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Zukunft Windkraft:Die Energie aus dem Meer

Technische Möglichkeiten und ökologische Rahmenbedingungen

Studie/Kurzfassung

Herausgeber Greenpeace e.V., Große Elbstr. 39, 22767 Hamburg, Tel. 040 /306 18 -0, Fax 040/306 18-100, Email: mail@greenpeace.de,

Politische Vertretung Berlin, Marienstr. 19-20, 10117 Berlin, Tel. 030 /30 88 99 - 0, Fax 030 /30 88 99 - 30, Internet: www. greenpeace.de

Kurzfassung der Studie Zukunft Windkraft – Die Energie aus dem Meer. Technische Möglichkeiten und ökologische Rahmenbedingungen.

Deutsches Windenergie Institut (DEWI), Ebertstr. 96, D-26382 Wilhelmshaven. Autoren Dipl.-Ing. Holger Soeker, Dr. Knud Rehfeldt,

Dipl.-Ing. Fritz Santjer, Dipl.-Phys. Martin Strack, Dr. Matthias Schreiber, Schreiber Umweltplanung. Im Auftrag von Greenpeace Deutschland

(GPD) in Zusammenarbeit mit Greenpeace Niederlande (GP NL), Greenpeace Belgien (GPB), Greenpeace Nordic (GPN), Greenpeace England

(GP UK) und Greenpeace International (GPI). Der Text der Kurzfassung wurde von Greenpeace redaktionell bearbeitet. Internationale

Studienleitung und Redaktion Dipl.-Ing. Sven Teske, GPD, Hamburg, unter Mitarbeit von Dr. Karl Mallon, GPI, Amsterdam, M.Sc. Christine

Algera, GP NL, Amsterdam, Ir. Bernhard Huberlant, GPB, Brüssel, Tarje Haarland, GPN, Kopenhagen, Ian Taylor, GP UK, London.

Vielen Dank an Kathleen McCaughey, John Saul, Claudia Teichmann und Rotraud Hänlein. Übersetzung Nicole Neumann, Holger Soeker.

Gestaltung Horses for Courses, Hamburg. Druck edp, Virchowstr. 12, 22767 Hamburg. Auflage 1.000 Exemplare, V.i.S.d.P. Sven Teske

Stand 10/2000; Gedruckt auf 100% Recyclingpapier.

Zur Deckung der Herstellungskosten bitten wir um eine Spende: Postbank Hamburg, BLZ 200 100 20, Konto-Nr. 97 338 - 207

Inhaltsverzeichnis

Vorwort von Greenpeace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1. Einleitung vom Deutschen Windenergie Institut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1.1 Entwicklung der Windenergienutzung in Europa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1.2 Rolle der Windenergienutzung für Klimaschutz und Ressourcenerhalt . . . . . . . . . . .7

1.3 Motivationen für die Offshore-Windenergienutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

2. Potenzial der Offshore-Windenergienutzung in der Nordsee . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

2.1 Offshore-Windressourcen in der Nordsee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

2.2 Wassertiefe und Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.3 Einschätzung des Offshore-Windenergiepotenzials in der Nordsee . . . . . . . . . . . . .10

3. Offshore-Windenergietechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

3.1 Offshore-Windenergieanlagen und Tragkonstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

3.2 Offshore-Windparkauslegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3.3 Netzanbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

4. Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

5. Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

5.1 Strategische Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

5.2 Gesetzlicher Hintergrund der UVP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

5.3 Umfang der Umweltverträglichkeitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

5.4 Empfehlungen für die Durchführung der UVP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

6. Sozioökonomische Auswirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

7. Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

8. Literaturangaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

Vorwort von Greenpeace

Die nordeuropäischen Länder nutzen dieNordsee seit Jahrzehnten zur Energiegewin-nung. Auf über 400 Öl- und Gasbohrplattfor-men werden jährlich Hunderte MillionenTonnen fossile Brennstoffe gefördert. Bohr-schlämme und Ölleckagen verseuchen denMeeresboden. Die Nordsee ist längst zumIndustriegebiet geworden – mit verheeren-den Auswirkungen für die Meeresflora und -fauna, aber auch für das Klima. Durch Ver-brennung bei der Öl- und Gasförderung wer-den große Mengen von Kohlendioxid (CO2)freigesetzt, das die Erde zum Treibhausmacht. Das Abschmelzen der Gletscher undvermehrte extreme Wetterlagen sind Vorbo-ten der Klimakatastrophe.

Die Nutzung der Atomenergie ist keineLösung für das Klimaproblem. Noch immergibt es kein Endlager für hoch radioaktivenMüll. Die atomaren Wiederaufarbeitungsan-lagen Sellafield und La Hague verseuchendurch radioaktive Abwässer die Nordsee. DerAusstieg aus der gefährlichen Atomenergieund die Reduzierung der klimaschädlichenTreibhausgase sind substanziell für den Auf-bau einer nachhaltigen Energieversorgung.

Windkraftanlagen auf See, so genannteOffshore-Windparks, sind eine vielverspre-chende neue Technologie. Erste positiveErfahrungen mit Demonstrationsprojektenkonnten in Dänemark gemacht werden. Auf-grund der erheblich stärkeren Winde auf Seekönnen bis zu 40 Prozent mehr Energiegewonnen werden als bei vergleichbarenAnlagen an der Küste. Und das Potenzial istriesig: Bei Nutzung aller erschließbarenEnergiemengen könnte Europa seinengesamten Strombedarf aus Offshore-Wind-energie decken: Allein in Deutschland ließesich gut die Hälfte des benötigten Stromes„aus der Nordsee“ beziehen.

Um die auf internationalen Konferenzenvereinbarten Klimaschutzziele zu erreichen,muss Windenergie dringend ausgebaut wer-den. Die Nutzung der Windkraft erspart

Deutschland schon jetzt rund 4,8 MillionenTonnen CO2-Emissionen pro Jahr. Bereits imJahr 2005 könnten es 12,71 Millionen Ton-nen jährlich weniger sein, wie die vorliegen-de Studie belegt.

Noch sind die Bemühungen für den Aus-bau von Offshore-Windparks in den einzel-nen EU-Ländern sehr unterschiedlich. MitAbstand am weitesten fortgeschritten in denPlanungen ist Dänemark. Speziell imBereich der Offshore-Windenergienutzunggibt es organisatorische und technische Hin-dernisse. Beispielsweise fehlt in den euro-päischen Ländern ein einheitliches Geneh-migungsverfahren. Innerhalb der einzelnenStaaten sind die Kompetenzen für dieGenehmigung oft nicht klar geregelt.

Offshore-Windenergieanlagen sind zurZeit noch etwa 60 Prozent teurer als Onshore-Anlagen, weil die Kosten für Fundamenteund Netzanschluss erheblich höher liegen.Die Länge des Kabels ist der ausschlagge-bende Kostenfaktor. Ein küstennaher Off-shore-Windpark mit relativ hoher Anschlus-sleistung in flachem Gewässer ist deshalbbesonders wirtschaftlich. Kleinere Wind-parks, die in größerer Entfernung von derKüste und damit meist in tieferem Gewässerstehen, sind teurer. Eine sinnvolle Größe derOffshore-Windparks liegt derzeit bei etwa100 Anlagen, die jeweils zwischen 2,5 und 5Megawatt Leistung erbringen. Damit würdeder Windpark eine Fläche von circa 40 bis 80Quadratkilometern benötigen. Dies ent-spricht einem Feld von 6,3 bis 8,9 Kilome-tern Kantenlänge.

Neben technischen Anforderungen müs-sen auch eine Reihe von ökologischen Rah-menbedingungen bei der Planung, dem Bauund dem Betrieb eines Offshore-Windparksberücksichtigt werden. Im Spannungsfeldzwischen Ökologie und Ökonomie von Off-shore-Windkraftanlagen sind verlässlicheund international abgestimmte Rahmenbe-dingungen erforderlich.

Um eine umweltfreundliche und effektivePlanung und Genehmigung für Offshore-Windkraftanlagen in der gesamten Nordseezu ermöglichen, hat Greenpeace in Zusam-

4 Zukunft Windkraft Vorwort

Vorwort Zukunft Windkraft 5

menarbeit mit dem Deutschen WindenergieInstitut die Struktur für eine erforderlicheUmweltverträglichkeitsprüfung erarbeitet.Das Deutsche Windenergie Institut hat Infor-mationen über den neuesten technischenStand, das Klimaschutz-Potenzial sowie diezur Zeit erzielbare Wirtschaftlichkeit zusam-mengetragen. Greenpeace hat die Strukturender zur Zeit vorliegenden Umweltverträg-lichkeits-Prüfungen international verglichenund den vorliegenden Datenbestand über dieFlora und Fauna der Nordsee analysiert.

Als Ergebnis dieser Arbeit schlägt Green-peace eine Strategische Umweltverträglich-keitsprüfung (SUVP) vor. Ihr Kernpunkt ist,dass der standortspezifischen Umweltver-träglichkeitsprüfung eine Technologieprü-fung vorgeschaltet wird. Technologien, dieden Treibhauseffekt ankurbeln und chemi-sche oder radioaktive Substanzen freisetzen,sind generell nicht genehmigungsfähig. Da-rüber hinaus sollten bei einer strategischenPlanung Flächen ausgewiesen werden, diefür die Windenergienutzung im Nordsee-raum Vorrang haben.

