Offshore-Windräder

Seekabel

Für die Anbindung der Offshorewindparks an das Übertragungsnetz werden Seekabel eingesetzt.

Die zu verwendenden Kabel sind grundsätzlich wartungsfrei. Lediglich im Fall eines selten vorkommenden Kabeldefekts kann es für die Reparatur notwendig werden, den schadhaften Kabelabschnitt auszuspülen. Um Beschädigungen von allen in der See verlegten Kabeln (zum Beispiel durch Schiffsanker, Bagger oder Fischfanggeräte) vorzubeugen, haben sich das Zusammenlegen von mehreren Kabeln zu Kabelbündeln (im Folgenden zum Begriff Kabel generalisiert), die Kennzeichnung der Route und das Einbringen der Kabel in den Seegrund als wirksame Schutzmaßnahmen bewährt. Entsprechend des Leitungsabschnittes werden die Kabel mit verschiedenen Überdeckungen und in verschiedenen Abständen zueinander und zu anderen Kabelleitungen arrangiert. Kreuzungen von Seekabeln untereinander sowie mit anderen bestehenden und geplanten Rohrleitungen oder Seekabeln sollen soweit wie möglich vermieden werden.

Die Übertragungsnetzbetreiber TenneT und 50Hertz haben sich dazu ent­schlossen, die Windparks in Nord- und Ostsee mit Hilfe unterschiedlicher Techniken anzuschließen. In der Ostsee soll die Übertragung durch Wechsel­strom erfolgen. In der Nordsee wird dagegen aufgrund der durchschnittlich größeren Entfernungen Gleichstrom genutzt. Deshalb werden dort eine weitere Plattform auf See und eine Konverterstation an Land benötigt.

Bauphase / Kabelverlegung

Bevor es in der Bauphase zur eigentlichen Kabelverlegung kommen kann, ist eine gezielte Trassenräumung von außer Betrieb genommenen Leitungen und eine generelle Räumung des Arbeitsbereichs durchzuführen, damit die Kabel­legung und das Eingraben möglichst risikofrei erfolgen können. Dabei ist auch auf eine gegebenenfalls notwendige Munitionsberäumung zu achten.

Entscheidend für die Wahl des Verfahrens zur Kabelverlegung in der See ist neben der Wassertiefe vor allem die Beschaffenheit des Meeresbodens. Das jeweilige Kabel wird dabei zunächst auf dem Meeresboden verlegt und anschließend versenkt.

Um Einschränkungen unter anderem für die Schifffahrt und die Fischerei zu minimieren, wird ein zeitlich koordiniertes Verlegen und Eingraben von mehreren Seekabeln angestrebt. Die Verlegung von zwei oder mehreren Kabeln erfolgt dabei in einem oder mehreren Schritten, je nachdem ob die Kabel gebündelt oder einzeln vorliegen.

Die Kabel werden grundsätzlich parallel zueinander und zu bestehenden Infra­strukturen geführt. Die Mindestabstände sind dabei so zu wählen, dass eine thermische Entkopplung sichergestellt ist und kumulative Wärmeeffekte aus­geschlossen werden können. Die Parallelführung der Seekabel dient zusätzlich der Vermeidung von negativen Effekten auf die Meeresumwelt, weil dadurch die Einbringung künstlicher Kreuzungsbauwerke, insbesondere in Meeres­gebieten mit überwiegend homogenen sandigen Böden, vermieden werden kann.

Die Seekabelverlegung erfolgt bei einer Wassertiefe von mehr als 10 m (Tief­wasserzone) mit einem sogenannten Dynamic-Positioning-Schiff. Im Bereich von etwa 10 m Wassertiefe bis zur Anlandung (sogenannte Flach­wasser­zone) wird die Seekabelverlegung mit einem Ponton bevorzugt.

Um die Kabelverlegung möglichst umweltfreundlich zu gestalten, sollten (unter Berücksichtigung der Belange unter anderem von Schifffahrt und Fischerei) die Seekabel nur so tief wie erforderlich und möglichst schonend verlegt werden. Dies vermeidet nicht nur einen umfangreichen Bodenaushub und eine erhöhte Beanspruchung des Sediments, sondern schützt auch beispielsweise den Siedlungsraum der benthischen Lebensgemeinschaften.

Die empfohlene Verlegungstiefe, also der Abstand von der Oberkante des Kabels bis zur Oberkante des Meeresgrundes, beträgt für die ausschließliche Wirtschaftszone 1,5 m, für das Küstenmeer 1,5 bis 3 m und für die Anlandungs­zone 1,5 bis 2 m. Der Mindestabstand zu anderen Leitungen sollte im Meer 100 m und in der Anlandungszone 20 m nicht unterschreiten. Das Versenken der Seekabel in den Meeresboden ist grundsätzlich mittels Pflügen, Vibrations­pflügen, Fräsen, Einspülen und Horizontalbohrung möglich.

