Offshore-Wind (2) Wetterfühlig sind sie alle

Die geplanten Offshore-Windparks haben ihre Kritiker und Skeptiker, man findet sie meist in Kreisen der Banken und Versicherungen. Unter ihnen wird gern über die Werbefotos, Designstudien und Animationen der Windparkbauer gewitzelt: „Auf Fotos von der Errichtung der Windparks herrscht immer das schönste Wetter“, heißt es, „kein Lüftchen kräuselt die See, und der Aufbau klappt in den Animationen wie am Schnürchen. Doch auf Bildern vom Betrieb der Windkraftanlagen peitscht ein ums andere Mal rauher Wind die See, die Rotorblätter drehen sich rasend. Das verspricht hohe Stromernten.“

Es könnte auch genau umgekehrt sein: Beim Errichten rütteln Sturmböen an den aufgeständerten Schiffen, an einen Aufbau ist nicht zu denken, das Setzen der Rotorblätter ist unmöglich. Die Arbeiten werden abgebrochen, die Schiffe suchen Schutz im nächsten Hafen. Bis sie wieder an Ort und Stelle sind, vergehen Tage, wenn nicht Wochen. Jeder Tag im Hafen kostet weit mehr als 100 000 Euro.

Die Realität wird vermutlich irgendwo in der Mitte liegen, doch beide Szenarien werden eintreten. Die entscheidenden Fragen lauten: Bis zu welcher Wellenhöhe und an wie viel Tagen im Jahr können die Errichterschiffe eingesetzt werden? Bis zu welcher Windstärke kann der Kran arbeiten? Die Antworten, die keiner kennt, werden für den wirtschaftlichen Erfolg mitentscheidend sein. Betreiber von Windparks nehmen an, dass ihre Schiffe bis zu einer signifikanten Wellenhöhe von 2,5 Meter arbeiten können, was einem Höhenunterschied von etwa 4,8 Metern zwischen Wellenkamm und Tal entspricht. RWE Innogy rechnet mit 270 Einsatztagen im Jahr, Hochtief mit 300 Tagen. Einige Fachleute halten diese Angaben für unrealistisch.

Die Crux ist, dass Ingenieure und Hersteller schon vor Jahren festlegen mussten, wie man Offshore-Windparks in der Nordsee baut. Grundlage waren kleinere Windkraftanlagen, küstennah in der Ostsee errichtet, einem Meer mit mildem Klima. Das Ganze wurde auf die rauhen Bedingungen der Nordsee übertragen, auf größere Kraftwerke, die in salzhaltiger Luft weit draußen vor der Küste in Wassertiefen bis zu 45 Meter stehen werden. Langzeitmessungen fehlen. Die hierzulande geltenden Bedingungen - die Anlagen müssen weit vor der Küste gebaut werden - haben Deutschland einen technischen Vorsprung verschafft. In den neuen Zentren der Offshore-Windindustrie an der kurzen deutschen Nordseeküste geben sich Delegationen aus vieler Herren Länder die Klinke in die Hand.

Entsprechend den geplanten Anlagen mussten auch die Errichterschiffe konstruiert werden, die inzwischen in der dritten Generation gebaut werden. Bis Anfang 2013 wird sich eine Flottille von Installationsschiffen in Europa einstellen, die in den nächsten fünf bis sieben Jahren die geplanten Windparks in der Nordsee und der Irischen See errichten werden.

Die Schiffe der dritten Generation sehen auf den ersten Blick alle mehr oder weniger gleich aus. Sie haben absenkbare Hubbeine, die für Wassertiefen bis zu etwa 45 Meter ausgelegt sind. Die Schiffe können sich an ihnen in die Höhe drücken, um einen relativ ruhigen Stand zu bekommen für die Errichtung der Türme mit Hilfe des hohen Bordkrans, der für Lasten bis 1000 Tonnen und mehr ausgelegt ist. Die Schiffe haben eine große Arbeitsplattform, sie sind mit einem eigenen Antrieb ausgestattet, so dass sie eigenständig operieren und auch Transporte übernehmen können. Sie sind universell einsetzbar, man kann mit ihnen Gründungsstrukturen setzen und alle Teile einer Windkraftanlage installieren bis hin zum schwierigsten Prozess, dem Anbringen der Rotorblätter.