International und regional bestehen erheb-liche Unterschiede in der Qualität der verfüg-baren Daten aus den Bereichen Ökologie,Naturschutz und Nutzungsstruktur der Nord-see. Aus diesem Grund sollten die Regierungender Nordseestaaten dringend in entsprechendeForschungsprogramme investieren. Um einezügige und gleichzeitig umweltfreundlicheEntwicklung der Offshore-Windenergie zuerreichen, hat Greenpeace einen 10-PunktePlan erarbeitet. Greenpeace fordert:

1. Die Regierungen der Nordseestaatendürfen keine weiteren Lizenzen für neue Öl-und Gasfördergebiete in ihren Hoheitsge-wässern ausgeben. Im Seegebiet dürfenzukünftig nur Offshore-Windparks geneh-migt werden.

2. Die Regierungen der Nordseestaatenmüssen veranlassen, dass das Stromnetz biszum Offshore-Windpark ausgebaut wird.Die Kosten müssen die Betreiber der Strom-netze als einen Beitrag zum Ausbau derInfrastruktur für eine nachhaltige Energie-versorgung tragen.

3. Ein nordseeweites Einspeisungsgesetzoder vergleichbare Markteinführungspro-gramme für Offshore-Windparks.

4. Alle neuen Offshore-Energieprojektein und an der Nordsee dürfen nur aufGrundlage einer Strategischen Umweltver-träglichkeitsprüfung genehmigt werden.Damit wird eine globale und regionaleUmweltverträglichkeitsprüfung zwingendvorgeschrieben. Besonderen Wert wird aufdie Klimawirksamkeit des beantragten Pro-jektes gelegt.

5. Start eines europäischen Meeresfor-schungsprogramms mit dem Ziel, mehrStandort- spezifische Daten zu erhalten.

6. Start eines europäischen Offshore-Windmessprogramms.

7. Internationale Koordinierung vonOffshore-Windpark-Projekten, um mehrfa-che Kabelquerungen innerhalb eines kurzenZeitabschnittes oder parallele Kabellegun-gen in den Grenzregionen der Nordseelän-der zu vermeiden.

8. Die Regierungen der Nordseestaatenmüssen ein Strukturhilfeprogramm für denUmbau der Regionen, die von der Öl- undGas-Offshore-Industrie abhängig sind aufle-gen. Die Zukunft gehört den regenerativenEnergien auf See und an Land.

9. Offshore-Windenergie ist eine regene-rative Energiequelle und muss Teil der Kli-maschutzprogramme der Nordseeländersein. Erneuerbare Energien und Energieeffi-zienz sollten dem Handel mit Verschmut-zungsrechten eindeutig vorgezogen werden.

10. Die Regierungen der Nordseestaatenmüssen erneuerbare Energien auch interna-tional als wichtige Zukunftstechnologie för-dern.

Greenpeace ist davon überzeugt, dass diefünfte Nordseeschutzkonferenz im März2002 eine gute Gelegenheit bietet, ein Über-einkommen für den Umbau der fossilenEnergiewirtschaft zur regenerativen Energie-wirtschaft in der Nordsee zu erzielen.

Dipl.-Ing. Sven Teske Greenpeace im Oktober 2000

1. Einleitung vomDeutschen Wind-energie Institut

Die Debatte über Umwelt- und Klimaschutz,die seit den achtziger Jahren kontinuierlichgeführt wird, hat zur Veränderung der Ener-giepolitik in vielen Industrieländern beige-tragen. Insbesondere der exzessive Gebrauchvon fossilen Energieträgern und der damitverbundene massive Ausstoß von CO2 ist alsHauptursache für den Treibhauseffekterkannt worden, der möglicherweise zueiner weltweiten Klimaveränderung führenwird. Als Antwort darauf haben viele Regie-rungen Ziele zur Verringerung des CO2-Aus-stoßes aufgestellt. Auf der Suche nachLösungen zur Neuorganisation der nationa-len Energieversorgungen ist klar geworden,dass eine umweltfreundliche und nachhalti-ge Energiepolitik nur durch die Mobilisie-rung aller Energiesparmöglichkeiten inKombination mit einem intensiviertenGebrauch von erneuerbaren Energiequellenerreicht werden kann. Um zu einer wahrhaf-tig nachhaltigen Energiepolitik zu gelangen,müssen sämtliche Energiequellen, die imEnergiemix einfließen, bestimmte Schlüssel-

bedingungen erfüllen: langanhaltende Res-sourcen, technische und ökonomische Ver-fügbarkeit, Umwelt- und Sozialverträglich-keit. In Bezug auf diese Bedingungen hatWindenergie bewiesen, dass sie eine lebens-fähige Option für die nahe Zukunft ist.

1.1 Entwicklung der

Windenergienutzung in Europa

1999 ist die Zuwachsrate der Windenergie-nutzung weltweit und in Europa bemerkens-wert angestiegen. Mit einer neu installiertenWindkraftkapazität von 3.924 Megawattweltweit, wurden die Installationszahlen desVorjahres um 51 Prozent [2] übertroffen.

Die Steigerung der in Europa im Jahr 1999neu installierten Leistung um 80,08 Prozentauf 3.193 Megawatt im Vergleich zu 1998zeigt deutlich ein wachsendes Interesse ander Windenergienutzung auf dem Konti-

6 Zukunft Windkraft Einleitung

Summe der Installierte PrognosenInstallatioen Kapazitäten bis 2004

bis Ende 1999 in 1999Megawatt Megawatt Megawatt

Österreich 34 9 214

Belgien 11.2 3.1* 220*

Dänemark 1.738 326 3.338

Finnland 39 21 244

Frankreich 25 4 725

Deutschland 4.442 1.568 10.540

Griechenland 158 103 808

Irland 74 10 329

Italien 277 80 1.477

Niederlande 433 54 1.208

Norwegen 13 4 963

Portugal 61 10 261

Spanien 1.812 932 9.912

Schweden 220 44 1.145

Schweiz 3 0 123

Türkei 9 0 579

Großbritannien 362 24 1.312

Andere europ. Länder 27.8 4 219

Summe Europa 9.739 3.193 33.617

Tabelle 1.1:Windenergienutzung

in Europa (Stand

31.12.99) und

Prognosen bis 2004 [1]

Windenergie ist eine

wichtige Option für

eine umweltverträg-

liche und nachhaltige

Energiepolitik.

Offshore-AnlageTunoe Knob:

ein Beispiel für Windenergienutzung

auf See

* Schätzung auf der Basis von Informationen von Greenpeace Belgien

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nent. Diese Steigerung wird umso deutli-cher, wenn man sich die Prognosen der Ent-wicklung der Windenergienutzung in Euro-pa [1] ansieht. Bis 2004 werden ungefähr33.400 Megawatt installierte Kapazitätenerwartet. Ausgehend von 9.739 MegawattEnde 1999, ist ein Zuwachs von nahezu23.650 Megawatt notwendig, dies bedeuteteine jährliche Zuwachsrate von 4.732 Mega-watt in den nächsten fünf Jahren. Tabelle 1.1weist Deutschland, Spanien und Dänemarkals die führenden Länder des europäischenMarktes aus, die 2.826 Megawatt der 1999neu ausgebauten Kapazitäten von insgesamt3.193 Megawatt bereitstellen. In andereneuropäischen Ländern ist der Ausbau vonWindenergienutzung etwas weniger dyna-misch oder hat gerade erst begonnen, wie inNorwegen und der Türkei.

Einleitung Zukunft Windkraft 7

Windenergienutzung

reduziert die CO2-

Emission erheblich.

