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agcs.momentum – Ausgabe September 2014
Herzstück der Energiewende: Offshore HGÜ-
Konverter
Ohne Stromwandler gelangt die auf See erzeugte Windenergie nicht an Land. Wie
funktioniert die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) und welche Risiken sind
mit ihr verbunden?
Die im Rahmen der EU-Richtlinie für erneuerbare Energien verfolgten Ziele werden sich nur
mit einem massiven Ausbau der Windenergie erreichen lassen. Die Windenergie ist mit
derzeit rund 8 % die größte Leistungsquelle unter den erneuerbaren Energien, wobei vor
allem der Offshore-Bereich zunehmend an Bedeutung gewinnt. In diesem Zusammenhang
wird viel über die Errichtung neuer Offshore-Windparks (OWPs) und die entsprechende
Seeverkabelung diskutiert. Vernachlässigt wird hingegen, dass der effiziente Stromtransport
an Land nicht ohne Netzanbindung und entsprechende Konverter-Stationen möglich ist. Mit
der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) wird eine im Onshore-Bereich erprobte
Technologie auf den Offshore-Bereich übertragen, was eine weitgehend verlustarme
Netzanbindung von OWPs ermöglicht. Im Folgenden werden die technischen Grundlagen,
Chancen und Risiken der HGÜ unter versicherungstechnischen Aspekten betrachtet.
Weiter – tiefer – größer: Herausforderungen für die Netzanbindung
Die Bedeutung und Komplexität des Netzanschlusses von OWPs steigen mit der Entfernung
zur Küste. In Europa und anderen dicht besiedelten Regionen mit begrenzten Onshore-
Kapazitäten wurde zunächst der sogenannte Nearshore-Bereich entlang der Küsten für
Windparks erschlossen; mittlerweile ist diese Region jedoch „gesättigt“.
In der Folge werden OWPs immer weiter auf das offene Meer hinaus verlagert. In
Deutschland besteht dieser Trend aufgrund baurechtlicher Vorschriften schon länger.
Manche der geplanten Anlagen liegen über 100 km vor der Küste und in Wassertiefen bis zu
50 m. Zudem sind die geplanten Projekte mit durchschnittlich 340 MW Nennleistung rund
70 % größer als die Anlagen im Betrieb (200 MW), weshalb die zu transportierenden
Strommengen stetig zunehmen. Damit wächst gleichzeitig der Bedarf an HGÜ-Konvertern.
Allein für die 13 bis ins Jahr 2030 geplanten Windpark-Cluster in der Nordsee sieht der
Bundesfachplan Offshore insgesamt 25 HGÜ-Konverter-Plattformen vor, von denen bislang
erst wenige errichtet worden sind.
Abb. 1: HGÜ-Plattform Borwin Beta vor Transport an den Montageort (Foto: O.Höck)
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AC/DC - Warum die Stromwandler auf See so wichtig sind
Der effiziente Stromtransport von See an Land bedarf einer anspruchsvollen technischen
Infrastruktur. Grundsätzlich ist es am ökonomischsten, den in den Windkraftanlagen
erzeugten Wechselstrom (33kV) durch Feldkabel in Umspannplattformen zu sammeln und
dort vor dem Transport an Land auf Hochspannung (110kV und höher) zu bringen. Nachdem
jedoch bei der Übertragung von Wechselstrom durch Seekabel ab einer Länge von 80 km,
die von vielen Windparks längst übertroffen wird, signifikante Energieverluste entstehen,
reicht das Hochspannen allein nicht aus. Vielmehr muss der Strom auf See umgewandelt
werden. Hierzu wird der Wechselstrom (AC) aus den Umspannstationen in HGÜ-Plattformen
geleitet, in denen er in Gleichstrom (DC) konvertiert und per Seekabel zum nächstgelegenen
Knotenpunkt, einer landseitigen HGÜ-Konverter-Station, transportiert wird; von dort aus fließt
er dann als Wechselstrom in das Verbundnetz.