Der auffälligste Unterschied ist die Zahl der Hubbeine: Manche Schiffe wie die „Pacific Orca“ und „Pacific Osprey“ von Swire Blue Ocean haben sechs Hubbeine, die ihnen des langen Rumpfs wegen einen besseren Stand verleihen. Einige haben kein Vorschiff, mit ihrem platten Bug erreichen sie nur geringe Geschwindigkeit. Andere wie die „Innovation“ haben ein Vorschiff und eine höhere Antriebsleistung, so dass sie sich auch für schnelle Transporte eignen. Hinsichtlich der Technik der Hubbeine unterscheiden sie sich ebenfalls: „Victoria Mathias“ und „Friedrich Ernestine“ von RWE Innogy arbeiten nach dem „Pin in Hole“-Prinzip mit kompakten Hubbeinen, einem Abstecksystem mit tonnenschweren Steckbolzen und Hydraulikzylindern, während die „Innovation“ von Hochtief nach dem „Rack & Pinion“-Verfahren eine Gitterkonstruktion mit einer Kombination von Zahnstangen und Zahnrädern einsetzt, die von Elektromotoren angetrieben werden. Beide Systeme bewähren sich seit Jahrzehnten in der Offshore-Industrie.

Die Gerätschaften an Bord gibt es ebenfalls seit langem - die Bordkräne, die Hubbeine und die Komponenten des Antriebs. Doch noch nie wurden sie in dieser Größenordnung und in dieser Kombination der Arbeitsprozesse eingesetzt. Weiterhin sind die Software, die Überwachung der Hubbeine und des Krans wesentlich, man wird hier noch Verbesserungen vornehmen müssen. „Bei dieser Größe und Leistungsfähigkeit stoßen wir in neue Dimensionen vor“, sagt Rasmus Stute vom Germanischen Lloyd, der als technischer Experte mehrere Jahre Planung und Bau von Errichterschiffen begleitete.

Dies bekam die Offshore Logistics Company (OLC), Tochterfirma von RWE Innogy, zu spüren: Beim Test der Hubbeine für die beiden Schiffe „Victoria Mathias“ und „Friedrich Ernestine“ stellte sich heraus, dass ein aus Gussstahl gefertigtes Bauteil des Hydrauliksystems, das seit Jahren in kleineren Dimensionen von einem eingeführten deutschen Hersteller nach einem bewährten Verfahren produziert wird, den hohen Anforderungen nicht standhielt. Die Teile mussten neu angefertigt und aufwendigen Tests unterzogen werden, bis die Ingenieure von OLC sicher waren, dass sie allen zu erwartenden Belastungen standhalten würden. Das Problem wurde noch rechtzeitig vor dem ersten Einsatz erkannt und beseitigt, wenngleich mit hohem Aufwand.

In Kürze steht eine Flottille von etwa 15 Schiffen der dritten Generation bereit, die die Windparks der neuen Energie-Ära bauen werden. In diesen Tagen läuft „Victoria Mathias“ mit Gründungsstrukturen für den Windpark „Nordsee Ost“ aus, kurz darauf wird „Friedrich Ernestine“ in Rotterdam mit breiten Füßen für die Hubbeine ausgerüstet, sogenannten „spud cans“, um mit Fundamenten beladen in die Irische See zum künftigen Windpark „Gwynt y Môr“ zu fahren. Ende Juli wird die „Innovation“ von Hochtief in Bremerhaven erwartet, noch in diesem Sommer soll das Schiff die Arbeit am geplanten Windpark „Global Tech 1“ aufnehmen. Ebenfalls im Juli wird die „Pacific Orca“ von Swire Blue Ocean abgeliefert, um anschließend „West of Duddon Sands“ in der Irischen See und „Borkum Riffgrund“ zu errichten. Die Liste ließe sich fortsetzen.

