Windpotential

Wer Windenergie effektiv nutzen will, muss sich mit ihrer Ressource, dem Wind, beschäftigen und das Potential am jeweiligen Standort analysieren. Die wichtigsten physikalischen und meteorologischen Zusammenhänge werden in dieser Einheit vermittelt, Ursachen und Beeinflussungsfaktoren der Windströmung ebenso wie Messtechniken und Methoden zur Erstellung von Ertragsprognosen. Die Studierenden lernen hierbei, Ertragsprognosen und die Qualität von Windmessungen selbständig zu beurteilen.

Anlagenkonzepte und maschinenbauliche Komponenten

Windenergieanlagen sind Energiewandler. Sie setzen die kinetische Energie der bewegten Luftmasse in mechanische Rotationsenergie und schließlich in elektrische Energie um. Diese Einheit gibt einen Überblick über Konzepte für Windenergieanlagen und deren Klassifizierung nach aerodynamischem Prinzip, Einsatzform und konstruktivem Aufbau. Sie stellt die gebräuchlichsten Anlagenkonzepte und wichtige maschinenbauliche Komponenten von Rotor und Gondel vor. Konzepte für die Regelung und Steuerung von Windenergieanlagen sowie unterschiedliche Fertigungsweisen der Anlagenhersteller werden diskutiert. Ein Besuch im Trainingszentrum von GE Wind Energy gewährt praktische Einblicke in Anlagentechnik und Fertigung.

Rotor, Aerodynamik und Lasten

Der Rotor einer Windenergieanlage wandelt die Energie des Windes in mechanische Leistung um. Die Rotorblätter müssen bei geringer Masse und hoher Leistung so groß wie möglich sein und 20 Jahre Betrieb aushalten. Diese Einheit behandelt die grundlegenden aerodynamischen Prinzipien. Sie geht auf die Anforderungen an Auslegung und Formgebung von Rotorblättern ein und verdeutlicht die wichtigsten Optimierungsparameter. Konzepte der aerodynamischen Leistungsregelung werden erläutert. Windenergieanlagen sind den unterschiedlichsten physikalischen, klimatischen und geographischen Bedingungen ausgesetzt: in flachem oder in komplexem Gelände, an Küsten und Offshore-Standorten. Diese Einheit geht auf die verschiedenen Lastfälle und die in Normen und Richtlinien formulierten Sicherheitsstandards und Auslegungsanforderungen ein.

Windparks

Nahezu alle Windenergieanlagen werden in Windparks aufgestellt. Deren Leistung und die Belastungen der einzelnen Anlagen wird entscheidend durch Strömungseffekte im Windpark beeinflusst. Um bei der Standortplanung einen optimalen Ertrag und minimale Belastungen zu erreichen werden in jeder gängigen Planungssoftware physikalische Modelle verwendet. In dieser Einheit werden die physikalischen Effekte der Windströmung sowie deren Messung und Modellierung behandelt: Grundlagen der Turbulenz, die Windströmung hinter einer einzelnen Anlage (Nachlauf) und die resultierenden Strömungsverhältnisse in einer Windparkaufstellung.

Turm und Fundament

Türme von Windenergieanlagen sind hohen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt. Sie müssen die Gondelmassen sowie die aerodynamischen Kräfte des Rotors aufnehmen und in das Fundament einleiten. Diese Einheit stellt unterschiedliche Bauarten von Tragstrukturen vor, wie Rohrtürme oder Gittermasten. Behandelt werden Konstruktionsweise, dynamisches Verhalten sowie Grundlagen des Entwurfes, der Auslegung und der Fertigung. Dabei werden sowohl Onshore- als auch Offshore-Tragstrukturen vorgestellt. Die Anforderungen an baustatische Nachweise für Windenergieanlagen sind ebenfalls Thema.

Offshore & Internationale Märkte

Ergänzend zu anderen Einheiten des Studiums wird hier ein Überblick über die Themen Offshore-Windparks und die zunehmende Internationalisierung von Windenergie vermittelt. Offshore-Windenergie ist nicht nur Windenergie mit „nassen Füßen“ sondern konfrontiert alle Beteiligten mit ganz eigenen Risiken und Chancen. Dabei geht es um planerische, wirtschaftliche und technische Aspekte wie: Genehmigungsverfahren, Offshore-Umgebungsbedingungen, Anlagentechnik, Logistik, Installation sowie Betriebs- und Wartungskonzepte. Der zweite Teil der Einheit befasst sich mit der zunehmenden Internationalisierung der Windenergiebranche. Hier werden die Besonderheiten internationaler Projekte am Beispiel eines konkreten Auslandsmarktes behandelt.