Jährliches Jährliche Anteil an denEnergie Reduzierung der nationalen

Potenzial CO2-Emission Zielen

Belgien 24.3 GWh 7.095 Tonnen 0,08 %(31.12.1999)

Nationale Ziele: 478 GWh 139.000 Tonnen 1.6 %7.5 % Reduzierung der CO2-Emission 1990 (Installation vonder Energieversorgung bis 2010 220 Megawatt)

Dänemark 3,800 GWh1) 2.82 Mill. Tonnen 24.7 %1)

(31.12.1999)

Nationale Ziele: 7,310 GWh1) 5.42 Mill. Tonnen 47.5 %1)

1) 20 % Reduzierung der CO2-Emission 1998 (Vorschau bis 2004)der Energieversorgung bis 2005

2) Energy Plan 21 12,045 GWh2) 8.93 Mill. Tonnen 31.3 %2)

(5,500 Megawatt by 2030)

Deutschland 8,251 GWh 4.79 Mill. Tonnen 1.9 %(31.12.1999)

Nationale Ziele: 21,906 GWh 12.71 Mill. Tonnen 5.0 %25 % Reduzierung der CO2-Emission 1990 (Vorschau bis 2005)der Energieversorgung bis 2005

Niederlande 945 GWh 0.55 Milli. Tonnen 5.3 %(31.12.1999)

Nationale Ziele: 2,635 GWh 1.54 Mill. Tonnen 14.8 %6 % Reduzierung der CO2-Emission 1990 (Vorschau bis 2004)der Energieversorgung bis 2010

5,999 GWh 3.49 Mill. Tonnen 33.4 %(2.750 Megawatt by 2020)

Großbritannien 606 GWh 0.32 Mill. Tonnen 0.1 %(31.12.1999)

Nationale Ziele: 2,873 GWh 1.5 Mill. Tonnen 4.5 %20 % Reduzierung der CO2-Emission 1990 (Vorschau bis 2004)der Energieversorgung bis 2010

7,555 GWh 3.95 Mill. Tonnen 11.8 %(3,450 Megawatt by 2010)

Tabelle 1.2:Anteil der CO2-Reduzierung durch Windenergienutzung in

den Nordseeanrainerstaaten, unter Anwendung der natio-

nalen spezifischen CO2 Reduzierungsfaktoren [3, 4, 5, 6, 7]

1.2 Rolle der Windenergienutzung

für Klimaschutz und Ressourcenerhalt

Die Rolle der Windenergienutzung für denKlima- und Ressourcenschutz wird im fol-genden Abschnitt an Hand der beschriebe-nen Entwicklung der Windenergie aufge-zeigt. Es ist das Ziel, die Rolle und den Bei-trag herauszustellen, den die Windenergie imKontext von Klima- und Ressourcenschutzleisten kann. Die Auswirkungen der Wind-energienutzung werden hier als Anteile anden jährlichen CO2-Reduzierungszielen derbetrachteten Länder ausgedrückt, die durchden Ersatz von Strom aus Kohle-, Öl-, Gas-und Atomkraftwerken erreicht werden kön-nen. Die spezifischen Zahlen für Nordseean-rainerstaaten sind in Tabelle 1.2 aufgeführt.

Die insgesamt 21,3 Millionen TonnenCO2-Emissionen im Jahr, die durch die auf-geführten Nordseeanrainerstaaten bis 2004

eingespart werden könnten, zeigen diebemerkenswerte Rolle der Windenergienut-zung für den Klima- und Ressourcenschutz.Für eine eingehendere Beschreibung vonnationalen Zielen der CO2-Reduzierung undvon nationalen Strategien zur Umsetzungdieser Ziele sei der Leser/die Leserin auf denvollständigen Abschlussbericht der vorlie-genden Studie verwiesen.

1.3 Motivationen für die

Offshore-Windenergienutzung

Nach Darlegung des erheblichen Anteils ander Verringerung des CO2-Ausstoßes, derdurch die Nutzung von in erster Linie On-shore-Windenergie erreicht werden kann,und angesichts des Problems, Platz für denweiteren Ausbau von Onshore-Windenergiezu finden, ist die Verlagerung auf Offshore-Windenergienutzung eine zwingende Alter-

native. Dies betrifft die Situation in allenNordseeanrainerstaaten, obwohl festgehal-ten werden muss, dass die Gründe für dieKnappheit von Onshore-Standorten sich vonLand zu Land unterscheiden. Offensichtlichist die bereits eingetretene oder erwarteteStandortverknappung der Onshore-Wind-parks ein erster wichtiger Grund für die Ver-lagerung auf die offene See.

Die Tatsache, dass die Windgeschwindig-keiten auf See im Vergleich zu Standorten anLand bedeutend höher sind, stellt einen wei-teren wichtigen Grund für die Offshore-Wind-energienutzung dar. Mit Windgeschwindig-keiten von weit über 8 Meter pro Sekunde ineiner Höhe von 60 Metern über den meistennördlichen europäischen Seen kann an Off-shore-Standorten jährlich 40 Prozent mehrEnergieausstoß erzielt werden als an gutenküstennahen Onshore-Standorten in Däne-mark, Belgien, den Niederlanden undDeutschland. Dennoch wird geschätzt, dassdie Kosten pro installierter Leistung bei derVerlegung auf die offene See um 60 Prozentsteigen [8]. Deshalb wird die technische Ver-fügbarkeit der Windenergieanlagen zu einersehr wichtigen Frage.

Ein dritter Grund für die Offshore-Wind-energienutzung besteht darin, die vorhande-nen Konflikte im Zusammenhang mit demAusbau von Onshore-Windparks auszuräu-men. Durch Verlegen der Windparks auf dieoffene See wird im Allgemeinen erwartet,den Eingriff der Windenergienutzung in dieLandschaft und die Umwelt zu minimieren,vorrausgesetzt, es handelt sich um echteOffshore-Windparks, d.h. sie werden ineiner Entfernung von mehr als 12 Kilome-tern aufgebaut. Bei einer solchen Distanzkann man davon ausgehen, dass die Wind-parks die meiste Zeit unsichtbar sind [9].

Ein vierter Grund besteht in der Tatsache,dass die Windenergieindustrien Dänemarks,der Niederlande und Deutschlands neueMärkte entwickeln müssen. Selbst wenn derOffshore-Markt in der Nordsee begrenzt ist,wird er Herstellern und Windparkplanern/ -betreibern ermöglichen, unschätzbare Er-fahrungen zu sammeln und wird ebenfalls

8 Zukunft Windkraft Einleitung

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Gasabfackelung aufÖlplattformen verur-sacht Klimaschäden

als Vorzeigeobjekt der hiesigen Industriedienen, wenn es in Zukunft darum geht, wei-tere Offshore-Märkte zu erschließen.

2. Potenzial derOffshore-Wind-energienutzung inder Nordsee

Die wichtigste Frage im Zusammenhang mitdem verfügbaren Potenzial einer möglichenOffshore-Windenergienutzung ist die nachden in dem betreffenden Gebiet vorhande-nen Windressourcen. Aber es gibt auch eineAnzahl anderer Einschränkungen, die dasausbaufähige Potenzial begrenzen. Die wich-tigsten Parameter, die es zu bedenken gilt,sind der Jahresdurchschnitt der Windge-schwindigkeit, die Wassertiefe und die Ent-fernung zur Küste neben anderen Ein-schränkungen wie Wellenhöhen, Zustanddes Meeresbodens und andere Nutzungen,die die Verfügbarkeit interessanter Flächenbegrenzen. Solche anderen Nutzungen sind:

• Natur- und Landschaftsschutz

• militärische Nutzung

• Ausbaggerungs- und Bergbau-konzessionen

• Ablagerung von Ausbaggerungsmaterial

• Fischfang

• Verkehr

• Pipelines und Kabel

• Erholung.Eine umfassende Beschreibung der Wind-

energie-Potenziale zu liefern, ist im Rahmender vorliegenden Arbeit nicht beabsichtigt.Daher wird das Augenmerk auf eine kurzeBeschreibung der Windressourcen, der Wind-eigenschaften und dem Zusammenhang vonWassertiefe und Wellen gelegt. Eine aktuelleUntersuchung der Nutzungsfunktionen derNordsee ist im Rahmen der Pilotstudie vonOranjewoud durchgeführt worden [10], aberauch in [19] wird die Frage der Flächenein-schränkungen für die Offshore-Windener-gienutzung bereits diskutiert.

2.1 Offshore-Windressourcen

in der Nordsee

Die mittlere Jahreswindgeschwindigkeit desWindes über der gesamten Nordsee wird ineiner Höhe von 60 Metern auf über 8 Meterpro Sekunde geschätzt, d. h. 8 bis 9 Meterpro Sekunde im südlichen Teil und 9 bis 10Meter pro Sekunde im nördlichen Teil. DieseZahlen beschreiben die Windgeschwindig-keit lediglich überblicksweise. Wenn manjedoch bedenkt, dass die ökonomische Trag-fähigkeit jedes einzelnen Windparkprojektessehr sensibel auf Veränderungen in derAnnahme des Jahresmittels der Windge-schwindigkeit von nur wenigen ZehntelMeter pro Sekunde abhängt, wird die Not-wendigkeit einer möglichst genauen stand-ortspezifischen Ermittlung der jeweiligenWindressourcen deutlich. Es gibt unter-schiedliche Ansätze, um die Offshore-Wind-ressourcen zu beschreiben.

Die bei weitem genaueste Methode ist,meteorologische Messungen am jeweiligenStandort selbst vorzunehmen. Dazu mussman einen meteorologischen Messmasterrichten und ihn über einen Zeitraum vonmindestens einem Jahr betreiben. Da dieDurchführung dieser Messungen mit hohenKosten verbunden ist, werden langfristigeSchätzungen der Windgeschwindigkeit mitHilfe der MCP- (Measure Correlate Predict:messen – korrelieren – vorhersagen) Metho-de [11] ermittelt, wobei Offshore-Messdateneiner Messkampagne mit Onshore-Langzeit-daten korreliert werden. Zur Zeit gibt es nursehr wenige Daten aus dezidierten Messun-gen an Offshore-Standorten [11, 12].

