Offshore Windenergie in Deutschland: Chancen und

09. Mai 2006

Center of Excellence for Windenergy Schleswig-Holstein

Research Network of the Universities of Schleswig-Holstein

Offshore Windenergie in Deutschland:

Chancen und Herausforderungen

Prof. Dr. Alois Schaffarczyk Vorstand CEwind e.G. i.G.

und FH Kiel

Hamburg03.03.2009

09. Mai 2006



Übersicht

• CEwind

• FINOs und alpha ventus

• Technik und Kosten

• Projekte im Ausland

• Projekte in Deutschland

• Zusammenfassung

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CEwind

09. Mai 2006



CEwind

Board of DirectorsA.P. Schaffaczyk, Kiel

Axel Krapoth, FlensburgNN

Board of DirectorsA.P. Schaffaczyk, Kiel

Axel Krapoth, FlensburgNN

Mech. Eng Mech. Eng Electrical Eng.Electrical Eng. EnvironmentEnvironment EconomicsEconomics

A. KrapothFlensburg

A. KrapothFlensburg

A. SchaffarczykKiel

A. SchaffarczykKiel

E. ReimersFlensburg

E. ReimersFlensburg

F. W. Fuchs Kiel

F. W. Fuchs Kiel

Hans-J. HinrichsKiel

Hans-J. HinrichsKiel

Klaus Scheibe Kiel

Klaus Scheibe Kiel

Reiner J. Schütt Heide

Reiner J. Schütt Heide

F. ColijnBüsum

F. ColijnBüsum

R. Mayerle/U.SiebertBüsum

R. Mayerle/U.SiebertBüsum

H. van RadeckeFlensburg

H. van RadeckeFlensburg

M. TammElmshorn

M. TammElmshorn

O. Hohmeyer Flensburg

O. Hohmeyer Flensburg

Scientific Advisory BoardScientific Advisory BoardSteering GroupSteering Group

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0. gegründet 2003

1. Periode 2005-2007

Förderung: (EC, Land S-H)

Ungefähr 20 Projekte

Fino3: 12 M€

Master of Wind Engineering

2. Periode 2009-2011

3. Ab 2009: CEwind e.G.

CEwind

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AdvancedEngineering

Mathematics (Kiel)

Noise & Vibration

Structural Strength& Materials

AerodynamicsAdd. Courses(see below)

Shaping SustainableEnergy Systems

Master-Thesis

30 CPs per term

SustainableEnergy Systems

Off-Shore(Kiel)

Power TrainComponents

(Flensb.)

AdvancedWindturbine

Systems (Kiel)

Grid Integration Generator andPower Electr. .

Control Systemsand Automation

Add. Courses(see below)

EnvironmentalScience (Basics)

Trading Energy(Flensb.)

External Costs of Energy (Flensb.)

Additional Courses

Add. Courses(see below)

Measurement andCertification (Kiel)

EnvironmentalScience - Advanced

(Flensb.)

BusinessEconomics (Kiel)

1 Module = 5cp:

• Lectures

• Exercises

• Laboratory Course

• Project Work

Curriculum MSc Program

Pre-Semester (on demand)

FL

KI

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Über SZ

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• Aerodynamische Modellentwicklung (Actuator-Disk Methode)

• Aerodynamische Profilentwicklung

• Unkonventionelle Maschinen: Darrieus, Savonius, Mantelung,

Contra-Rotating, Doppeldecker, Solar-Chimney, Wells-Turbine,

Kleinwind

• Nachlauf von Windturbinen in Windparks

• Turbulenzeffekte (Low < 10 Hz, High > 100 Hz)

Schwerpunkte

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Aktuelle Projekte

Large Wind Turbine Blades (8 -10 MW)

Turbulenz Offshore

C(ontinuous) T(ime) R(andom) W(alk)

Turbulenz und Lasten

VAWT

Kleinwind (0.5 … 10 kW)

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Aeroelastisches Dreieck

Aerodynamik

Kreiselmomente Elastizität

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Turbulenz-

ModelleWINDSIM FLEX5

Zeitreihen

Windkraftanlage der Megawatt-klasse

Lastenberechnungen

Lebensdauerberechnungen

Neues Turbulenzmodell:

Continuous Time Random Walk

Lastenberechnungen

Lebensdauerberechnungen

Turbulenzmodelle aus den Richtlinien

≠Vorschläge Richtlinienänderung

Modellierung der Lasten <-> Windphysik

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FINOs und Alpha Ventus

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www.fino-offshore.de

FINO 1Messbetrieb

Seit September 2003 45 km nördlich Borkum,

Wind, Potenziale und Turbulenzen (DEWI),

Strömung, Wellen, (BSH),

Lastmessungen an der Gründung (DEWI),

AIS-Schiffsdatenerfassung (WSD),

LIDAR-Testmessungen (EU-Projekt),

Untersuchung bodenphysikalischer Parameter (DFG-Projekt),

Benthos-Monitoring (AWI), Fisch-Echolot,

Vogelzugerfassung (Radar und optisch, IfV),

33 Datennutzer (12 Unternehmen, 21 FE)

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www.fino-offshore.deFINO 1

Ergebnisse / Beispiele

Mittlere Windgeschwindigkeit 9,9 m/s,

8.000 h / a > 4 m/s,

Stromproduktion in 90 % des Jahres,

Ertrag doppelt gegenüber gutem Landstandort

Vogelzug: Flughöhen stark wetter-und sichtabhängig

Perspektiven

Jetziges Nutzungskonzept bis 2010

Begleitmessungen für Testfeld

Zugangsplattform für das TestfeldProjektkoordination und Betrieb:

Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH

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FINO 2Inbetriebnahme 2007,Kriegersflak 40 km nördlich Rügen,Gefördert von BMU und Mecklenburg-Vorpommern4.5 Mio. €

www.fino2.de

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FINO 2 www.fino2.de

Messungen

Windmessungen wie FINO 1,

Vogelzug: Radar und optische Methoden,

Test neuer Methoden zur Erfassung von Vogelschlag vorgesehen (IfAÖ),

Benthos-Untersuchungen mit abgehängten Platten,

AIS-Schiffsdatenerfassung

Perspektiven

Kooperationen mit Schweden und Dänemark in Anbahnung,

Mitnutzung durch Inst f. Ostseeforschung angefragt,

Messregime erweiterbar

Projektleitung: Schiffahrtsinstitut Warnemünde

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FINO 3 www.fino3.de

Hamburg

FINO 3

100 km

FINO 1

Dan Tysk

Offizieller Projektstart 26.04.2006

Inbetriebnahme 2009

Gefördert von BMU und Schleswig-Holstein, 12 Mio. €

Forschungs- und Entwicklungszentrum Fachhochschule Kiel GmbH

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Fino3

10 km

�

80 km

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FINO 3 www.fino3.de

Messungen

Windmessungen wie FINO 1 und FINO 2,

Analyse hochfrequenter Turbulenzanteile im Wind zur Optimierung von Blattprofilen,

Blitzhäufigkeit und Blitzstromparameter,

Geotechnische Messungen zur Sediment-Pfahl Wechsel-wirkung und zur Baugrund Vor- und Nacherkundung,

Seegangsmessungen mit Dopplerradar (GKSS),

Ozeanographische Messungen (geplant BSH),

Schallübertragung Turm-Wasser,

Vogelzug (IfV),

Benthos-Untersuchungen (AWI),

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Offshore-Testfeld alpha ventus

• ca. 45 km nördlich

Borkum

• Wassertiefe: 28-30m

• Kabeltrasse:

auf See 65 km

an Land 4 km

• Anlagen: 12 x 5MW

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• Invest: ca. 180 M€

• Begleitf. 50 M€

• ca 24 M€ Einsp./a

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Butendiek

Dan Tysk

Sandbank 24

ß 41 sm List LT West à

ß48 sm Esbjerg à

ß92 sm

Husum

à

Ökologische Begleitforschung

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Technik

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Seefeste Anlagen

Hohe Verfügbarkeit

Seewasser und –luft beständig

Wellenlasten bestimmen Auslegung der Gründung

Preise aus der Öl- und Gasindustrie nicht realisierbar

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100-Jahreswelle nach DNV:

Lage nördl. Breite Jahr Sommer

Nordsee 52 16 12

55 22 17

57 26 20

59 28 21

Norwegische 61 30 23

See

Extremwellen

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25 m

FreakWaves – Solitonen ?

