Die Offshore-Umspannstation zwischen Verbundnetz und Offshore-Windpark

Für die Stromverbindung zwischen einem Offshore-Windpark und dem Festland kommen grundsätzlich die beiden Varianten der Gleichstrom- (HGÜ) und der Drehstromanbindung in Frage. Bis zu einer Leistung von etwa 1 GW empfiehlt sich z. Zt. noch die Drehstromübertragung. Die HGÜ bietet demgegenüber technische und ökonomische Vorteile bei höheren Übertragungsleistungen über größere Entfernungen. Ein weiterer Pluspunkt der HGÜ liegt in der Netz- und Frequenzentkopplung des angebundenen Offshore-Windparks vom Verbundnetz. Die gesamte Prozesskette der Hochspannungsübertragung lässt sich in die drei zentralen Teilbereiche Offshore-Umspannstation, Kabelstrecke zwischen Windpark und Verbundnetz sowie Umspannstation an Land unterteilen, wobei ersterer im folgenden näher betrachtet werden soll.

Weitere technische Herausforderungen und Kostenschwerpunkte bei der Netzanbindung eines Offshore-Windparks sind die seeseitig zu errichtenden Konverter, die entweder als Drehstrom- oder Gleichstromvariante ausgelegt werden können. Dieses auf dem Meer befindliche, auch als Seekonverter bezeichnete Umspannwerk ist eine zwei- bis dreistöckige Seeplattform, die in der Drehstromausführung Abmessungen von ca. 20 m x 20 m x 15 m aufweist, während die Offshore-Umspannstation in der alternativen Gleichstromausführung mit etwa 40 m x 18 m x 23 m nahezu doppelt so groß ausgelegt ist wie die Drehstromvariante. Damit die sog. Jahrhundertwelle ohne Schädigungen des Bauwerks unter der Plattform durchlaufen kann, muss sie mit der Unterkante etwa 20 m über dem Meeresspiegel stehen. Der Betrieb eines solchen Seekonverters erfolgt i. d. R. fernüberwacht und ferngesteuert durch eine geeignete Landstation.

Die wesentliche Aufgabe der Offshore-Umspannstation ist die Zusammenführung der Leitungen der einzelnen Windenergieanlagen oder der Cluster eines Windparks (vgl. auch Abb. „Das interne elektrische Stromnetz von Offshore-Windparks“) sowie die Transformation der Spannung von der Mittelspannungsebene des Windparksystems auf das entsprechende Hochspannungssystem für die anschließende Übertragung. Der spezifische Platzbedarf der Umspannstation beträgt etwa 200 m² pro 100 MW Leistung. Das Spannungsniveau des Hochspannungssystems eines Seekonverters kann dabei bis zu 400 kV betragen. Die Hochspannungstransformatoren für große Leistungen sind dabei i. d. R. ölgekühlt. Hierbei können zwei Sekundärwicklungen, jede jeweils mit der halben Nennleistung, bewirken, dass die Kurzschlussleistung auf der Mittelspannungsseite handhabbar bleibt. Für die Pilotphase eines Offshore-Projekts sollte die Spannung im Umspannwerk auf ca. 130 kV Drehstrom transformiert und anschließend zum Festland übertragen werden.

Allerdings ist zu berücksichtigen, dass eine höhere Spannung auch eine wesentlich gesteigerte Ladeleistung durch das Kabel verursacht, so dass bereits durch diese Blindleistung die Spannungshöhe technisch begrenzt ist. Die durch das Kabel entstehende Ladeleistung macht es weiterhin notwendig, dass sowohl an der Offshore-Umspannstation als auch am Umspannwerk an Land geeignete Blindleistungskompensationsanlagen errichtet werden müssen. Die Technik für die Errichtung von Umspannwerken auf See ist z. B. in Form einer gasisolierten SF6-Technologie verfügbar. Eine weitere wesentliche Anforderung ist in diesem Zusammenhang, dass die maritime Umspannstation vor dem Einfluss des aggressiven Meerwassers und der salzhaltigen Seeluft in geeigneter Weise geschützt werden muss (Literatur).