Eine andere Technik beruht auf derSchätzung von Offshore-Windgeschwindig-keiten mit Hilfe der Europäischen WindAtlas Methode (WasP) [14] auf der Basis vonLangzeit-Windmessdaten oder auf der Basisvon Daten des atmosphärischen Drucks aufMeereshöhe. In diesem Verfahren werdenLangzeitdaten landgestützter Windmessun-gen dazu genutzt, den geostrophischenWind zu schätzen (d. h. den Wind in ca.1500 Meter Höhe frei von Bodeneinflüssen).Ausgehend vom geostrophischen Wind kann

Offshore-Windenergienutzung in der Nordsee Zukunft Windkraft 9

die Windgeschwindigkeit in Ober-flächennähe am betreffenden Standortbestimmt werden, wobei Informationenüber die lokalen topologischen Gegebenhei-ten und die Rauheit der Geländeoberflächeeinfließen. Während diese Methode demStand der Technik für die Entwicklung vonOnshore-Standorten entspricht, gibt es eini-ge Diskussionen über die Anwendbarkeitdieser Methode unter Offshore-Bedingun-gen. Untersuchungen zeigen, dass es spezifi-scher Korrekturen für die speziellen Klimatain Küstennähe und dem auf offener Seebedarf [15, 16, 17]. Ebenso können Langzeit-daten des Luftdrucks auf Meereshöhe dazugenutzt werden, um geostrophische Windeüber der offenen See zu berechnen [18].

Da es nur sehr wenige physikalische Mes-sungen von Offshore-Windgeschwindigkei-ten und Wellenhöhen gibt, wurde von Mat-thies et. al. [19] ein Ansatz gewählt, der einegroße Anzahl von Beobachtungen der Volun-tary Observation Fleet (VOF) auswertet. DieVOF ist eine Flotte aus kommerziell betrie-benen Schiffen, die ihre meteorologischenBeobachtungen in regelmäßigen Zeitabstän-den (alle drei Stunden) melden. Die Heran-gehensweise der VOF- Mitglieder besteht auskodierten Beobachtungen der meteorologi-schen und Seezustandsparametern. Aus die-sen wird die notwendige Windgeschwindig-keit abgeleitet. Auch wenn dieser Ansatznicht als der genaueste erscheint, gewährlei-stet er dennoch eine gleichbleibende Metho-dologie und Qualität der Beobachtungen imgesamten abgedeckten Seebereich. Für dieNordsee wurden Schätzungen der mittlerenJahreswindgeschwindigkeit für 12 Orte ent-lang der Küste abgeleitet. Jede einzelneSchätzung beruht auf mehreren tausendBeobachtungen. In der Vergangenheit wur-den eine Reihe von Studien durchgeführt,um die Windressourcen und das erreichbareWindenergie-Potenzial auf den europäischenMeeren zu berechnen. Ein Überblick überdiese Studien ist der noch immer aktuellstenund umfassenden „Study of Offshore-WindEnergy in the EC“ von Matthies et. al. zuentnehmen 1995 [19].

2.2 Wassertiefe und Wellen

Die Wassertiefe, ein weiterer wichtigernatürlicher einschränkender Parameter desmöglichen Offshore-Windenergie Potenzials,hat immensen Einfluss auf die Konstruk-tionslösung und die Kosten für im Seebodengründende Fundamente der Offshore-Wind-energieanlagen. Nicht nur die Ausmaße unddas Gewicht der Tragkonstruktionen steigenmit der Wassertiefe, sondern auch derenBelastung durch Wellen. Denn die Wellen-höhen steigen mit zunehmender Wassertie-fe, und gleichzeitig ergibt sich mit dem ver-längerten Hebelarm vom Angriffpunkt derWelle an der Wasseroberfläche bis zum Mee-resboden ein größeres Kippmoment, demdie Fundamente widerstehen müssen. GroßeTeile der Nordsee haben eher moderate Was-sertiefen von bis zu 50 Metern. In der Deut-schen Bucht geht die Wassertiefe sogar beiEntfernungen von bis zu 70 Kilometern vonder Küste nicht über 40 Meter hinaus. In derzentralen und nördlichen Nordsee könnenTiefen von 75 bis 500 Meter erreicht werden.

2.3 Einschätzung des Offshore-Wind-

energiepotenzials in der Nordsee

Um eine Einschätzung des erreichbarenPotenzials in der Nordsee geben zu können,wird Bezug auf die „Study of Offshore-WindEnergy in the EC“ [19] genommen. Tabelle2.1 gibt absolute Zahlen für das Offshore-Potenzial für die Nordseeanrainerstaatenund relative Zahlen in Relation zum spezifi-schen nationalen Stromverbrauch wieder. Esist wichtig festzuhalten, dass eine installier-te Leistung von 6 Megawatt pro Quadratkilo-meter angenommen und die folgenden Ein-schränkungen berücksichtigt wurden:

• Maximale Wassertiefe von 40 m

• Maximale Distanz zur Küste von 30 km

• Ausschluss von Gebieten mit Meeres-bodenneigung von über 5°

• Ausschluss von Verkehrszonen

• Pipelines und Kabel wurden mit einem Sicherheitsabstand von 2 km ausgeschlossen

• Ausschlussflächen mit einem Durch-messer von 10 km um Ölplattformen

10 Zukunft Windkraft Offshore-Windenergienutzung in der Nordsee

Die moderate

Wassertiefe der

Nordsee verbessert

Möglichkeiten für

Offshore-Wind-

energieanlagen.

• Ausschluss von Naturschutzgebieten (lediglich das Naturschutzgebiet Wattenmeer).

Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, könn-te ein bemerkenswerter Anteil an Energiedurch Offshore-Windenergienutzung ge-wonnen werden. Dennoch sollten die absolu-ten Zahlen mit Bedacht interpretiert werden,da den Autoren von [19] möglicherweisenicht sämtliche Einschränkungen bekanntwaren oder sich nach Abschluss der Studieverändert haben können.

3. Offshore-Wind-energietechnologie

3.1 Offshore-Windenergieanlagen

und Tragkonstruktionen

Die größte Herausforderung in der Entwick-lung der Offshore-Windenergietechnologieist es, die Zusatzkosten für den Umzug aufdie offene See zu minimieren. Die Seeverka-belung und die speziellen Gründungstechni-ken stellen die Hauptinvestitionskostentrei-ber mit hoher Sensibilität gegenüber Wasser-tiefe und Entfernung zur Küste (sieheAbschnitt 5. Finanzierung), aber geringerSensibilität bezogen auf die Größe der Wind-energieanlagen dar. Wenn man annimmt,dass die Kosten für die Verkabelung auf demMeeresboden stärker von der Kabellänge alsvon ihrer Leistungsfähigkeit bestimmt wer-den, kann man davon ausgehen, dass einekleinere Anzahl von großen Windenergiean-lagen in einem Windpark mit einer bestimm-ten Gesamtleistung weniger Kosten verursa-

chen als die Errichtung eines gleich großenParks, der aber aus einer größeren Anzahlkleinerer Einheiten besteht. Ebenso erscheintes ökonomischer, größere Einheiten pro Fun-dament aufzustellen, wenn man davon aus-geht, dass die Belastungen durch Wellen- undEisgang die Stärke und das Gewicht der Fun-damente zu einem viel größeren Ausmaßbestimmen als die Größe der Turbine selbst[20, 23, 24]. Zusammen mit den Entwicklun-gen in der Onshore-Windenergietechnologieverlangen die vorangestellten Überlegungenden Einsatz von Multi-Megawatt Maschinenbei Offshore-Projekten. Die Anlagengrößenauf dem gegenwärtigen Stand der Technikrangieren zwischen 2 bis 2,5 Megawatt. Dienächste Generation der Offshore-Windturbi-nen, die gegenwärtig entwickelt werden,zeichnet sich vermutlich durch Leistungenzwischen 3 bis 5 Megawatt aus.

Um für den Gebrauch gerüstet zu sein,müssen sich Windenergiesysteme zunächsteiner „Marinisierung“ unterziehen, bevor sieauf offnerer See eingesetzt werden können.In diesem Zusammenhang werden Anlagen-entwürfe mit Optionen im Bereich der Blatt-spitzengeschwindigkeit, der Anzahl der

Offshore-Windenergietechnologie Zukunft Windkraft 11

Max. Relativer Offshore- Jährlicher Anteil am Potenzial Verbrauch nationalen

TWh/a TWh/a Verbrauch %

Großbritannien 986 321 307

Belgien 24 63.2 38

Niederlande 136 75.5 180

Deutschland 237 431.5 55

Dänemark 550 32.2 1708

Tabelle 2.1:Offshore-Potenzial ab-

solute und relative Zahlen

in Relation zum nationa-

len Stromverbrauch.

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Bodenmontierte TragkonstruktionTunoe Knob

Rotorblätter sowie Betriebsführungsstrate-gien (Betrieb mit variabler versus festerDrehzahl) diskutiert. Man braucht speziellenSchutz gegen das aggressive Seeklima.Außerdem sind im Offshore-Bereich weitereVorsorgemaßnahmen erforderlich, wie um-fassende Kontrollmöglichkeiten durch Fern-bedienungs- und Überwachungssysteme,Schiffs- oder Helikopterlandemöglichkeitenund an Bord installiertes Hebezeug.