Neben der eigentlichen Seekabelverlegung müssen auch die Instandhaltung und das eventuelle Beheben von Defekten betrachtet werden. In der Regel wird bei einer technischen Störung der schadhafte Abschnitt recht genau lokalisiert, gezielt aufgesucht und dann gegen ein neues Stück Kabel mit zwei Kabelmuffen ausgetauscht. Bei der Reparatur potenziell auftretende Beeinträchtigungen sind äquivalent mit den oben aufgeführten baubedingten Auswirkungen.

Darüber hinaus ist auch auf den später anfallenden Rückbau der Seekabel zu achten, welche generell nach Aufgabe der Nutzung wieder entfernt werden müssen. Ausnahmen gibt es hier nur, wenn der Rückbau vergleichsweise größere Nach­teile mit sich bringen würde.

Anlage

Im Bereich der Hoch- und Höchstspannung gibt es bei der Anlage von See­kabeln zwei unterschiedliche Typen: das sogenannte papierisolierte Kabel (Öl-Massekabel) und das sogenannte VPE-Kabel. Prinzipiell sind beide Kabel­typen ähnlich aufgebaut. Die elektrischen Leiter sind durch einen Stoff isoliert und durch einen Schutzmantel gegen mechanische Beschädigung geschützt.

Unabhängig von der Isolierung besteht der Leiter bei einem Seekabel in der Regel aus Kupfer (Aluminium wird eher bei Landkabeln eingesetzt) und besitzt einen Durchmesser von etwa 45 mm.

Das Gewicht eines Seekabels beträgt pro Meter etwa 44 kg. Aufgrund dieses hohen Kabelgewichts richtet sich die Länge der Seekabel nach der Lade­kapazität des Verlegeschiffes.

Die jeweiligen Kabelteilstücke werden durch sogenannte Muffen miteinander verbunden. Darüber hinaus werden relativ aufwändige Kreuzungsbauwerke notwendig, sobald sich zwei Kabel kreuzen.

Im Gegensatz zu Wechselstromkabelsystemen ist es bei der Höchstspannungs-Gleichstromübertragungstechnik (HGÜ) grundsätzlich möglich, monopolare Kabelsysteme zu benutzen. Gängiger sind allerdings die multipolaren Systeme, bei denen Hin- und Rückleiter ausgebildet sind. Daneben gibt es auch noch koaxiale Systeme.

Betriebsphase

Nach technischen Vorgaben des Bundesfachplans Offshore des Bundes­amtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) werden Hochspannungs-Wechselstrom-Seekabel auf einer Spannungsebene von 155 kV betrieben.

In dem im Sediment am Meeresgrund verlegten Kabel kann es dadurch zu einer Temperaturerhöhung kommen. Die Manteltemperatur der Seekabel kann dabei im Extremfall bis zu 70 °C betragen, die Temperatur im Leiter kann bei einer Überlastung sogar bis auf 90 °C ansteigen.

In welchem Ausmaß die Erwärmung des Kabels auch zu einer Erwärmung des Sediments unmittelbar am Kabelmantel führt, hängt zum einen von der Wärme­kapazität, der Wärmeleitfähigkeit und der Temperatur des Sediments ab, zum anderen spielen aber auch der Kabeltyp und dessen Auslastung eine ent­scheidende Rolle. Bei Wechselstromsystemen kann es darüber hinaus durch Polarisationsverluste im Isolationsmaterial und in der Armierung zu Wirbel­strom­verlusten kommen, was wiederum zu einer zusätzlichen Erwärmung des Kabels führen kann.

Im Durchschnitt ist unmittelbar am Kabel ein Temperaturanstieg im Bereich von 5 bis 15 K zu erwarten, unter ungünstigen Voraussetzungen kann aber auch mit einem Temperaturanstieg um bis zu 30 K gerechnet werden. Der entsprechende Wärmegradient umfasst mehrere Meter.

Bezogen auf die ausschließliche Wirtschaftszone (AWZ) wurde in 20 cm Sediment­tiefe ein maximaler Temperaturanstieg von 2 K als zulässig festgelegt. Für den küstennahen Bereich der Boddengewässer und des Wattenmeeres sollte der Temperaturanstieg im Sediment schon in 30 cm Tiefe 2 K nicht überschreiten. Für den küstennahen Bereich des Wattenmeeres und der Wind­watten in der Ostsee muss außerdem beachtet werden, dass durch den Gezeiten­wechsel eine ständige Wasserbedeckung teilweise nicht möglich ist. Eine Erwärmung des Wattbodens ist demnach während Ebbe deutlich wahr­scheinlicher.

Während des Betriebs sind Störungen durch mechanische Einwirkung, Korrosion, Überspannung oder mechanisch-thermische Über­beanspruchung (Wärmeemissionen) möglich. Potenzielle Wirkungen können beim Betrieb von Seekabeln auch von Bränden und Explosionen der Endverschlüsse der Muffen ausgehen.

Nach derzeitiger Zulassungspraxis ist die Lage des Kabels der zuständigen Zulassungsbehörde in den ersten fünf Jahren der Betriebsphase jährlich durch jeweils mindestens eine Überprüfung der Tiefenlage (Survey) nachzuweisen. Darauf folgend wird die Anzahl dieser Überprüfungen von der Zulassungs­behörde einzelfallbezogen festgelegt.

Stand: 15.12.2016