Elektrisches System

Herzstück des elektrischen Systems einer Windenergieanlage ist der Generator, das bestimmende Prinzip ist die Kopplung an das Stromnetz. Daraus ergeben sich spezielle Anforderungen an die elektrischen Eigenschaften der Anlage, die durch die Vorgaben im Erneuerbaren Energien Gesetz (EEG) noch komplexer werden. In dieser Einheit werden Aufbau, Funktion und Anwendung der wichtigsten Generatortypen und leistungselektronischen Bauelemente vermittelt. Unterschiedliche Formen der Netzrückwirkungen auf Windenergieanlagen werden ebenfalls vorgestellt.

Stromnetze und Netzintegration

Die Betreiber der Stromnetze stehen vor einer großen Herausforderung: Sie müssen die permanente Stromversorgung sicherstellen und gleichzeitig die schwankende Einspeisung von „Windstrom“ integrieren. Wie die Stromnetze und ihre Komponenten aufgebaut sind und welche Aufgaben sie erfüllen, das wird in dieser Einheit dargestellt. Außerdem geht es um die Netzanschlussregeln, die die technischen Anforderungen an die Windenergieanlagen definieren sowie Fragen der Netzführung, wie z.B. Blindleistungsbereitstellung. Der Netzausbau und die speziellen Anforderungen an den Netzanschluss von Offshore-Windparks werden ebenfalls ausführlich behandelt.

Technische Betriebsführung

Eine gute technische Betriebsführung hat die Aufgabe, die Verfügbarkeit und damit die Erträge von Windenergieanlagen zu maximieren. Zugleich müssen die Ausgaben, beispielsweise die Kosten für die Betriebsführung selbst, im Blick behalten werden. In der Praxis gilt es, die optimale Balance zwischen Aufwand, Vorsorge und zusätzlichem Ertrag zu finden. Diese Einheit stellt die Aufgaben der Betriebsführung dar und geht ausführlich auf das Thema Qualitätsmanagement ein. Sie beschreibt außerdem technische Vorsorgemaßnahmen sowie Systeme und Verfahren zur permanenten Überwachung des Anlagenzustandes.

Planung und Errichtung

Die Planung eines Windparks legt den Grundstein für ein auf 20 Jahre ausgerichtetes Projekt. In der Praxis heißt das: Zahlreiche Einzelaspekte – seien es technische, rechtliche, ökonomische oder politische – müssen möglichst gut aufeinander abgestimmt werden. Diese Einheit befasst sich mit den Planungsprozessen, die notwendig sind, um in Deutschland einen Windpark umzusetzen. Dazu gehören die Auswahl eines geeigneten Standorts, die konkrete Standortplanung (Micro Siting), das Genehmigungsverfahren, die Teilnahme am Ausschreibungsverfahren und der Ablauf der Bauphase.

Planungs- und Energierecht

Wer einen Windpark erfolgreich planen und umsetzen will, muss sich mit den rechtlichen Grundlagen vertraut machen. Ausgangspunkte dieser Einheit sind das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG), das die Anschluss-, Abnahme- und Vergütungspflicht von Windstrom regelt, und das Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG), das die Genehmigung von Windenergieanlagen regelt. Die Studierenden lernen die rechtlichen Regelungen kennen und gewinnen ein Fundament für die Einschätzung von Windenergieprojekten: Wann bietet ein Projekt Chancen, wann ist es aussichtslos und in welchen Fällen sollte ein rechtlicher Berater hinzugezogen werden?

Vertragsrecht

Das „Vertragsrecht“ ist kein eigenständiges Rechtsgebiet im eigentlichen Sinne, zieht sich aber wie ein roter Faden durch andere rechtliche Bereiche, wie Zivilrecht, Handelsrecht und öffentliches Recht, die im Entstehungsprozess von Windparks und für dessen Betrieb relevant sind. Diese Einheit beschäftigt sich mit den Themen Gesellschaftsrecht, Steuerrecht, Gewährleistungsrecht, Prospekthaftung sowie Geschäftsführerhaftung und erläutert die wichtigsten und gängigsten Vertragsarten, mit denen Windparkplaner und Betreibergesellschaften konfrontiert sind.

Finanzierung von Windenergieprojekten

Wer den Finanzplan für ein Windenergieprojekt erstellt, muss sich mit komplexen technischen sowie gesetzlichen Rahmenbedingungen auseinandersetzen und den Anforderungen der Banken gerecht werden. Diese prüfen und bewerten bei der Kreditvergabe, welche Risiken akzeptabel sind und wo höhere Sicherheiten gefordert werden müssen. Diese Einheit vermittelt die Grundlagen einer Finanzplanung, die den Erwartungen von Kreditgebern entspricht und die Interessen der Eigenkapitalgeber berücksichtigt. Es werden verschiedene Wege der Finanzierung vorgestellt und ausführliche Hinweise zur Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von Windparks gegeben.