Wie bereits oben erwähnt (sieheAbschnitt 1.3 Motivationen für die Offshore-Windenergienutzung) muss die technische

Verfügbarkeit der Offshore-Windenergie-parks auf dem selben hohen Niveau liegenwie die von Onshore-Windparks. Dort wer-den typischerweise Verfügbarkeiten vonmehr als 95 Prozent erreicht. Es ist sehrwahrscheinlich, dass die gegenwärtigen War-tungsstrategien von Onshore-Windenergie-anlagen, die sowohl präventive als auch kor-rigierende Wartung beinhalten, mit einigenAnpassungen an die Offshore-Situation bei-behalten werden .

Die Tragkonstruktionen der Offshore-Windenergieanlagen lassen sich in zweiHauptgruppen unterscheiden:

• Bodenmontierte Tragkonstruktionen: auf Schwerkraft basierende Gründungen,Einpfahlgründungen und Dreibein-strukturen

• Schwimmende Tragkonstruktionen.Offensichtlich ist der Vorzug der einen

oder der anderen Variante von der Wasser-tiefe abhängig. Da die Gebiete der Nordsee,von denen erwartet wird, dass sie in naherZukunft zur Windenergienutzung gebraucht

werden, eine eher moderate Wassertiefe von40 bis 50 m aufweisen, kommen vor allembodenmontierte Tragkonstruktionen in Fra-ge. In bereits existierenden Offshore-Wind-parks wurden nur bodenmontierte Tragkon-struktionen des auf Schwerkraft basieren-den Typs (z. B. Vindeby und Tunoe Knob,Dänemark) und Einpfahlgründungen (z. B.Bockstigen, Schweden und Blyth Harbour,UK) benutzt. Der ausführliche Bericht zu dervorliegenden Studie gibt Auskunft über die

12 Zukunft Windkraft Offshore-Windenergietechnologie

technischen Eigenschaften aller genanntenTragkonstruktionslösungen.

3.2 Offshore-Windparkauslegung

Die Windturbinen in einem Offshore-Wind-park können in Reihen oder in Gruppen auf-gestellt werden. Verglichen mit heutigenOnshore-Parks wird empfohlen, dass dieseParks mit einer größeren minimalen Distanzvon bis zu 8 bis 10 Rotordurchmesser zwi-schen den einzelnen Windturbinen angelegtwerden sollten. Um eine optimale Anord-nung zu erreichen, gilt es in erster Linie, dreiEffekte in Betracht zu ziehen:

1. den geringeren Energieertrag der Wind-energieanlagen, die in der Mitte des Wind-parks stehen, durch niedrigere mittlereWindgeschwindigkeiten im Windschattenvon voranstehenden Windenergieanlagen,

2. die Zunahme der Ermüdungslasten aufWindenergieanlagen in der Mitte des Wind-parks aufgrund erhöhter Turbulenzen imWindschatten der vorstehenden Windener-gieanlagen und

3. die Kosten der Verkabelung der einzel-nen Windenergieanlagen untereinander.

Die optimale Größe eines Offshore-Wind-parks wird aufgrund der sehr viel höherenKosten für den Netzanschluss sehr vielgrößer sein als die eines Onshore-Wind-parks. Da die Kosten für die Verlegung derSeekabel entscheidend von der Länge derKabel und weniger von deren Leistungs-fähigkeit abhängt, werden die Gesamtkostenbei einer größeren Windfarm günstiger aus-fallen [20, 21]. Die aktuellen Zahlen vonMaschinen, die in einem einzigen Windparkin einer Ausbaustufe aufgestellt werden kön-nen, wird auf 100 Turbinen geschätzt, wasdem jährlichen Ausstoß einer einzelnenWindenergieanlagen-Fabrik entspricht. Undes wird davon ausgegangen, dass sie inner-halb einer Saison aufgestellt und in Betriebgenommen werden kann [22]. Ein Park die-ser Art erstreckt sich auf an die 40 Quadrat-kilometer unter Verwendung von 2 bis 2,5Megawatt Turbinen und 80 Quadratkilome-ter, wenn 5 Megawatt Turbinen aufgestelltwerden. Die Bausaison mit akzeptablen Wet-

terbedingungen für die Offshore-Installati-onsarbeiten beginnt Ende April und dauertbis Anfang Oktober, d.h. an ungefähr 100 bis120 Tagen sind Offshore-Aktivitäten mög-lich.

3.3 Netzanbindung

Die Netzanbindung von Offshore-Windener-gieparks hängt zunächst vor allem von denParametern „installierte Windparkleistung“und „Entfernung zur Küste“ ab. Innerhalbdes Offshore-Windparks werden die Wind-energieanlagen vermutlich durch Mittel-spannungskabel wie bei Onshore-Windparksverbunden. Bei kleinen Offshore-Windparksnahe der Küste kann die Verbindung vomWindpark zum Netz durch eine oder mehre-re Mittelspannungsleitungen erfolgen. Diezukünftigen Offshore-Windparks haben ver-mutlich sehr viel größere Kapazitäten vonbis zu 1000 Megawatt und werden in deut-lich größerer Entfernung zur Küste entste-hen. Diese Windparks müssen mit Hoch-oder Höchstspannungsleitungen an das Netzangeschlossen werden. Damit werden Offs-hore-Umspannwerke auf separaten Plattfor-men an den Windparkstandorten notwen-dig, um die Mittelspannung der Wind-energieanlagen in Hoch- oder Höchstspan-nung umzuwandeln. Bei Entfernungen von

Offshore-Windenergietechnologie Zukunft Windkraft 13

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Offshore-Windparksmüssen mit Hoch-spannungsleitungenan das Netz ange-schlossen werden

mehr als 50 Kilometern sind Wechselstrom-verbindungen sehr problematisch oder sogarunmöglich. Alternativ könnte Hochspan-nungsgleichstromübertragung (HGÜ) benutztwerden [25].

Die Seekabel innerhalb des Windparksmüssen nicht notwendigerweise in den See-boden eingelassen sein, vorausgesetzt, dassder Schiffsverkehr innerhalb des Windparkseingeschränkt bzw. vollständig untersagt ist.Die Seekabel zwischen dem Windpark undder Küste sollten im Seebett vergraben sein,um mögliche Schäden durch Ankern,Schiffsverkehr oder Fischfanggeräte zu ver-meiden. Es existieren mehrere Techniken,um die Kabel zu vergraben: u.a. Einschwem-men, jet trenching (Wasserstrahlpflügen)und andere. Um magnetische und elektri-sche Felder in der Umgebung der Kabel zuverhindern, müssen entsprechende Techni-ken genutzt werden, d. h. bipolare Verbin-dungen im Fall der HGÜ und Dreifachkabelfür die AC Verbindungen.

Die vorhandenen Onshore- Windenergie-anlagen und Windparks sind hauptsächlichauf die Küstenregionen beschränkt, wo dasexistierende elektrische Hochspannungsnetzhauptsächlich aus 110 oder 150 Kilovolt Span-nungssystemen besteht. Daher muss für sehrgroße Offshore-Windparks eine separateVerbindung zu den Höchstspannungssyste-men eingerichtet werden. Für die HGÜ wirddie Länge der Kabel nicht durch die techni-schen Möglichkeiten eingeschränkt. Es istvom technischen Standpunkt aus nicht not-wendig, das Wechselrichtersystem (zumÜbergang von Gleichstrom auf Wechsel-strom)unmittelbar an der Küste zu installie-

14 Zukunft Windkraft Wirtschaftlichkeit

Entfernung von der Küste 30 Kilometer 50 Kilometer 70 Kilometer

Fundamente 35.3% - 38.2% 43.5% - 51.2% 38.8% - 47.5%

Installationen 8.8% - 13.3% 10.9% - 18.5% 9.7% - 23.3%

Netzanschluss 31.2% - 67.2% 44.3% - 82.8% 57.2% - 113.5%

Andere Ausgaben 7.4% - 23.9% 7.4% - 23.9% 7.4% - 23.9%

Summe der Zusatzinvestitionen 82.7% - 142.6% 106.1% - 176.4% 113.1% - 208.2%

Tabelle 4.1:Zusatzinvestitionsausgaben als Prozentangabe vom WEA Preis

(869 Euro/kW) im Verhältnis zur Entfernung von der Küste

ren. Es ist gleichfalls möglich, die HGÜdirekt zu Gebieten mit großem Energiever-brauch zu führen.

4. WirtschaftlichkeitIn einer Fallstudie über die Wirtschaftlich-keit der Offshore-Windenergienutzung inDeutschland sind die wesentlichen Grundbe-dingungen aufgestellt worden, die für dieEinschätzung der Kostensituation im Off-shore-Bereich notwendig sind. Diese Unter-suchung basiert auf der relevanten Literatur[21, 26, 27], die in den letzten Jahren zu die-sem Thema veröffentlicht wurde, sowieInformationen von privaten Firmen, die ander Entwicklung von Offshore-Windenergie-projekten in Deutschland beteiligt sind. Auf-grund der den Autoren zugänglichen Qua-lität der Informationen beschränkt sich diedetaillierte Kostenabschätzung im folgendenAbschnitt auf die Situation in Deutschland.Es wird darauf hingewiesen, dass die absolu-ten Werte nicht auf andere nationale Situa-tionen übertragen werden können, da dieihnen zugrunde liegenden Basisbedingun-gen abweichen können.

