Windenerg3 (Offshore) Flashcards
Why Offshore?
Nenne Vorteile von Offshore! (4)
Oberfläche mit schwacher Rauigkeit
-> Weniger Hindernisse
-> Geringere Windscherung* = geringere Nabenhöhe (ggf. billiger)
-> Weniger Turbulenzen = längere Lebensdauer der Anlagen
(untere Vorteile resultieren jeweils aus oberen Vorteilen)
*Windscherungen: Sind plötzliche scharfe Änderungen der Richtung und/oder der Geschw. des Windes, hervorgerufen durch das Aneinandervorbeiströmen zweier unmittelbar benachbarter Luftschichten, die jeweils unterschiedliche Eigens. aufweisen. (source: DWD)
Nenne Nachteile von Offshore! (4)
korrosive Umgebung
spezielle Fundamente erforderlich
Transport, Installation und Netzanbindung aufwendig
Negative Umweltauswirkungen möglich
Why Offshore? (in Bezug auf die Nabenhöhe und die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit)
Offshore werden höhere mittlere Jahreswindgeschwindigkeiten erreicht als Onshore (Küstenbereich).
Vor allem werden die gewünschten mittleren Jahreswindgeschwindigkeiten schon in deutlich niedrigeren Höhen erreicht als Onshore (Küstenbereich)
–> Entsprechend können Offshore WKA mit einer geringeren Nabenhöhen die gleiche Leistung erbringen wie Onshore WKA mit höherer Nabenhöhe.
–> siehe slide 3!
(Ist auch wieder auf die geringere Rauigkeit der Oberfläche Offshore zurückzuführen, was eine geringere Windscherung ermöglicht (also Turbulenzen sind geringer und höhere Geschw. werden bereits in niedrigeren Höhen erreicht)
Offshore gibt es andere Standortanforderungen als Onshore
-> in der See aufgestellte WKA ist naturgemäß andereren äußeren Bed. unterworfen
Nenne ein paar Unterschiede!
Verwendung unters. Instandhaltungskonzepte
–> Offshore erschwerte Zugänglichkeit der Anlagen
unters. schwere Konstruktionsphase
–> Offshore erschwert aufgrund Abhängigkeit von Wetter und Hilfsmitteln
unters. Gegebenheiten/Anforderungen hinsichtlich der Netzinfrastruktur
(slide 5 (4) nochmal ansehen!)
Welche konkurrierenden Aktivitäten gibt es Offshore? (Nenne vier)
Zu beachten sind:
- Schifffahrtslinien
- Unterwasserkabel
- Schutzgebiete
- Ökologische Auswirkungen (auf Vögel, Meeressäuger, Fische)
Weitere:
- tief fliegende Flugzeuge (optische und elektronische Warnsignale)
- Marine Übungsgebiete
- Öl und Gas Explorationsgebiete
- Radar
- Hoheitsgewässer (12-Meilen-Zone)
- ausschließliche Wirtschaftszone (AWZ)
(gibt aber weniger als Onshore!)
Offshore - Nationale Hoheitsgewässer
Nationale Hoheitsgewässer (Entfernung bis 12 Seemeilen):
In Deutschland gelten in den nationalen Hoheitsgewässern die gleichen planerischen und genehmigungsrechtlichen Voraussetzungen wie an Land.
Wahr/Falsch?
Wahr
Offshore - Nationale Hoheitsgewässer
Nationale Hoheitsgewässer (Entfernung bis 12 Seemeilen):
In Deutschland gelten in den nationalen Hoheitsgewässern die gleichen planerischen und genehmigungsrechtlichen Voraussetzungen wie an Land:
- Standorte müssen im Rahmen einer ?(1)? genehmigt werden
- Zuständig für die Genehmigung sind die ?(2)?, die Baugenehmigungen erteilen (gleiche Behörde wie Onshore-Anlagen)
- Für Baumaßnahmen im Meeresgrund, z.B. Seekabelverlegung, muss das ?(3)? beachtet werden
(1) Flächenplanung (Raumordnungsverfahren)
(2) Landesbehörden
(3) Bundesberggesetz
Offshore - Ausschließliche Wirtschaftszone (AWZ)
–> Entfernung bis ?(1)? Seemeilen
Nationale Hoheitsgewässer
–> Entfernung bis ?(2)? Seemeilen
(1) 200
(2) 12
Grundsätzlich enden alle nationalen und europäischen Gesetze wo?
an den Grenzen der nationalen Hoheitsgewässer.