Kaufmännische Geschäftsführung

Die kaufmännische Geschäftsführung von Windenergieanlagen bewegt sich im Spannungsfeld zwischen der technischen Verantwortung und den Anforderungen der Eigentümer oder Gesellschafter der Windparks. Dazu gehören Aspekte unternehmerischen Handelns ebenso wie Dienstleistungen gegenüber den Eigentümern. Ziel dieser Einheit ist es, einen umfassenden Überblick über die Aufgaben und Arbeitsweisen der kaufmännischen Geschäftsführung und ihrer Dokumentations- und Berichtspflichten zu liefern. Themen sind u.a.: finanzielle Planung während der Betriebsdauer, rechtliche Fragen zum Betrieb, zur Arbeitssicherheit und die Durchführung von Gesellschafterversammlungen.

Post-EEG Geschäftsmodelle

Mit dem Erneuerbaren Energien Gesetz (EEG) 2017 und den nachfolgenden Änderungen wurde die Vergütungsregularien mit dem Ausschreibungsverfahren völlig neu geordnet. Seither sondiert die Windenergiebranche zunehmend auch alternative Geschäftsmodelle zur Vermarktung von Energie aus Windenergieanlagen. Verschärft wird diese Entwicklung durch Anlagen, die ab dem Jahr 2020 ihre Förderdauer gemäß EEG ausgeschöpft haben und entweder zurückgebaut oder weiterbetrieben werden. Von den derzeit 52 GW installierter Leistung an (onshore) Windenergieanlagen betrifft dies im Jahr 2020 ca. 4 GW, bis zum Jahr 2025 ca. 16 GW und bis zum Jahr 2029 ca. 23 GW. Darüber hinaus soll erneuerbar erzeugte Energie zunehmend auch jenseits der klassischen Stromversorgung auch in anderen Sektoren wie Mobilität oder Wärme eingesetzt werden, Stichworte sind hier z. B. die sogenannte Sektorkopplung und Power-to-X. Diese Trends und Ihre Konsequenzen in ökonomischer und atechnischer Hinsicht werden in dieser Einheit behandelt.

Im Rahmen der Projektarbeit werden u.a.

• die Grundlagen einer modernen Projektorganisation, Zeitplanung und Projektsteuerung sowie Teamarbeit vorgestellt.
• Konzepte zur Durchführung, Vor- und Nachbereitung von Projektmeetings praktisch angewandt.
• sachbezogene Arbeitsteilung und Entscheidungsstrategien eingeübt.
• die Prinzipien des grundlegenden Qualitätsmanagements und der Dokumentation erprobt.
• Ergebnisse und Fachthemen in Kurzvorträgen präsentiert.
• ein Abschlussbericht und eine Abschlusspräsentation erstellt.
• Projekte einer Due Diligence unterzogen.

Die Ziele der Projektarbeit sind insbesondere:

• Entwickeln des Projektes auf Basis der Lerneinheiten
• Studieninhalte vertiefen und verknüpfen
• Know-how-Transfer zwischen den Studierenden – informelles Lernen anhand der unterschiedlichen Fachkompetenzen der Teammitglieder
• so genannte „weiche Projektrahmenbedingungen“ benennen, erkennen und in der Projektarbeit berücksichtigen
• das Arbeiten in virtuellen Lernumgebungen und in virtuellen Teams erlernen

Exkursionen während der Präsenzseminare unterstützen das praxisnahe Studienkonzept mit „handfesten“ Eindrücken. In der Nordwest-Region ist die Windenergiebranche stark vertreten. Unterschiedliche Anlagentypen und verschiedene Hersteller, Zulieferer, Dienstleister und Forschungseinrichtungen sorgen für interessante Exkursionsziele in nächster Nähe.

Im Verlauf des Studiums sind mehrere Exkursionen vorgesehen. In der Einheit „Anlagenkonzepte und maschinenbauliche Komponenten“ ist das Windstudium zu Gast im Trainingszentrum der GE Wind Energy GmbH in Salzbergen und erhält dort Einblick in das Trainingszentrum und die Fertigung. Weitere Exkursionen werden jeweils donnerstags vor einem Präsenzseminar angeboten. Ziele waren u.a. die an Land errichteten Prototypen von Offshore-Gründungen in Bremerhaven, die Fertigungen bei AREVA Wind GmbH und AREVA Blades GmbH, das BFE Oldenburg, die Netzleitwarte und ein Umspannwerk der EWE Oldenburg.

Die Exkursionen ergänzen die Inhalte der Studieneinheiten und verbinden das Fachwissen nachhaltig mit verständnisfördernden Einblicken in die Praxis.