Bei der Auswertung der Informationenwurden erhebliche Unterschiede in Bezugauf die vermuteten zusätzlichen Investitions-kosten festgestellt, die in Relation zu derEntfernung der Offshore-Windparks zurKüste gesetzt wurden. Insbesondere Schät-zungen bezüglich der Gründungs- und derNetzanbindungskosten variieren auffällig(siehe Tabelle 4.1). Die Schätzungen zeigensehr deutlich, dass die Gesamtzusatzaus-gaben in großem Maße von den Kosten für

die Netzanbindung abhängen, welche wie-derum stark von der Entfernung der Offshore-Parks zur Küste abhängen.

Weitere Annahmen für die Berechnungder Energiegewinnungskosten sind in Tabel-le 4.2 aufgeführt:

In der Kostenberechnung sind drei ver-schiedene Entfernungen betrachtet worden:30, 50 und 70 Kilometer. Die Schätzungenberuhen auf der aktuellen Windenergieanla-gentechnologie, d. h. Windenergieanlagen ineiner Größenordnung von 2 und 2,5 Mega-watt, die bereits gebaut wurden und in dennächsten zwei Jahren für die Offshore-Anwendung angeboten werden. Als mittlereJahreswindgeschwindigkeit über der Nord-see werden zwischen 7 und 10 Meter proSekunde in einer Höhe von 60 Metern überdem Meeresspiegel angenommen [19]. MitHilfe dieser Annahmen sind Werte für diejährlichen Volllaststunden erstellt worden,wie in Tabelle 4.3 aufgeführt:

Anstatt den abgeschätzten Verkaufspreiseiner Kilowattstunde für Offshore-windge-

nerierten Strom anzugeben, wird in derdurchgeführten Kostenanalyse die minimaleStandortqualität ermittelt, ausgedrückt inVolllaststunden, mit der ein bestimmtes Ge-biet entwickelt werden kann, die mittlereEinspeisevergütung gemäß dem Gesetz zurFörderung erneuerbarer Energien in Deutsch-land [28] vorausgesetzt. Diese Regulariensehen eine Einspeisevergütung von 9,1 Euro-Cent pro Kilowattstunde bei Offshore-Parksinnerhalb der ersten 9 Jahre vor und von 6,1EuroCent pro Kilowattstunde in den folgen-den Jahren. Die mittlere Einspeisevergütungfür eine Laufzeit von 20 Jahren berechnetsich demzufolge zu 7,5 EuroCent pro Kilo-wattstunde. Die folgende Tabelle zeigt dieoptimistischsten Resultate für die geforder-ten Volllaststunden im Breakeven-Point:

Wenn eine Nutzung der Offshore-Wind-energieressourcen in Deutschland in groß-technischem Maßstab durchgeführt wird,ähnlich der, wie sie z. B. in Dänemark geplantund teilweise umgesetzt worden ist [26], wer-den große Kosteneinsparungspotenziale er-wartet, vergleichbar mit der Kostenentwick-lung im Onshore-Bereich. Insbesondere beiNetzanbindung, Gründung und Kontrollsy-stemen ist mit großen Kosteneinsparungenzu rechnen. Außerdem kann mit Windener-gieanlagen in der Größenordnung von bis zu5 Megawatt Leistung pro Turbine eine erheb-liche Reduktion der spezifischen Zusatzko-sten der Offshore-Windenergienutzung imVergleich zu den in der vorliegenden Arbeitangenommenen Zusatzkosten erreicht wer-den. Demzufolge werden die Kosten derEnergiegewinnung durch Offshore-Wind-energie auf lange Sicht deutlich sinken.

Wirtschaftlichkeit Zukunft Windkraft 15

Offshore-Windenergie

spart langfristig

erhebliche Kosten ein.WT Preis 869,- Euro/kW

Brechnete Zinsen 7.8% (30% eigene und70% externe Finanzierung)

Oberflächenrauhigkeit 0,003 m

Techn. Verfügbarkeit 95%

Windpark-Effizienz 95%

Betriebskosten 7.5%

Preissteigerung 2% pro Jahr

Wiederanschaffungskosten 35% des WEA Preisesin der 2. Dekade

Lebernsdauer 20 Jahre

Tabelle 4.2:Grundlegende Bedingungen

für die Kosteneinschätzung

Mittlere 7.2 7.7 8.0 8.3 8.8 9.0 9.5Jahreswindge-schwindigkeitauf 60m, (m/s)

Volllaststunden 2484 2800 3020 3175 3460 3580 3830pro Jahr

Tabelle 4.3:Volllaststunden in Relation zur mittleren Jahreswind-

geschwindigkeit in einer Höhe von 60 m

Entfernung 30 km 50 km 70 kmvon der Küste

Volllaststunden 3280 Std. 3520 Std. 3585 Std.im Breakeven-Point

Windgeschwindig- 8.5 m/s 8.9 m/s 9 m/s

keit in Höhe von 60m

Tabelle 4.4:Volllaststunden und mittlere Jahreswind-

geschwindigkeit im Breakeven-Punkt.

5.Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP)

5.1 Strategische Betrachtungen

In der Diskussion, ob man Offshore-Wind-energie nutzen sollte oder nicht, entstehthäufig die Erwartung, dass durch ihren Ein-satz Konflikte mit dem Natur- und Land-schaftsschutz minimiert werden können. DieErfahrung mit Onshore- und ersten Offshore-Windenergieprojekten in Küstennähe hatjedoch verdeutlicht, dass man diese Themenstets mit großer Umsicht behandeln muss,um den Landschafts- und Naturschutzfragengerecht zu werden.

Die Auswirkungen, die Offshore-Wind-energie auf die Umwelt hat, muss im Ver-hältnis zu den Auswirkungen anderer For-men der Energieversorgung gesehen wer-den: Weiterer Gebrauch von fossilen Ener-gieträgern führt zwangsläufig zu einer glo-balen Klimaveränderung. Außerdem bewirktdie Öl- und Gasförderung in der Nordseeeine Verschmutzung des Wassers und des

Meeresbodens, und mehr als 400 Bohrplatt-formen, in der Nordsee [29], stören die Zug-vögel. Wie die Vergangenheit gezeigt hat,birgt der Transport von Öl auf Schiffen dieGefahr von Schiffskollisionen und Unfällenmit der Folge katastrophaler Ölverschmut-zungen. Bei der Anbindung von Produkti-onsorten an Verbrauchsgebiete durch Gaspi-pelines (vgl. Europipe von Norwegen nachDeutschland) ist es oft notwendig, interna-tionale Naturschutzzonen zu durchqueren.Selbst wenn man von der Möglichkeit einesvernichtenden Reaktorunfalls absieht,bedeutet der Gebrauch von AtomenergieEingriffe in die Natur, sowohl durch die Kon-taminierung der Abluft und Abwässer vonAtomanlagen als auch durch die Notwendig-keit von Transport und Lagerung hoch radio-aktiver Abfälle.

Bei der Bewertung der möglichenUmweltschäden durch Windenergienutzungist besonders zu berücksichtigen, dass dieMöglichkeit besteht, o.g. Umwelteinflüsse zuverringern.

Bei einer strategischen Herangehenswei-se an die UVP von Offshore-Windenergie-projekten ist es von großer Bedeutung, dieseÜberlegungen mit einzubeziehen. Darüberhinaus ist eine sorgfältige Beurteilung dermöglichen Auswirkungen auf die Umwelt zueinem Teil der Projektplanungsaktivitätenzu machen. Der folgende Exkurs soll in die-sem Zusammenhang einen Beitrag zur Eta-blierung einer sinnvollen Praxis leisten.

5.2 Gesetzlicher Hintergrund der UVP

Der rechtliche Rahmen der UVP im Bereichder Nordsee wird durch die UVP-Direktiveder EU (Council Directive 85/337/EEC, Neu-fassung in der Council Directive 97/11/EC)festgelegt, unabhängig von der nationalenGesetzgebung der EU-Mitgliedsstaaten.

Laut Annex II der Direktive erfordernAnlagen, die der Stromerzeugung durchWindenergie dienen (d. h. Windparks; 4. (a)des Annexes), die Durchführung einer UVP.

Ziel der UVP ist es, die zuständigenBehörden mit notwendigen Informationenzu versorgen, um ihnen die Entscheidungs-

16 Zukunft Windkraft Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP)

Umweltschäden der

fossilen Energie-

förderung werden

durch die Wind-

energienutzung aus-

geschaltet.