Offshore - Ausschließliche Wirtschaftszone (AWZ) (Entfernung bis 200 Seemeilen):
Grundsätzlich enden alle nationalen und europäischen Gesetze an den Grenzen der nationalen Hoheitsgewässer.
Rechte in der AWZ sind auf was beschränkt?
Auf die Erforschung und Nutzung der natürlichen Ressourcen beschränkt
Offshore - Ausschließliche Wirtschaftszone (AWZ) (Entfernung bis 200 Seemeilen):
1) In Deutschland sind die zulässigen Verfahrensweisen in der AWZ in was festgelegt?
2) Worauf stützen sie sich?
1) In der “Seeanlagenverordnung” des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH)
2) Auf Bestimmungen des Internationalen Seerechts
-> in Deutschland werden alle nationalen Genehmigungsbed. freiwillig auf die AWZ übertragen
–> (Es müssen also in der AWZ die gleichen Genehmigungsverfahren und Verordnungen beachtet werden wie in den nationalen Hoheitsgewässern)
–> Einige andere Länder haben in den AWZ allerdings ein vereinfachtes Genehmigungsverfahren hinterlegt
Einige Länder haben in der AWZ ein vereinfachtes Genehmigungsverfahren hinterlegt (in Deutschland werden hingegen alle nationalen Genehmigungsbedingungen auf die AWZ übertragen)
…
Welche Umwelteinflüsse sind Offshore zu beachten? (4)
Wassertiefe
Windverhältnisse
Meeresgrund
Wellen
Offshore - Umwelteinflüsse: Wassertiefe
Welche Fragen müssen vorab für einen Standort an der eine WKA gebaut werden soll, geklärt werden? (3-4)
1) Welche durchschnittliche Wassertiefe liegt vor?
2) Wie groß ist der maximale Tidenhub?
–> Tidenhub: Der Unterschied zwischen dem Pegelstand bei Flut und dem bei Ebbe
3) Wie groß ist die maximale Wellenamplitude?
–> der max. Wert ist entscheidend in Bezug auf den Abstand zu den Rotorblättern
–> zws. max. Wellenamplitude und Rotorblattspitze sollte immer ein bestimmter Freiraum eingeplant werden!
-> slide 11 (10) ansehen und zuordnen können
Offshore - Umwelteinflüsse: Wassertiefe
-> Nordsee vs. Ostsee
-> siehe slide 10 (9)
…
Offshore - Umwelteinflüsse: Windverhältnisse
Im Jahresdurchschnitt ist die Windgeschwindigkeit auf See ?? als an den meisten Standorten auf Land.
höher
Offshore - Umwelteinflüsse: Windverhältnisse
Geringere Turbulenz auf See, aufgrund von was?
der geringeren Oberflächenrauigkeit (!)
Offshore - Umwelteinflüsse: Windverhältnisse
Offshore geringere Turbulenzen aufgrund der geringeren Oberflächenrauigkeit
Bei Windparks ist diesbezüglich allerdings was besonders zu beachten?
Der Strömungsnachlauf der Anlagen
–> Auftreten von induzierten Turbulenzen (also Turbulenzen verursacht durch andere WKA oder Offshore-Umspannstationen)
-> muss bei der Planung des Windparks Beachtung finden (etwas ein Zielkonflikt mit der Vorgabe, dass man aufwendige Verkabelung reduzieren möchte, indem man die Windparks halbwegs kompakt baut -> Gesamtsystemoptimierung)
Offshore - Umwelteinflüsse: Windverhältnisse
Darstellung der Windverhältnisse auf den Meeren um Europa.