Die Schiffe und Bargen der zweiten Generation werden dabei nicht etwa ausrangiert, sie sind im Gegenteil unverzichtbar, erklärt Alexander Mitzlaff, Fachbereichsleiter Offshore-Technik der IMS Ingenieurgesellschaft, die federführend die Installationsschiffe von RWE Innogy entwickelt hat. Nach heutiger Planung und Expertise geht die Errichtung von Offshore-Windkraftanlagen in Etappen vor sich. „Die Schiffe werden phasenversetzt arbeiten: Ein Schiff der dritten Generation installiert die Gründungsstrukturen samt Einbringen der Pfähle, ein kleineres Schiff wird die Ausrüstarbeiten und das sogenannte Grouting, das Einbringen des Vergussmörtels, übernehmen. Danach wird wieder ein Schiff der dritten Generation die Turmsegmente errichten und das Maschinenhaus der Windenergieanlage bis in 120 Meter Höhe installieren, um am Ende die anspruchsvollste Arbeit zu vollbringen, das Ansetzen der windempfindlichen Rotorblätter oder gleich des Rotorkranzes mit drei Rotorblättern.“

Man wird jetzt erst einmal abwarten, wie sich die Schiffe bewähren. „Mit den Errichterschiffen der dritten Generation ist ein Stand der Technik erreicht, der für die nächsten Jahre als Maßstab gelten wird“, erklärt Mitzlaff. „Eine vierte Generation wäre nach heutigen Erfahrungen der dritten sehr ähnlich, da sich die Randbedingungen nicht wesentlich ändern werden. Für ortsfeste Konstruktionen der Windenergieanlagen wird man kaum in größere Wassertiefen gehen, die Decksflächen und Krankapazitäten sind ebenfalls ausreichend groß.“

Schon jetzt zeichnet sich aber ein Sprung zu ganz anderen Konzepten für das Errichten von Offshore-Windkraftwerken ab. So hat Nordic Yards in Wismar den Entwurf eines Halbtauchers vorgestellt, der eine fertige Windkraftanlage senkrecht stehend transportiert und auf einer Gründungsstruktur absetzt. Ein Aufständern mit Hilfe von Hubbeinen ist nicht vorgesehen, ebenso wenig ein hoher Bordkran, nur eine Vorrichtung zum Versetzen. Strabag geht aufs Ganze mit einem Halbtaucher, der eine komplette Anlage samt Schwerkraft-Fundament von einer Landzunge abholt, aufrecht stehend transportiert und absenkt. Das norwegische Unternehmen Ingenium hat den bisher kühnsten Entwurf vorgelegt: Ein Katamaran mit extrem langen Schwimmkörpern soll die Gitter-Gründungsstrukturen, sogenannte Jackets, liegend transportieren, absenken und aufstellen. Ein zweiter, noch kühnerer Entwurf Ingeniums sieht vor, eine komplette Turmanlage samt Gründungsstruktur horizontal zu transportieren, mit montierter Turbine und angeschraubtem Kranz der Rotorblätter. Das Konstrukt muss nur noch aufgerichtet und abgesenkt werden. Der Haken dabei: Es gibt keine Turbinen, die man so transportieren könnte. Die Ideengeber wissen das natürlich; sie erwarten einfach, dass die Industrie sie herstellt.

Alexander Mitzlaff, der mehrere Jahrzehnte Projekte in der Offshore-Industrie verwirklicht hat, ist gegenüber solchen Konzepten skeptisch: „Die Installation einer kompletten Windenergieanlage mit Turm, Maschinenhaus und Rotor mit etwa 700 Tonnen Gewicht ist extrem schwierig. Auch Halbtaucher und Katamarane bewegen sich relativ stark, besonders in einer leichten Dünung. Selbst 50 Millimeter Vertikalbewegung des Turms sind schon zu viel für ein sicheres Aufsetzen der Anlage auf der Gründungsstruktur. In der rauhen Umwelt der Nordsee bewähren sich nur robuste Systeme mit einer Kombination von Hightech und Einfachheit.“