Abb 2: Aufbau und Anbindung eines Windparks (Quelle: AGCS)
Neben der erheblichen Verringerung des Übertragungsverlustes durch die Umwandlung in
Gleichstrom kommt bei langen Strecken positiv hinzu, dass die HGÜ im Gegensatz zur
Wechselstrom-Technik statt 3 nur 2 Leiter benötigen, die bei gleichem Querschnitt mehr
Leistung übertragen. Nachteilig ist hingegen der hohe Kostenaufwand für die Konverter und
die Tatsache, dass hier nur eine Punkt-zu-Punkt Übertragung möglich ist, d.h. dass ein Netz
wie aus der AC-Technik nicht aufgebaut werden kann. Daher muss der Strom am Zielort
wieder umgewandelt werden.
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Giganten auf See: HGÜ-Konverter
Die neueste Generation der HGÜ-Technik (sogenannte Multilevel-Technik) setzt auf IGBTs
(Insulated Gate Bipolar Transistor) – Transistoren, die beliebig ein- und ausgeschaltet
werden können. Im Vergleich zur an Land gebräuchlichen HGÜ zeichnen sie sich u.a. durch
eine kompakte Bauweise aus und eignen sich damit für den Einsatz auf begrenztem Raum
wie Offshore-Plattformen. Zudem ermöglicht sie auch die Verwendung von XLPE-Kabeln
(Kunststoff-isolierte Kabel), die herkömmlichen Massekabeln (ölgetränkte Isolation) unter
Umwelt- und Kostengesichtspunkten überlegen sind. Trotz des vergleichsweise
raumsparenden Designs handelt es sich bei HGÜ-Plattformen um „Megastrukturen“.
Die erste HGÜ-Plattform auf See ist die 2009 errichtete BorWin Alpha, die BARD Offshore 1,
den ersten Windpark im BorWin-Cluster vor Borkum, an das Festland anbindet. Auf einem im
Meeresgrund verankerten Stahlgerüst („Jacket“) ist rund 20 Meter über dem Meeresspiegel
die sogenannte „Topside“ montiert. Dieser Technik- und Versorgungsblock füllt die Fläche
eines halben Fußballfeldes und beherbergt auf sieben Decks nicht nur Konverter und
Leittechnik, sondern auch den Wohnbereich für die mehr als 10 Mitglieder des Serviceteams,
die über den eigenen Heliport eingeflogen werden. Bemerkenswert ist, dass BorWin Alpha,
verglichen mit geplanten Projekten wie etwa SylWin Alpha, noch überschaubar ist (siehe
Abb.3). Schließlich wachsen mit der Leistung der OWPs auch die HGÜ-Konverter.
Technische Daten1 BorWin Alpha
SylWin Alpha
Gesamthöhe 84m (davon 62m Jacket) -
Gewicht 6.700t (davon 3500t Jacket und Fundament)
19.800t (davon 5.800t Fundament)
Maße Topside (LxBxH) 50x33,5x22m 82x56x40m
Anzahl & Länge Seekabel 2x125km 2x160km
Leistung 400MW (bei 150kV DC) 864MW (bei 320kV DC)
Fundament typ Feststehendes Jacket (im Meeresgrund verankert)
Ausfahrbare Beine auf feststehendem Jacket (selbsthebende Plattform)
Montage 2009 Geplant Q1/2015
Cluster BorWin SylWin
Abb.3. Vergleich von BorWin Alpha und SylWin Alpha (Quelle: 4C Offshore)
Montagerisiken – nicht nur offshore
Bis eine HGÜ-Plattform den Betrieb am Zielort aufnehmen kann, sind eine Vielzahl
technischer Risiken zu bedenken. Beachtenswert ist, dass längst nicht alle dieser Risiken
offshore liegen. HGÜ-Plattformen werden in der Regel individuell auf einen bestimmten
Kunden zugeschnitten, womit kaum Ersatz- oder Ausweichmöglichkeiten bestehen. Insofern
bringt jedes Schadenereignis während der Montage in der Werft, z.B. ausgelöst durch
Naturgefahren oder Feuer, das jeweilige Projekt in Gefahr.