–> siehe slide 13!!
…
Offshore - Umwelteinflüsse: Windverhältnisse
Der Skalierungsfaktor für die Weibull-Verteilung liegt Offshore ungefähr bei?
2 bis 2,2
Offshore - Umwelteinflüsse: Windverhältnisse
Der Hellmann-Exponent (Windgradient) liegt Offshore etwa im Bereich von?
(Hellmann-Exponent: Dient der Ermittlung der Windzunahme mit der Höhe)
0,11 bis 0,12
-> wirtschaftliche Turmhöhen können niedriger gewählt werden
Offshore - Umwelteinflüsse: Windverhältnisse
Die Rauigkeitslänge beträgt Offshore circa?
0,003m
Offshore - Umwelteinflüsse: Meeresgrund
Überwiegende Teil des Seegrundes im Bereich der Nord- und Ostsee besteht aus?
Feinsand (teilweise durchzogen mit Gebieten mit gröberem Sand und größeren Steinansammlungen)
Offshore - Umwelteinflüsse: Meeresgrund
Meeresströmungsverhältnisse sind zu beachten:
Bei sandigem Boden kann was verursacht werden?
Auskolkung
-> erhebliche Verschiebungen des Bodenmaterials in Verbindung mit Hindernissen.
Offshore - Umwelteinflüsse: Wellen
Das Profil der Wasseroberfläche ist regellos
Für Konstruktionsberechnungen wird dieser Zustand in eine ?(1)? zerlegt.
Oft wird für eine erste Berechnung der Belastungssituation an der Struktur eine ?(2)?
(1) große Anzahl elementarer, regelmäßiger Wellen
(2) einzelne regelmäßige, dominante Welle abgeleitet (die sogenannte Entwurfswelle)
Offshore - Umwelteinflüsse: Wellen
Das Profil der Wasseroberfläche ist regellos
Für Konstruktionsberechnungen wird dieser Zustand in eine große Anzahl elementarer, regelmäßiger Wellen zerlegt
Oft wird für eine erste Berechnung der Belastungssituation an der Struktur eine einzelne regelmäßige, dominante Welle abgeleitet (die sogenannte Entwurfswelle)
Entwurfswellen haben häufig Perioden zwischen ?(1)?
Für die ?(2)? spielen auch die kürzeren Perioden eine Rolle. (Auftreten: 1 bis 5 Mio. mal im Jahr)
–> Obwohl diese nur kleine Belastungen verursachen, sind sie aufgrund des hohen Auftretens nicht vernachlässigbar
(1) 7 bis 13s
(2) dynamische Wellenlast
Offshore - Umwelteinflüsse: Wellen
Wasserpartikel bewegen sich auf ?
stationären, elliptischen Bahnen
Offshore - Umwelteinflüsse: Wellen
Wasserpartikel bewegen sich auf stationären, elliptischen Bahnen
Diese Bahnen werden kleiner mit der Tiefe. Folgen: ??
Partikelgeschwindigkeit, -beschleunigung und -kräfte nehmen ab.
-> Auf den Turm der WKA/Fundament wirken je Tiefer im Wasser auch geringere Kräfte!
-> siehe slide 16!
Offshore - Umwelteinflüsse: Wellen
Welle, die sich den Ufer nähern werden steiler (Wellenhöhe nimmt zu), warum?
Weil die Wellenlänge abnimmt
Offshore - Umwelteinflüsse: Wellen
Welche hydrodynamischen Belastung treten welleninduziert an einer Struktur auf? (5)
Widerstandskraft (durch die am Hindernis vorbeifließende Strömung)
Trägheitskraft (durch den Druckgradienten, der erzeugt wird, wenn eine Flüssigkeit um ein Bauteil strömt)
-> Diffraktionskraft (ist Teil der Trägheitskraft; wirkt auf Strukturen, welche so groß sind, dass sie die Wellenbewegung erheblich verändern)
-> Mitschwingende Wassermassen (eine Trägheitskraft, die auf ein Bauteil einwirkt, welches relativ zum Wasser beschleunigt wird)
Horizontaler oder vertikaler Wellenschlag
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
1) Welche Konfigurationen (also wie die Tragstruktur aussieht) können unterschieden werden?