Windenergienutzunghilft, die Lebensräume

für Tiere im Meeres-bereich zu erhalten

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findung in voller Kenntnis der für das Pro-jekt spezifischen Auswirkungen auf dieUmwelt zu ermöglichen. Das Verfahren istein grundlegendes Instrument der Umwelt-politik, wie in Artikel 130r des EU-Gemein-schaftsvertrages und des 5. Rahmenpro-gramms für Umweltpolitik und nachhaltigeEntwicklung definiert. Es basiert auf demPrinzip der Vorbeugung und Verhinderung.Vorrangig ist die Reduzierung der Umwelt-schäden an der Quelle. Darüber hinaus mussder Verursacher möglicher Umweltschädendie Kosten für Vorsorge- und/oder Wieder-herstellungsmaßnahmen tragen.

Weitergehende Betrachtungen müssenangestellt werden, wenn Offshore-Wind-parks in besonderen Schutzgebieten wie denSpecial Protection Areas (SPA) im Rahmender Vogelrichtlinie (Council Directive79/409/EEC vom 2. April 1979 zum Schutzvon Wildvögeln Birds Directive) oder denSpecial Areas of Conservation (SAC) im Rah-men der Habitatrichtline (Council Directive92/43/EEC vom 21. Mai 1992 zum Schutz dernatürlichen Lebensräume, Wildpflanzen undWildtiere) geplant werden.

5.3 Umfang der Umwelt-

verträglichkeitsprüfung

Laut UVP-Direktive müssen die Umweltein-wirkungen eines Offshore-Windenergiepro-jektes in allen Phasen seines Lebenszyklusgeprüft werden. Solche Umwelteinwirkun-gen können vom Windpark selbst, von sei-ner Errichtung, von der Netzanbindung, vondem Betrieb oder von seinem Abbau nachEnde der Nutzungsdauer ausgehen. Für einedetaillierte Diskussion der Auswirkungenauf die Umwelt sei hier auf den vollständi-gen Bericht dieser Studie verwiesen.

5.4 Empfehlungen für die

Durchführung der UVP

Die positiven Auswirkungen von Offshore-Windenergieanlagen zur Reduzierung derTreibhausgas-Emissionen wurden in Kapitel1.2 ausführlich dargestellt. Im Rahmen derStudie wurde festgestellt, dass ein Wissens-defizit über die möglichen regionalen

Umwelteinflüsse durch den Ausbau vonOffshore-Windenergie besteht. Es mussjedoch angenommen werden, dass Offshore-Windparks ungünstige regionale Umwelt-einflüsse nach sich ziehen, die nicht gänzlichdurch technische Maßnahmen vermiedenwerden können. Eine Anzahl von Punktenbedürfen einer fundierten wissenschaftli-chen Forschung in größerem Umfang undüber einen längeren Zeitraum (wie z. B. diehorizontale und vertikale Verteilung derZugvogelbewegungen über der Nordsee, diegenaue Festlegung der Grenzen für bedeu-tende Vogelgebiete oder der Bereiche, dieunter die Habitats Direktive fallen, wichtigeGebiete der Wale, die Sensibilität der Meeres-fauna gegenüber Lärm – ausführliche Bei-spiele befinden sich im vollständigenBericht und in [30], [10]). Die Umwelteinwir-kungen eines individuellen Windparkpro-jektes können ohne dieses Basiswissen nichtvollständig erfasst werden.

Es muss hier jedoch darauf hingewiesen

werden, dass einige der fehlenden Informa-

tionen allein durch Forschungsarbeit und

ökologisches Monitoring an ersten Demon-

strationswindparks der Größenordnung, wie

sie in Dänemark und anderswo geplant wer-

den, erhalten werden können.

Ein gut organisiertes und strukturiertesProgramm zur Klärung dieser Fragen kanndabei helfen, ein strategisches und effektivesVerfahren zur Ermittlung von Vorranggebie-ten für die Offshore-Windenergienutzunganzustoßen. Eine solche Ausweisung vonVorranggebieten sollte wenn möglich derEntwicklung neuer individueller Projektevorausgehen. Wegen des öffentlichen Inter-esses, des Umfangs und der Art dieser not-wendigen Forschungsarbeiten kann dieseAufgabe nicht den Windparkentwicklerneinzelner Offshore-Projekte aufgebürdetwerden.

Eine UVP für Offshore-Windparks solltedeshalb in zwei getrennten Stufen erfolgen:

In einem ersten Schritt nach der politi-schen Entscheidung, Offshore-Windenergiein der Nordsee zu nutzen, sollten in einemkooperativen, internationalen Rahmen unter

Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) Zukunft Windkraft 17

der Beteiligung der Öffentlichkeit (vgl. [31],[32], [33]) Gebiete mit den niedrigsten ökolo-gischen Auswirkungen identifiziert und zurOffshore-Windenergienutzung ausgewiesenwerden (z. B. Gebiete mit einer nur geringenAnzahl an Seevögeln, Fischen und Seesäuge-tieren, mit stark gestörtem Grund durchFischfang, mit guten Bedingungen für dieNetzanbindung, mit geringen Zugvogelbe-wegungen). Eine geeignete Ebene hierfürwäre ein europäisches Untersuchungspro-gramm. Ein erster Überblick über mögli-cherweise geeignete Flächen ist in [10] ent-halten. Insbesondere der Ausschluss derSACs und SPAs oder möglichen SACs undSPAs von möglichen Vorrangflächen kanneine Verzögerung und/oder Verhinderungkonkreter Windparkprojekte vermeiden hel-fen.

Parallel zu einer solchen Überprüfungder potenziellen Gebiete müssen die fehlen-den ökologischen und biologischen Daten(siehe oben) erhoben werden. Erste Erfah-rungen mit den Offshore-Windparks inDänemark und mit weiteren Demonstra-tionsprojekten müssen ausgewertet und dieUntersuchung der ungelösten Fragen inten-siviert werden. Zudem ist ein koordiniertesVorgehen notwendig, um die negativen Aus-wirkungen durch die Netzanbindungskabel,die Naturschutzzonen, die das Wattenmeerkreuzen, möglichst gering zu halten. Einigewenige ausgesuchte Routen sind höchst-wahrscheinlich akzeptabel, eine separateAnbindung jedes einzelnen Offshore-Wind-parks möglicherweise aber nicht.

In einem zweiten Schritt müssen dieindividuellen Auswirkungen der jeweiligenWindparkprojekte aufgenommen und tech-nische Lösungen zu deren Reduzierung oderVermeidung gefunden werden. Es sollteebenfalls Teil der UVP sein, gegebenenfallsgeeignete Kompensationsmaßnahmen zufinden. Weitere Informationen zum konzep-tionellen Rahmen, zu Umfang und Kosteneiner standortspezifischen UVP finden sichin [33].

6. SozioökonomischeAuswirkungen

Um einen Eindruck der sozioökonomischenAuswirkungen der Offshore-Windenergie-nutzung zu geben, stellt der folgendeAbschnitt die Effekte auf die Arbeitsplatz-situation heraus. Wieder wird beispielhaftdie erwartete Entwicklung in Deutschlandbetrachtet. Die Effekte sind nur allgemeinquantifiziert ohne detaillierte Analyse dererforderlichen Arbeitsplatzqualifikationen.

Anhand des in Kapitel 1.1 dargelegtenAusbaus der installierten Kapazitäten kanndas zu erwartende Gesamtvolumen von Inve-stitionen in die Windenergienutzung inDeutschland errechnet werden. Diese Berech-nung nimmt ein Absinken der spezifischenInvestitionen pro installiertem Kilowatt an.1990 lagen die spezifischen Investitionen beiungefähr 1.400 Euro pro Kilowatt. DieserWert sank bis 1999 auf 1.120 Euro pro Kilo-watt. Hierbei ist die Inflationsrate nicht mit-berücksichtigt worden. Das Gesamtvolumender Investitionen in die Windenergienutzungin Deutschland wurde basierend auf denWerten für die spezifischen Investitionen zu51 Millionen Euro in 1990 ermittelt. Bis 1998stieg das Gesamtvolumen der Investitionenauf 892 Millionen Euro an. 1999 verdoppeltesich das Gesamtvolumen auf 1.760 MillionenEuro. Ein Großteil dieser Gesamtinvestitionfloss in die ökonomisch schwachen Gegen-den Norddeutschlands.

18 Zukunft Windkraft Sozioökonomische Auswirkungen

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Die Effizienz von Produktion und Instal-lation der Windenergieanlagen ist in denletzten 10 Jahren außerordentlich verbessertworden. Zwischen 1990 und 1995 konnte dienotwendige Arbeitsleistung für die Herstel-lung von Windenergieanlagen von 12 auf 4Beschäftigte pro Megawatt reduziert werden[34]. Dennoch konnte ein starker Anstieg derArbeitnehmerzahlen im industriellen Bereichder Windenergienutzung verbucht werden,hervorgerufen durch einen ebenso starkenAnstieg der jährlich installierten Windener-gieleistungen in den letzten 10 Jahren. Gene-rell muss zwischen direkt und indirektBeschäftigten unterschieden werden. DieBeschäftigten im industriellen Bereich derWindenergie, wie Beschäftigte von Turbi-nen- und Komponentenherstellern, Beschäf-tigte von Windprojektpromotern und Wind-parkbetreiberfirmen werden als direktBeschäftigte eingestuft. Beschäftigte ausanderen Industriezweigen, die ökonomischvom Windenergiesektor anhängig sind, wer-den als indirekt Beschäftigte angesehen. Sta-tistiken aus dem Industriezweig Maschinen-bau geben ein Verhältnis von einem direktBeschäftigten zu zwei indirekt Beschäftigtenan. Dies bedeutet, dass mit der Schaffungeines Arbeitsplatzes im Windenergiesektor,zwei Arbeitsplätze in indirekten Arbeitsver-hältnissen geschaffen werden.

