aber mehrere Rädchen ineinander greifen. Wir dürfen nicht übersehen, dass die Windkraftnutzung auf See heute da steht, wo die Windkraft an Land vor fünfzehn Jahren und mehr begann. Und deren Lernkurve und Kostensenkungen halte ich für die Windparks auf See möglich.“[27]
An die langfristige Standsicherheit der Offshorebauwerke sind die Anforderungen umso höher, je größer die Wassertiefe am Standort ist. Die Windenergieanlagen müssen sicher auf dem Boden gegründet werden. Es gibt verschiedene Gründungsmöglichkeiten:[28]
Für den Einsatz auch in tieferen Gebieten wird über die Verwendung von schwimmenden Windkraftanlagen nachgedacht.
Auf die Gründung der Bauwerke wirken das eigene Gewicht, die Strömung des Wassers (auch die zyklische durch Ebbe und Flut) und die Kraft der Wellen. Die Kraft des Windes wirkt auf alle Teile des Bauwerks außerhalb des Wassers und indirekt auf die Gründung. All diese Kräfte können sich addieren. In der Nordsee ist der Grund meist sandig und damit relativ nachgiebig. Damit besteht die Gefahr von Langzeitverformungen, die die Standsicherheit der Anlagen gefährden[29][30].
Auch an Korrosionsbeständigkeit der Offshore-Bauwerke werden erhöhte Anforderungen gestellt, da die Anlagen ständig salzhaltigem Wasser und ebensolcher Luft ausgesetzt sind. Es wird versucht, mit kathodischen Korrosionsschutzstrom-Anlagen (KKS-Anlage) der Anfälligkeit des verwendeten Stahls entgegenzuwirken[31].
Das Bremerhavener Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) koordiniert das HiPRWind-Projekt (High Power, High Reliability Offshore Wind Technology) mit einem Gesamtbudget von 20 Mio. Euro. Dabei sollen auch kosteneffiziente Ansätze für schwimmende Windenergieanlagen zum Einsatz in Offshore-Windparks entwickelt und getestet werden[32].
Offshore-Windparks liefern ihre Energie über Seekabel an die Küste. Dort wird die Energie in das allgemeine Stromnetz eingespeist. Der weitere Ausbau der Windenergie an der Küste macht dort eine Verstärkung des Netzes erforderlich, um diese Energie vom Norden Deutschlands weiter in den Süden, wo sie benötigt wird, zu transportieren. Es spricht alles dafür, dass dieses über Hochspannungs-Überlandleitungen geschehen wird, da das isolierende Medium Luft sich im Falle eines Durchschlages selbst „heilt“ und Überlandleitungen billiger zu betreiben sind als bodenverlegte Kabel.
Bei längeren Übertragungsstrecken ist zur Energieübertragung von See zu Land die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) eine Alternative zur Wechselstrom-Übertragung. Bei Gleichstrom-Übertragung fallen prinzipbedingt weniger Verluste an, da dann keine Blindleistung übertragen werden muss. Blindleistung führt im Wechselspannungsnetz immer zu Wirkverlusten durch den erhöhten Strom in der Leitung. Da die Kapazität eines Kabels deutlich höher ist als die einer Freileitung, ist der Einsatz von HGÜ auch bei relativ kurzen Entfernungen wirtschaftlich. Auch der hohe Kupferpreis ist ein Faktor, der die HGÜ attraktiver macht.
Da weltweit die meisten Stromnetze Wechselstromnetze sind, steht am Ende jeder HGÜ ein Stromrichter, der den ankommenden Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt („Wechselrichter“). Weil diese teuer sind, wägt man bei jeder Windpark-Errichtung alle technischen und wirtschaftlichen Aspekte ab, wenn man darüber entscheidet, wie man ihn an die Küste elektrisch anbindet. Zurzeit (Stand Anfang 2012) ist in Deutschland eine derartige Anlage realisiert: die HGÜ BorWin1 zur Anbindung des Windparks BARD Offshore 1. Weitere HGÜ sind in Bau bzw. geplant.
Wie sämtliche Arten der Energiegewinnung haben auch Windparks Auswirkungen auf die Umwelt. Neuere ausführliche Studien zeigten, dass bei Kollisionen von Vögeln und Fledermäusen mit Windkraftanlagen die jeweiligen Tierarten extrem unterschiedlich betroffen waren. So wurden in 140 Windparks in Nordspanien mit zusammen 4083 Windkraftanlagen in den Jahren 2000-2006 insgesamt 732 getötete Gänsegeier gefunden[33]. Bei einem Test im Herbst 2006 wurde eine Windkraftanlage in Dänemark insgesamt 2400 Stunden überwacht. Dabei wurden 15 Vögel und Fledermäuse entdeckt, die in seine Nähe kamen, und es kam nur zu einer einzigen Kollision mit einer Fledermaus. Dabei stand die Windenergieanlage in einem der am stärksten frequentierten Fluggebiete.[34] Das Verhalten von Meeressäugern, Wasservögeln und Fischen zeigt keine negativen Veränderungen.[35]
Bei der Errichtung von Offshore-Anlagen wird unterseeisch durch Rammen und Bohrer ein erheblicher Geräuschpegel verursacht. Deshalb fordert unter anderem der Naturschutzbund Deutschland NABU, beim Bau solcher Anlagen Blasenschleier einzusetzen, mit deren Hilfe der Lärmpegel gesenkt wird. Insbesondere Schweinswale würden durch den Lärm verschreckt und teilweise orientierungslos[36]. Der NABU kritisiert, dass beim Bau von alpha ventus diese Technik nicht wie geplant eingesetzt wurde. Es gibt neben den schwimmenden Windkraftanlagen noch eine andere Möglichkeit der Geräuschvermeidung. Schwerkraftfundamente verursachen keine Geräusche.[37]
Bei einer Untersuchung des Offshore-Windparks Egmond aan Zee kamen niederländische Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass sich der Windpark positiv auf die Tierwelt auswirkt. So sei die Biodiversität innerhalb des Windparks größer als in der umgebenden Nordsee. Dies trifft insbesondere auf Meerestiere zu, die in dem Windpark Ruhestätten und Schutz finden. Negative Auswirkungen habe es nur während des Baus gegeben. Allerdings mieden einige auf Sicht jagende Vogelarten den Windpark, während andere Vögel sich durch die Anlagen nicht gestört fühlten.[38]
Im Dezember 2004 lehnte das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie erstmals zwei geplante Offshore-Windparks in der Ostsee vor Rügen ab. Betroffen sind die Parks „Adlergrund“ sowie „Pommersche Bucht“. Begründet wurde die Entscheidung mit den möglichen ökologischen Auswirkungen. Auch der Offshore-Windpark Butendiek westlich von Sylt ist beispielsweise in einem Europäischen Schutzgebiet nach FFH (Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie) geplant und wird deshalb kontrovers diskutiert.
Nach einer Studie des Massachusetts Institute of Technology von 2009[39] ist davon auszugehen, dass mit deutlichen Klimaeffekten zu rechnen wäre, wenn 10 % der benötigten Energie weltweit durch Windkraft gedeckt würden. Während an Land mit einer deutlichen Erwärmung zu rechnen wäre, sei auf See von einem gegenteiligen Effekt auszugehen.
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