1 Ungefähre Angaben ohne Gewähr. Quelle: http://www.4coffshore.com/windfarms/converters.aspx
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HGÜ-Plattformen weisen eine sehr hohe Wertekonzentration auf und machen ca. 50 % der
gesamten Anschlusskosten von OWPs aus, die unter anderem auch die Landstation und die
Seekabel beinhalten. Besonders beim finalen Transport über hunderte Kilometer zur
Montagestelle auf See, etwa auf besonderen Transportpontons, aber auch beim
anschließenden Installationsprozess (Lift der Plattform vom Ponton auf das Fundamt oder
Selbsthebeverfahren) ist ein Totalverlust denkbar. Gerade das Hebeverfahren ist besonders
heikel, vergegenwärtigt man sich, dass das Setzen der Topside auf das Jacket
Millimeterarbeit bedeutet – mit Tausenden von Tonnen am Haken.
Nur wenige Spezialschiffe weltweit verfügen über eine entsprechende Kapazität. Eines
davon ist der rund 200 m lange und 88 m breite Schwimmkran Thialf1, der bei der Montage
von BorWin Alpha eingesetzt wurde. Mit einer Tandemhebekapazität von 14.200 t an zwei
Kränen ist die Thialf der leistungsfähigste Schwimmkran der Welt.
Erschwert wird die Montage durch die Wetteranfälligkeit auf See. Die nötigen
Wetterbedingungen (Wind, Wellenhöhe und -spektren, Strömung, Sicht) sind sehr restriktiv,
womit nur ein kurzes Zeit- bzw. Wetterfenster für die wesentlichen Arbeitsschritte bis zum
„Touchdown“, dem Setzen des Fundaments oder der „Topside“, besteht. Dies wiegt umso
schwerer, als verlässliche Wetterprognosen nur etwa drei Tage im Voraus erstellt werden
können und daher Montagecrew und Spezialausrüstung auf Standby gehalten werden
müssen. Mitunter bedeutet dies, tagelang auf geeignete Montagebedingungen zu warten,
was beträchtliche Kosten verursacht.
Sicherheit auf See – der Marine Warranty Surveyor
Um die besonderen Risiken bei Offshore-Projekten besser bewältigen zu können, werden
von den Versicherungen spezielle Auflagen und Bedingungen, auch Warranties genannt, mit
den Versicherungsnehmern vereinbart. Zur Spezifizierung und Kontrolle der Einhaltung
dieser Warranties werden hierfür qualifizierte Sachverständige eingesetzt. Diese
sogenannten Marine Warranty Surveyors (MWS) prüfen und zertifizieren die
Prozessablaufpläne (Method Statements) und alle relevanten Fahrzeuge und Ausrüstungen
für den Transport und die Installationen der Plattformen (z.B. Heavy Lifts). Für den
Versicherungsnehmer ist der MWS eine weitere unabhängige Kontrollinstanz, die das
Gelingen der Abläufe gewährleistet. Dabei stehen neben den Risiken für die Plattform auch
der technische Arbeitsschutz und der Schutz der Umwelt im Vordergrund.
Gefahren auf See – Korrosion, Riesenwellen und Schiffsprall
Neben den inhärent technischen Risiken der Anlage, z.B. Serienschäden an Konvertern oder
Brandgefahr, und dem Montagerisiko birgt die maritime Umgebung ganz eigene Gefahren.
Offshore-Projekte sind anderen geophysikalischen Bedingungen ausgesetzt als Projekte an
Land. Aus der Seefahrt liegen jahrhundertealte Erfahrungen vor, die unter dem Begriff
"Gefahren der See" zusammengefasst werden. Darunter fallen beispielsweise die
fortwährende Gefahr des Untergangs, die Abgeschiedenheit wie auch die ungebremste
Gewalt von Stürmen. Nennenswert ist in diesem Zusammenhang auch die feuchte,
salzhaltige Luft, die zur Korrosion an Anlagen führen kann. Um dem zu begegnen, wird die
Atmosphäre in den Konverter-Stationen aufbereitet und konstant bei geringem Überdruck
gehalten.