2) Welche Installationen & Gründungen können unterschieden werden
1) Konfigurationen:
- Rohrturm
- Abgesteifter Turm/Fachwerk/Gitterturm
2) Gründung & Installation:
- Pfahlverankert & Kraninstallation
- Schwerkraftgegründet und schwimmende Installation
-> siehe slide 18 (17)
Siehe slide 18 an und lerne!!
…
Offshore - Nenne unterschiedliche Tragstrukturen (bzw. Gründungen) ! (5)
Schwerkraftgründung
Monopile Gründung
Tripod Gründung
Jacket-Gründung
Schwimmende Plattformen
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Lerne Zeichnungen (von Tragstrukturen) zusammen mit Namen (siehe letzte slide)!!!
…
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
??:
- Meist aus Beton gefertigt
- wird schwimmend zum Aufstellort gezogen, dort versenkt und bei Bedarf mit Füllmaterial (Sand u. Kies) auf das erforderliche Gewicht gebracht
- Für 2 MW Anlage ca. 1500t notwendig (ohne Füllmaterial)
- konische Form an der Wasserkante (geeigneter bei Packeis)
- Preisgünstigste Lösung in flachen Gewässern, jedoch sehr teuer in tiefen Gewässern
Schwerkraftgründung
Welche Tragstruktur/Gründung ist die preisgünstigste Lösung in flachen Gewässern, jedoch sehr teuer in tiefen Gewässern?
Schwerkraftgründung
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwerkraftgrünung:
- Meist aus ?(1)? gefertigt
- wird ?(2)? zum Aufstellort gezogen, dort ?(3)? und bei Bedarf mit ?(4)? auf das erforderliche Gewicht gebracht
- Für 2 MW Anlage ca. 1500t notwendig (ohne Füllmaterial)
- konische Form an der Wasserkante (geeigneter bei Packeis)
- Preisgünstigste Lösung in ?(5)? Gewässern, jedoch sehr teuer in ?(6)? Gewässern
(1) Beton
(2) schwimmend
(3) versenkt
(4) Füllmaterial (Sand u. Kies)
(5) flachen (meist bei um die 5m Wassertiefe verwendet)
(6) tiefen
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwerkraftgründungen besitzen ein ?(1)? Schwingungsverhalten -> was ein ?(2)? bewirkt.
(1) steifes
(2) hartes Ermüdungslastspektrum
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwerkraftgründung:
Welche Vorbereitungen müssen hinsichtlich des Seebodens vorgenommen werden?
Der Seeboden muss planiert und evtl. verfestigt werden
-> Umfangreiche Unterwasserarbeiten sind notwendig
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwerkraftgründung
Die Konstruktion ist rückbaufähig.
Richtig/Falsch?
Richtig
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
??:
- Freistehendes Stahlrohr, welches in den Meeresboden eingerammt wird (circa 10 bis 20 Meter mit hydraulischem Hammer)
- Erfordert praktisch keine Vorbereitung des Meeresbodens
–> Dieser muss jedoch aus Sand oder Kies bestehen (sonst entstehen teure Bohrarbeiten)
- Vom Schwingungsverhalten eher ein weiches System
–> reduziert das Ermüdungslastspektrum
Welche Tragstruktur/Gründung?
Monopile-Gründung
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Monopile Gründung
- ?(1)? Stahlrohr, welches in den Meeresboden eingerammt wird (circa 10 bis 20 Meter mit hydraulischem Hammer)
- Erfordert praktisch keine Vorbereitung des Meeresbodens
–> Dieser muss jedoch aus ?(2)? bestehen (sonst entstehen ?(3)?) - Vom Schwingungsverhalten eher ein ?(4)? System
–> ?(5)? das Ermüdungslastspektrum
Welche Tragstruktur/Gründung?