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Monopile (Blyth)

Schwerkraft

(Middelgrunden)

Fundamentoptionen – Gründung vs. Wassertiefe

Jacket –

Fundament

Tripodfundament> 25 m < 25 m >10 m

Wassertiefe

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Multi-MW Konzepte

Enercon, 500 to, d=112 m

aerodyn(WinWind, MultiBrid), 290 to

RePower, 350 to

d = 120 m

V90, ca 100 to

d=117 m

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Kosten und Preise

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Kosten nach: WPM, Jan. 2009, ( €/MWh )

• Kohle: 60 – 120

• Kernkraft: 45 – 85

• Erdgas: 45 – 90

• Onshore: 50 – 100

• Offshore: 100 – 150

• PV: 250 - 500

Onshore: 6 – 9 m/s

Offshore: 8 – 10 m/s

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Der Preis einer Neuen Kernkraft

• Olkilouto Block 3: 1700 MWe

• Bau 2005 – 2012(?)

• Kosten: 2.5 – 5 G€

• 1.95 G€ durch Bayern LB (2.5 %)

• Volllaststunden (ca. 6000 im Mittel)

• Brunsbüttel: 4900

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Preisentwicklung – (2006)

Spezifische ab-Werk-Preise pro kW-Nennleistung

1000

10000

10 100 1.000 10.000 100.000

gesamte installierte Nennleistung [MW]

[ € / kW ]

500

1000

2500

5000

1990

19962004

Anlagenpreis

2000

Progress Ratio = 95%

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Offshore Parks Hau - 1

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Offshore Preis Hau -2

UK: 11-12 ?

BWE: 15

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Windparks im Ausland

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European Offshore Wind Energy Projects (Ende 2008)Onshore 64 GW

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Potenzial

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Arklow Bank Irische See, GE-Wind

7 x 3.6MW = 25 MW

geringe Wassertiefe (5m)

10 km von Land

extrem unzugänglich

beste Windverhältnisse

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Horns Rev (2002) Project Overview

Project capacity = 160 MW (80 turbines), occupying 5.5 km x 5.4 km area (~ 5 MW per sq.km)Mean wind speed = 9.7 m/s at 70-m hub height (Class 6)Annual energy output = 600 GWh (43% capacity factor)Capital investment = 270 million Euro (= 1.6 k€/kW ??)

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Horns Rev 2-MW TurbinesInstalled Using Self-Propelled A2 SEA Vessels

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North Hoyle 2-MW TurbinesInstalled Using Towed Seacore Jack-Up Rigs

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Large Rotor Blades Shipped by Water

GE 3.6 MW rotor (104 m diameter)

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Kabelanbindung HornsRev

About 20% of the capital cost for an offshore wind project is in power cabling, grid interconnection equipment, and electrical testing

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Largest ExistingOffshore Turbine REpower 5M

Beatrice Projectin North Sea will demonstrate two

REpower 5-MW turbines in offshore application for the

first time. Other firsts for Europe include:

Deepest water(45 m depth)

Farthest offshore(25 km)

Tower platform and anchoring concept

750-tonnetruss-work platform

Rotor diameter = 126 m

Suction-caisson anchor

410-tonneturbine and 210-

tonne tower

Each rotor bladeweighs 18 tonnes

Sep 2004 installation of turbine rotor in onshore prototype at Brunnsbutel, Germany, in Schleswig-Holstein

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Projektkosten 41 M€

Wassertiefe: 50 m

Lage

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Beatrice – Quelle REpower

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Windparks in der Deutschen

AWZ

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0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

5.000

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2028

2030

Jahr / Year

Lei

stu

ng

pro

Jah

r/C

apac

ity

per

Yea

r, M

W Offshore Repowering

Offshore

Onshore Repowering

Onshore

©Hamburg Messe und Congress GmbH, 2002

Prognose(DEWI-2001) der jährlich installierten Leistung bis 2030 in Deutschland (1 MW = 1.3-3.0 M€ Investment)

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Potential – WAB Studie 2006

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Windenergienutzung 2025 BMU 2006/2008

5,0 -2,9

5,5 -3,2

6,0 -3,5

8 - 59 - 513 -7,5

Stromgestehungskosten €-Cent / kWh amReferenzstandort (100%) bzw. besten Standort im WMEP (~175%)

Ökonomie

~251Installierte Leistung Offshore / GW

2824182.91.10.06Installierte Leistung Onshore / GW

Leistungsbereitsstellung und Stromproduktion

Ziel 2025/30Ziel 20102005

199819951990

Onshore: ca. 2200 Volllaststunden

Offshore: ca. 4500 Vollaststunden

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Zusammenfassung

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• Chancen:

15 % Stromerzeugung 2025 (90 TWh)

Etablierung neuer Industriezweige

Windphysik

• Herausforderungen:

Netzanbindung

Schiffe, Häfen

Kosten, Finanzierung

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