Gefahr droht darüber hinaus von Schiffen. Die Küstengebiete Europas zählen zu den meist
befahrenen Gewässern der Welt. Eine Kollision, etwa mit einem Containerschiff der Emma-
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Maersk-Klasse (bis zu 400 m Länge), hätte zweifelsohne schwere Schäden oder gar den
Totalverlust der Plattform zur Folge. Insofern müssen schon während der Planung und
Lagebestimmung der HGÜ-Plattform die entsprechenden Seefahrtsrouten berücksichtigt
werden. Dies gilt vor allem für den Transport, zumal der Schleppzug auf dem Weg vom
Bauplatz zum Montageort verkehrsreiche Schifffahrtsstraßen queren muss.
Eine weitere Gefahrenquelle stellen Riesenwellen dar. Hierbei handelt es sich um Wellen,
die auf hoher See plötzlich auftreten und die durchschnittliche maximale Wellenhöhe deutlich
übersteigen können. Lange Zeit als „Seemannsgarn“ abgetan, wurde eine solches
Phänomen erstmals am 1. Januar 1995 an der norwegischen Draupner Ölplattform in der
Nordsee zweifelsfrei registriert. Während eines starken Sturms mit durchschnittlichen
Wellenhöhen von rund 12 m wurde die Plattform plötzlich von einer 26 m hohen Welle
erfasst und leicht beschädigt. Sofern derartige Wellenhöhen beim Gründungs- bzw.
Plattformkonzept, insbesondere der Auflagehöhe der Topside, nicht bedacht werden,
können schwere Schäden die Folge sein.
Schlüsselstellung – viele Windparks, wenige HGÜ-Konverter
Um die Kosten für die Übertragungsnetzbetreiber (TSO – Transmission System Owner)
möglichst gering zu halten, werden OWPs zu Clustern zusammengefasst, die sich eine oder
mehrere HGÜ-Plattformen teilen. Insofern sind die Konverter-Stationen ein wichtiges
Verbindungselement, das allerdings beträchtliche Risiken birgt. Während Störungen an
Windrädern oder Umspannplattformen aufgrund vorhandener Redundanz nicht zwingend zur
Betriebsunterbrechung führen, kann ein Ausfall des HGÜ-Konverters mehrere OWPs oder
sogar den gesamten Cluster betreffen. Insbesondere lange Instandsetzungszeiten von bis zu
24 Monaten können dann Rückwirkungsschäden (Contingent Business Interruption) wegen
entgangener Einspeisevergütung verursachen.
Abb 4: Ausfallrisiken (Quelle AGCS)
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Maßgeschneiderte Versicherungskonzepte
Angesichts des im Offshore-Business üblichen Multi-Contractings umfassen die HGÜ-
Konverter-Stationen in aller Regel viele Projektpartner, deren individuelle Bedürfnisse und
Interessen sowohl beim Risikomanagement als auch bei der Konzipierung der
Versicherungslösung zu berücksichtigen sind.
Damit Hersteller und Betreiber den Bau einer HGÜ-Plattform versichern können, müssen
neben Transport- und Schiffskasko-Risiken auch Errichtungs- und Haftpflichtrisiken bewertet
werden. Hierfür benötigt der Versicherer u.a. detaillierte Informationen zum Logistikkonzept
(für Transporte und Bau) der Plattform. Weitere risikorelevante Faktoren sind Kumulrisiken,
wie z.B. Sturm oder Serienschäden. Die Herausforderung für den Engineering-Versicherer
besteht darin, die oben geschilderten Risikoszenarien im Rahmen einer Police abzudecken,
um im Schadenfall Abgrenzungsdiskussionen zu vermeiden. Dies ist mit der „Offshore-
Police“ auf Basis des englischsprachigen WindCar Wordings aus Sicht der AGCS gut
gelungen. Folgende Risiken sind bis zur vorläufigen Abnahme der Offshore-Plattform durch
den Besteller/Auftraggeber im Rahmen des PAC (Provisional Acceptance Certificate)
gedeckt:
- die Montagen der ausführenden Unternehmen in deren Werken - die Transporte von diesen Werken zu den Vormontageplätzen, z.B. an der
Nordseeküste - der Zusammenbau der einzelnen Komponenten an den Vormontageplätzen - die Transporte von den Vormontageplätzen an der Nordseeküste zum eigentlichen
Montage-/Bestimmungsort in der Nordsee - die anschließende Montage in der Nordsee
Die für den Offshore-Bereich speziell ausgebildeten Ingenieure des Allianz Risk Consulting
(ARC) begleiten die oben angeführten Prozesse und unterstützen den Versicherungsnehmer
beim Risikomanagement. Darüber hinaus ist eine enge Abstimmung zwischen dem MWS
des Versicherungsnehmers und dem Versicherer für die erfolgreiche Projektabwicklung
erforderlich.