(1) Freistehendes
(2) Sand oder Kies
(3) teure Bohrarbeiten
(4) weiches
(5) reduziert
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Monopile Gründung:
Die Rammtechnik ist aus ökologischen Gründen umstritten.
Bei tieferen Konstruktionen (25m und mehr) werden sie in den Boden gebohrt.
Welchen Vorteil bieten solche Gründungen gegenüber anderen Konstruktionen außer Schwerkraftgründung (wobei diese nur bei flachen Wassertiefen kostengünstig ist)?
Kostenvorteil
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Monopile-Gründung:
1) Das Monopile-Fundament besteht aus was?
2) Der Turmfuß der WKA wird auf der Übergangstruktur montiert. Diese wird dann ausgerichtet und mit einer speziellen Technik mit was verbunden?
1) aus dem eigentlichen Tragrohr, auf das ein sog. Übergangsstück (transition piece) augesetzt wird
2) dem Monopile-Tragrohr verbunden
–> siehe Beschriftung slide 23 (22)
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
??:
- Drei- oder Vierbein abgestütztes Stahlrohr
- Können vergleichsweise leicht und steif sein und sind deshalb für größere Wassertiefen geeignet
-> geeignetste Lsg. für größere Wassertiefen
- Auflagepunkte werden häufig mit dünnen Stahlrohren im Boden verankert
–> gewährleistet gute Standsicherrheit auch auf unebenen Meeresböden
–> nur geringe Vorarbeiten am Meeresboden notwendig
- Ist auch als Schwerkraftgründungs-Ausführung möglich -> jedoch höhere Kosten
- hoher Fertigungsaufwand auf Land
- schwieriger Transport
Tripod-Gründung
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Nenne die Vor- (3) und Nachteile (2) einer Tripod-Gründung!
Vorteile:
- für größere Wassertiefen geeignet, weil vergleichsweise leicht und steif
-> die geeignetste Lsg. für größere Wassertiefen
- Für viele (auch unebene) Standorte geeignet (Auflagepunkte werden häufig mit dünnen Stahlrohren im Boden verankert, was eine gute Standsicherheit auch auf unebenen Meeresböden ermöglicht)
- nur geringe Vorarbeiten am Meeresboden notwendig
Nachteile:
- Hoher Fertigungsaufwand auf Land
- schwieriger Transport
Welche Tragstruktur/Gründung ist für größere Wassertiefen die geeignetste Lösung?
Tripod-Gründung
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Nenne Vor- (2) und Nachteile (2) der Schwerkraftgründung!
Vorteile:
- preisgünstigste Lösung in flachen Gewässern
- Konstruktion ist rückbaufähig
Nachteile:
- sehr teuer in tiefen Gewässern
- umfangreiche Unterwasserarbeiten notwendig (da Seeboden planiert und evtl. verfestigt werden muss)
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Nenne Vor- (2) und Nachteile (2) der Monopile-Gründung!
Vorteile:
- erfordert praktisch keine Vorbereitung des Meeresbodens
- Kostenvorteil ggü. anderen Konstruktionen (außer Schwerkraftgründung)
Nachteile:
- teure Bohrarbeiten falls Meeresboden nicht aus Sand oder Kies
- die Rammtechnik ist aus ökologischen Gründen umstritten
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
??:
- besteht aus vier nahezu senkrechten Beinen, die mit diagonalen und waagerechten Verstrebungen verbunden sind (Rohre von 0,5 bis 2 Meter Durchmesser werden verwendet)
- Beine werden im Meeresboden durch eingerammte oder eingebohrte Pfähle verankert
- ebenfalls für größere Wassertiefen geeignet
- gutes Verhältnis von Steifigkeit, Gewicht und Kosten
- das Gewicht variiert je nach der Breite der Basis, die das Kippmoment der WKA aufnehmen muss
- Kostentreibend sind die geometrisch komplexen Schweißverbindungen und die Übergangsstruktur von der Plattform zum Turmflansch
Jacket-Gründung
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
siehe Bild auf slide 27 an!