Die Abschätzung der Beschäftigungszah-len basiert auf dem Umsatz je direktBeschäftigten. Im Maschinenbausektor liegtdieser zwischen 150.000 und 180.000 Europro Beschäftigten in Deutschland. In der Ver-gangenheit war der Umsatz des einzelnenBeschäftigten im Windenergiesektor deut-lich niedriger. Die Effizienz der Produktionund Installation von Windenergieanlagen istin der Vergangenheit schnell gewachsen.Daher kann davon ausgegangen werden,dass die Höhe des Umsatzes je Beschäftigtenin der Windenergiebranche das selbe Niveauerreicht hat wie im übrigen Maschinenbau-sektor. Diese Rechnung ergibt, dass lautUmsatz 1999 in Deutschland 31.350 Perso-nen beschäftigt waren (siehe 6.3). Die mei-sten dieser Arbeitsplätze wurden in Deutsch-

land geschaffen, da viele Komponenten(auch für dänische Windenergieanlagen),wie z.B. Getriebe, Generatoren und Türme, inDeutschland hergestellt wurden. Im Bereichder Offshore-Windenergienutzung ist ver-mutlich mit einem Anstieg der spezifischenInvestitionen pro Megawatt um bis zu 60Prozent [8] im Vergleich zu Onshore-Projek-ten zu rechnen. Gleichfalls werden dieBetriebs- und Wartungskosten grundsätzlichhöher sein als im Onshore-Bereich. Diesehöheren Kosten legen nahe, dass im Offsho-re-Windenergiebereich mehr Arbeitsplätzeje installiertem Megawatt benötigt werden.Somit darf angenommen werden, dass dieOffshore-Windenergienutzung in dem inKapitel 1.2 beschriebenen nationalenUmfang in Deutschland zu einem starkenAnstieg der absoluten Beschäftigungszahlenin diesem Sektor führen wird.

Hinweis: Die Berechnung der Beschäfti-gungszahlen hängt von den nationalen Gege-benheiten des jeweiligen Staates ab. Da z. B.die Lohnkosten in den einzelnen Staatenvariieren, variiert auch der Umsatz jedes ein-zelnen Beschäftigten.

Sozioökonomische Auwirkungen Zukunft Windkraft 19

Ein neuer Arbeitsplatz

im Windenergiesektor

schafft zwei Arbeits-

plätze in davon

indirekt beeinflußten

Bereichen.

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7.Schlussfolgerungen

Im Hinblick auf den Klima- und Ressourcen-schutz hat sich der verstärkte Gebrauch vonOn- und Offshore-Windenergie, im Rahmeneiner wahrlich nachhaltigen Energiepolitikals unabdingbar erwiesen. Nur wenn dieWindenergienutzung in Europa weiterhinausgebaut wird, können die Ziele des Kyoto-Protokolls zur Reduzierung des CO2-Aus-stoßes mit einem erheblichen Beitrag durchdie Windenergie, erreicht werden. Da On-shore-Gebiete immer rarer werden, mußdamit begonnen werden die Offshore-Wind-energie in den nächsten 5 Jahren einzu-führen. Die durchgesehenen Informationenweisen ein riesiges Windenergie-Potenzial inder Nordsee auf, das nur darauf wartetgenutzt zu werden. In Abhängigkeit der vor-handenen natürlichen, der durch Menschengemachten – zum Teil politischen – Ein-schränkungen könnte ein Großteil deseuropäischen Energiebedarfs durch Offshore-Windenergie gedeckt werden.

Offshore-Windenergietechnologie isteine neue Technologie, die durch die Ver-schmelzung der klassischen Windenergie-technologie und der klassischen Offshore-Technologie geschaffen wurde. Auch wennsie noch sehr jung ist, lassen eine Anzahlvon durchgeführten Studien und Ergebnisseaus ersten kleineren Demonstrationsprojek-ten in der Ostsee auf eine erfolgreiche groß-technische Umsetzung in der Nordsee hof-fen. Eine Anzahl von technischen Lösungenfür den Bau von geeigneten und effizientenWindenergieanlagen, Netzanbindungstech-nologien und Windpark-Konzepten liegenvor und warten darauf, in ersten Demonstra-tionsprojekten angewandt zu werden.

Die in dieser Studie ausgearbeiteten öko-nomischen Betrachtungen zeigen, dass, inAbhängigkeit von den Charakteristika desbetrachteten Küstenschelfs, selbst Gebiete ingroßer Entfernung von mehreren 10 Kilome-tern zur Küste ökonomisch machbar sind.

Mit Blick auf Umweltfragen kann festge-stellt werden, dass es einen beträchtlichen

Bedarf an Informationen über die unter-schiedlichen möglichen Auswirkungen imZusammenhang mit der Offshore-Windener-gienutzung gibt. Einige der fehlenden Infor-mationen können nur durch Forschungsar-beiten an und ökologisches Monitoring inersten Demonstrationswindparks erhobenwerden. Dennoch lässt sich heute schlussfol-gern, dass Offshore-Windparks ungünstigeAuswirkungen auf die Umwelt haben wer-den, die nicht vollständig durch technischeMaßnahmen behoben werden können. Aller-dings ist bei der Bewertung der möglichenUmweltschäden durch Offshore-Windener-gienutzung zu berücksichtigen, dass sie dazubeiträgt Umwelteinflüsse anderer Energiefor-men, wie z.B. den CO2-Ausstoß, zu verringern.

Es ist notwendig, eine strategische undeffektive Vorgehensweise zu finden, umGebiete zu ermitteln, die vorrangig zur Ent-wicklung von Offshore Windenergienutzunggeeignet sind. Diese Bemühungen sollteneine koordinierte Planung der Netzanbin-dungslösungen auf europäischer Ebeneeinschließen.

Insgesamt stellt die Offshore-Windener-gie eine Energieform dar, die im Rahmeneiner zukünftigen nachhaltigen Energiever-sorgung nicht fehlen darf.

20 Zukunft Windkraft Schlußfolgerung

Offshore-Windenergie

darf in einer zukünfti-

gen nachhaltigen

Energieversorgung

nicht fehlen.

Durch den Ausbau der Windenergie

entstehen neueArbeitsplätze

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[1] BTM Consult: International Wind Energy

Development. Ringkøbing, Dänemark März 2000.

[2] Rehfeldt, Knud: Internationale Entwicklung der

Windenergienutzung. DEWI-Magazin Nr. 15 (August1999) Seite 40-47.

[3] Nitsch, Fischedick, et. al.: Klimaschutz durch Nutzung

erneuerbarer Energien. Studie im Auftrag desBundesministeriums für Umwelt, Naturschutz undReaktorsicherheit und des Umweltbundesamtes. Berlin1999.

[4] Energie Instituut KU Leuven: Prospective study of the

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Literaturverzeichnis Zukunft Windkraft 21

8. Literaturverzeichnis / Anmerkungen

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[29] Wolf, R.: Der Schutz der Umwelt beim Bau von

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[30] Kube, J.: Programm für naturschutzrelevante

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[31] Ministerie van Economische Zaken & Ministerie vanVolkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer:Milieu-Effectrapport – Locatiekeuze Demonstratie-

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[32] ELSAMPROJEKT A/S: Havmøller Horns Rev –

Vurdering af Virkninger på Miljøet VVM-redegørelse.

Notat EP00/001/JKG/HG, Fredericia, 2000

[33] Grastrup, H., J.K. Gaarde, J.M. Svenson & P.H.Pedersen: Environmental impact assessment of the first

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[34] Keuper, A.: Umsatz und Beschäftigung durch den

deutschen Windenergiemarkt. DEWI-Magazin Nr. 6(Februar 1995) S. 28-30.

22 Zukunft Windkraft Literaturverzeichnis

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aul L

ang

rock

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it/G

reen

pea

ce

Fertigung an Land – Wirkung

auf See

Die Zukunft der Energieversorgung liegt in erneuerbaren

Energien. Denn Atomenergie ist global unbeherrschbar,

fossile Ressourcen kommen zum Erliegen, Klimaver-

änderungen zwingen zum Umstieg. Das Deutsche Wind-

energie-Institut und Greenpeace beschreiben einen uner-

schöpflichen und ökologisch sinnvollen Bestandteil des

zukünftigen Energiemixes: Offshore Windenergie in der

Nordsee – die Alternative zur Ölförderung.

Greenpeace e.V. 22745 Hamburg Tel. 040 /30 61 8 -0; Fax. 040 /30 61 8 -100;

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1

Greenpeace Belgium

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