Mit der Technologie wachsen
Als führender Versicherer bei der Errichtung von HGÜ-Plattformen hat Allianz Global
Corporate & Specialty (AGCS) weitreichende Erfahrungen im Offshore-Business erworben.
Insbesondere schätzen die Kunden die enge Kooperation zwischen den Allianz Risiko-
Ingenieuren (mit ihren Spezialkenntnissen in den Bereichen Transport und Engineering)
und den Underwriting-und Claims-Experten der AGCS.
Wie eingangs erwähnt, ist der Markt für offshore HGÜ-Konverter im Wachstum begriffen. Die
stetig steigende offshore Stromproduktion erfordert Expertise in Sachen Netzanbindung und
vor allem immer größere und effizientere Anlagen. Als Versicherer entwickelt sich AGCS mit
der Offshore-Technologie stetig weiter und wird seine Kunden auch im Rahmen künftiger
Projekte mit Versicherungskapazitäten, technischem Know-how und exzellentem Service
unterstützen.
Unsere Experten
Oliver Höck, Diplom-Ingenieur und Diplom-Wirtschaftsingenieur, ist als Allianz Risk
Consultant bei AGCS mit der Beurteilung von elektrotechnischen Risiken (u.a.
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Prototypen) und mit der Regulierung elektrotechnischer Schäden betraut. HGÜ-
Technik (onshore und offshore) und Kabel gehören zu seinem Spezialgebiet
E-Mail: [email protected]
Maximilian Mock, Diplom-Ingenieur, ist Risk Consultant Engineering bei AGCS und
auf Offshore Wind Risiken spezialisiert. Er besichtigt Windenergie-Anlagen und
nimmt für sie Risikobewertungen vor.
E-Mail: [email protected]
Joachim Eichhorn, Expert Engineering Underwriter bei AGCS, verfügt über
langjährige Praxiserfahrung im Bereich Offshore-Wind. Im Rahmen des Center of
Competence für Offshore-Wind betreut er internationale Kunden bei der Deckung
ihrer Risiken. Zu seinen Schwerpunkten zählen Montage- und Betriebsdeckungen
von Offshore-Windparks.
E-Mail: [email protected]
Quellen:
Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (2012): Bundesfachplan Offshore für die
deutsche ausschließliche Wirtschaftszone der Nordsee 2012, siehe unter:
http://www.bsh.de/de/Meeresnutzung/BFO/Dokumente/BSH_BFO-Nordsee2012-
Netzplan_Internet.pdf
Roland Berger Strategy Consultants (2013): Offshore Wind towards 2020, siehe unter:
http://www.rolandberger.com/media/pdf/Roland_Berger_Offshore_Wind_Study_20130506.pdf
Böttcher, Jörg (2013): Handbuch Offshore Windenergie
Gesamtverband der deutschen Versicherungswirtschaft – GDV (2013): Erneuerbare Energien,
Gesamtüberblick der Technischen Versicherer im GDV über den technologischen
Entwicklungsstand und das technische Gefährdungspotenzial, siehe unter:
http://www.gdv.de/wp-content/uploads/2013/04/GDV-
Broschuere_Erneuerbare_Energien_2013.pdf
Europäische Kommission (2009): Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the
Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources, siehe
unter: http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX:32009L0028
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (2014): Erneuerbare Energien auf einen Blick,
siehe unter: http://www.bmwi.de/DE/Themen/Energie/Erneuerbare-Energien/erneuerbare-
energien-auf-einen-blick.html
4C Offshore, siehe unter: http://www.4coffshore.com/windfarms/converters.aspx