…
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Nenne Vor- (2) und Nachteile (1) der Jacket-Gründung!
Vorteile:
- für größere Wassertiefen geeignet
- gutes Verhältnis von Steifigkeit, Gewicht und Kosten
Nachteile:
- die geometrisch komplexen Schweißverbindungen und die Übergangsstruktur von der Plattform zum Turmflansch sind kostentreibend
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwimmende Plattformen - Verankerung
Was erlaubt die Installation in tiefen Gewässern?
Fortschrittliche Mooring-Systeme
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwimmende Plattformen - Wirtschaftlichkeit:
Höhere Kosten in tiefen Gewässern, aber?
Skalierung und technische Fortschritte versprechen Kostensenkung
–> Wettbewerbsfähigkeit könnte steigen
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwimmende Plattform
Dynamik: Plattformbewegungen durch Wellen und Strömungen beeinflussen die Effizienz und erfordern ?(1)?
Stabilitätslösungen: ?(2)? und ?(3)? bieten Stabilität auch bei hohem Seegang
(1) präzise Analysen
(2) Anpassbare Strukturen
(3) Wassertrimmsysteme
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Schwimmende Plattformen
-> siehe slide 29 (28)!
…
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
Welche Herausforderungen ergeben sich bei der Installation auf See?
Herausforderungen:
- eingeschränkte Verfügbarkeit von schwerem Gerät
- hohe Mobilisierungskosten
- Verzögerungen aufgrund von ungünstigen Witterungsbedingungen und Sicherheitsanforderungen
-> daher sehr teuer und logistisch anspruchsvoll
- spezielle Installationsschiffe für den Transport und die Montage benötigt
Offshore - Tragstruktur und Installation auf See
slides 31-33 ansehen (30-32)
…
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Insbesondere 3 Aspekte müssen viel stärker als an Land berücksichtigt werden: ??
Die Zuverlässigkeit der Systeme und soweit möglich ihre Redundanz
Die höheren Kosten
-> für Komponenten, sowie die Montage und Verlegung am Meer
Die wesentlich größeren Entfernungen
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Die elektrische Infrastruktur lässt sich in 4 Bereiche unterteilen: ??
Internes elektrisches Netz des Windparks
Offshore-Umspannstation
Seekabelverbindung zum Land
Verknüpfung mit dem Verbund oder Übertragungsnetz
Wie kann eine Einteilung vorgenommen werden?
Übertragung zum Land:
- Wechselstromübertragung (AC)
- Gleichstromübertragung (DC)
Interne Übertragung:
- Wechselstromübertragung (AC)
- Gleichstromübertragung (DC)
(siehe slide 35 (34)!)
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Bei der Übertragung zum Land ist die Entfernung relevant bei der Entscheidung AC oder DC.
Bei sehr langen Übertragungswegen kann sich was lohnen? Warum?
Eine Gleichstromübertragung
-> wenngleich man erst von Wechselstrom auf Gleichstrom konvertieren muss und dann später auch wieder bei der Einspeisung ins Netz von Gleichstrom in Wechselstrom konvertieren muss (!!)
Grund:
DC (Gleichstrom) weist geringere Verluste in der Übertragung auf als der AC (Wechselstrom)
-> zurzeit meist noch Wechselstrom-Übertragung
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Internes elektrisches Netz:
Wie werden die WKA an eine zentrale Umspannstation angeschlossen?
Über ihren eigenen Transformator, der die Generatorspannung auf die Mittelspannung des internen Kabelnetzes bringt.
-> erfolgt in der Regel als Mittelspannung-Drehstromsystem im Spannungsbereich 20 bis 40 kV
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Internes elektrisches Netz:
Ringverbindungen sind üblich im Offshore-Bereich. Warum?
Weil beim Auftreten eines Fehlers, die anderen WKA dann noch einspeisen können
-> Offshore immer so redundant wie möglich gestalten!
Bei einem Strahlennetz würde bei einem Fehler am Anfang des Netzes, die nachfolgenden WKA nicht mehr einspeisen(!)
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Die Kosten für heutige Seekabel (bei internen elektrischen Netz, also meist innerhalb eines Windparks) liegen bei ?? pro Meter
Kosten exkl. Kabelverlegung: 150-300€ pro Meter
Kosten inkl. Kabelverlegung: 300 - 500€ pro Meter (!)
-> Hochspannungs-Drehstromkabel noch deutlich teurer (800-1000€ pro Meter inkl. Verlegung)
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Die Verlegung von Seekabeln erfolgt mit was?
speziellen Kabellegeschiffen (die Kabel werden etwa 1-3 Meter tief in den Meeresboden eingespült)
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Slide 37 (36) ansehen!!
…
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Überspannstation / Transformatorstation:
- Übertragung auf ?(1)? bei größeren Entfernungen und Leistungen
- Enthält zusätzlich die erforderlichen ?(2)? und andere ?(3)?
- Transformator ist meist wie gekühlt? ?(4)?
- Schaltfelder sind ?(5)?
(1) Hochspannungsniveau
(2) Schaltfelder
(3) elektrische Einrichtungen (Blindstrom-Kompensationsanlagen)
(4) ölgekühlt
(5) gasisoliert (SF6-Technik)
(siehe slide 38 (39)
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Seekabelverbindung zum Land:
Hochspannungs-Drehstromkabel für die Seeverlegung unterscheiden sich im Aufbau nicht von Mittelspannungs-Seekabeln.
Richtig/Falsch?
Richtig
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Seekabelverbindung zum Land
Wie hoch sind die Kosten bei Hochspannungs-Drehstromkabeln pro Meter (einschließlich Verlegung)?
800-1000€ pro Meter
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Seekabelverbindung zum Land
Die Verlegung zum Land wird meist ?? ausgelegt.
redundant
–> Ein 300 MW Windpark wird z.B. über vier 150kV Kabel angeschlossen
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Seekabelverbindung zum Land:
Kabel verhalten sich kapazitiv
-> Was macht dies notwendig?
-> ab bestimmter Entfernung (> 100km) wird permanent Ladestrom erforderlich (Blindleistung), sodass praktisch keine Wirkleistung mehr übertragen werden kann
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Seekabelverbindung zum Land:
Kabel verhalten sich kapazitiv, weshalb ab einer bestimmten Entfernung (> 100km) permanent Ladestrom erforderlich ist (Blindleistung), sodass praktisch keine Wirkleistung mehr übertragen werden kann.
Blindleistung muss kompensiert werden durch z.B.?
parallel geschaltete Drosselspulen
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Seekabelverbindung zum Land:
Kabel verhalten sich kapazitiv, weshalb ab einer bestimmten Entfernung (> 100km) permanent Ladestrom erforderlich ist (Blindleistung), sodass praktisch keine Wirkleistung mehr übertragen werden kann.
Blindleistung muss kompensiert werden, durch parallel geschaltete Drosselspulen
Blindleistung nimmt mit dem Spannungsniveau ?? zu.
quadratisch
-> Leistungsbegrenzung
-> verlegen mehrerer Kabel
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Seekabelverbindung zum Land:
Über die Entfernung tritt was auf?
Ein Spannungsabfall (-> Wirkungsgradverluste)
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Über die Entfernung tritt ein Spannungsabfall auf (-> Wirkungsgradverluste)
Der Übertragungswirkungsgrad für ein 145kV-Drehstrom-Seekabel ist wie folgt:
-> bei 50km: ??
-> bei 100km: ??
-> bei 150km: ??
-> bei 50km: 0,95
-> bei 100km: 0,92
-> bei 150km: 0,88
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Über die Entfernung tritt ein Spannungsabfall auf (-> Wirkungsgradverluste)
Ab circa 100km kann sich was wirtschaftlich lohnen?
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Eine Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ)
-> Übertragungswirkungsgrad bei 150km = 0,92
-> bei 145kV-Drehstrom-Seekabel dagegen nur 0,88 bei 150km
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Ab welcher Entfernung kann sich eine Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) wirtschaftlich lohnen?
Ab 150km
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Verknüpfung mit dem Netz an Land:
Leistungen von ein paar hundert MW können in das Hochspannungsnetz (in DE 110kV) eingespeist werden.
Zukünftige Offshore-Windparks mit Leistungen von 1000MW müssten an was angeschlossen werden?
Höchstspannungsnetz (220 bis 380kV)
Offshore - Netzintegration und Layout von Windparks
Verknüpfung mit dem Netz an Land:
Leistungen von ein paar hundert MW können in das Hochspannungsnetz (in DE 110kV) eingespeist werden.
Zukünftige Offshore-Windparks mit Leistungen von 1000MW müssten an das Höchstspannungsnetz (220 bis 380kV) angeschlossen werden.
Welche Problematik ergibt sich hierbei?
Überlandleitungen im Höchstspannungsbereich befinden sich nur nahe den großen Kraftwerken, oder den großen Stromabnehmern, bei großen Städten oder Industriezentren (!)
-> Im Bereich der deutschen Nord- und Ostseeküste werden z.B. nur 6 mögliche Verknüpfungspunkte mit dem Höchstspannungsnetz genannt
Offshore - Deutsches Höchstspannungsnetz
-> slide 43 (42)!
…
Offshore - Betrieb und Wartung
Warum darf der Wartungsaufwand ein gewisses Maß nicht überschreiten?
da sonst der Betrieb unwirtschaftlich wird.
Offshore - Betrieb und Wartung
1) Was ist ein besonderes Problem hierbei?
2) Welche Lösungsmöglichkeiten gibt es hierfür heute? (2)
1) die Erreichbarkeit der Anlagen bei rauer See
-> das Anlanden von Wartungsbooten erwies sich früher bereits bei Wellenhöhen > 1m als schwierig
2)
Boote mit speziell beweglichen Anlandevorrichtungen
Plattformen auf dem Maschinenhaus -> zum Absetzen von Personal per Hubschrauber (nur bei manchen WKA)
Offshore - Betrieb und Wartung
Wie viel Kostenintensiver (in %) ist die Wartung Offshore im Vergleich zu der auf Land?
33 bis 50% höhere Kosten
Offshore - Betrieb und Wartung
Frühzeitige Fehlerkennung ist sehr wichtig, warum?
um Arbeiten bei akzeptablen Bedingungen durchführen zu können
Offshore - Betrieb und Wartung
Welche Kennzahl gilt es mit Blick auf die Wartung (also auch die Kosten) zu maximieren?
Mean Time Between Failure (MTBF)
Offshore - Betrieb und Wartung
Was sind wesentliche Unterschiede zur Onshore-Turbine? (5)
Vorrichtung zum Korrosionsschutz und zur Entfeuchtung
Kapselung und Neugestaltung des Maschinenhauses
Integration des Transformators und des Umrichters vom Fuß der Anlage in die Gondel
Redundante und automatische Kühlsysteme
Technische Vorrichtungen für den Service auf dem Meer
Offshore - Wirtschaftlichkeit
Fundamentkosten sind deutlich höher als auf Land
Interne Verkabelung ist deutlich höher als an Land
-> siehe slide 47(46)!!!
…
Offshore - Wirtschaftlichkeit
Entwicklung spezifischer Gesamtinvestitionskosten bei Onshore-WKA (slide 47) !!
Entwicklung spezifischer Gesamtinvestitionskosten bei Offshore-Windkraftanalgen (slide 48) !!
Aufteilung der Kosten bei Offshore (slide49)!!
…
Übersicht über Offshore-Windparks auf Karte
-> slide 50-52!
…
