OFFSHORE TESTFELD-FORSCHUNG (OFT) Abschlussbericht

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR WINDENERGIE UND ENERGIESYSTEMTECHNIK, IWES IN K ASSEL OFFSHORE TESTFELD-FORSCHUNG (OFT) Abschlussbericht DES VORHABENS OFF SHORE TESTFELD-FORSCHUNG (OFT) (FKZ 0325564) FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR WINDENERGIE UND ENERGIESYSTEMTECHNIK IWES IN KASSEL UND STIFTUNG OFFSHORE-WINDENERGIE Partner: Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 0325564 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

OFT Abschlussbericht Autoren: Eva Otto*, Dennis Kruse, Michael Durstewitz*, Bernhard Lange +, Jörg Kuhbier * Fraunhofer IWES, Königstor 59, 34119 Kassel Stiftung Offshore-Windenergie, Oldenburger Str. 65, 26316 Varel + Fraunhofer IWES, Am Seedeich 45, 27572 Bremerhaven

Inhalt Einleitung Teil I: Forschungs- und Entwicklungsbedarf im Bereich der Offshore-Windenergie in Deutschland - Ergebnisse einer Expertenumfrage Teil II: Konzept zur Struktur des Testfeldes Teil III: Gesamtkonzept für Testfelder Fazit Zusammenfassung Maßnahmen und Empfehlungen Anhang Anhang I: Leitfaden für die Organisation von Testfeldern und Testfeld-Forschung Anhang II: International Test Sites for Wind Power at Sea Anhang III: Muster-Kooperationsverträge Anhang IV: Berichtsblatt

Einleitung Die von der Bundesregierung beschlossene Energiewende hat zum Ziel, eine langfristig sichere, umweltverträgliche und wirtschaftlich erfolgreiche Energieversorgung sicherzustellen. Sie erfordert technologische Innovationen und schafft damit enorme Chancen für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Gelingt es, die Technologieführerschaft der deutschen Unternehmen im Bereich der Energie- und Umwelttechnologien weiter auszubauen, besteht für große, mittelständische und kleine Unternehmen die Möglichkeit, an einem in den nächsten zehn Jahren schnell wachsenden Weltmarkt überproportional zu partizipieren (vgl. BMU 2012). Als Teil der Energiewende soll der Anteil erneuerbarer Energien an der Energieversorgung bis 2025 auf mindestens 40% und bis 2035 auf mindestens 55% gesteigert werden. Einen entscheidenden Beitrag muss die Offshore-Windenergie leisten. Bis zum Jahr 2020 soll eine Offshore-Windenergie-Kapazität in Höhe von 6,5 GW und bis 2030 i. H. v. 15 GW installiert sein. Derzeit sind 916,3 MW in deutschen Gewässern (Stand Oktober 2014) an das Netz angeschlossen sowie etwa 2.400 MW im Bau. Mit den Offshore-Windparks werden in fast allen Bereichen der Windenergienutzung im Hinblick auf Anlagengröße, Anschlussleistung, Erreichbarkeit, Witterungseinflüsse, Belastungen, Investitionskosten usw. neue Dimensionen erreicht, die für die den weiteren Ausbau besondere Hindernisse darstellen. Offshore-Windenergie ist eine sehr junge Technologie, die sich im ersten Schritt hauptsächlich durch Adaption der Anlagentechnologie an Land und der Übernahme von Konzepten aus anderen Offshore-Industrien gebildet hat. Dies machte einen schnellen Einstieg möglich, führte aber zu hohen Kosten. Das entscheidende, übergeordnete Ziel für die Wettbewerbsfähigkeit der Offshore-Windenergie-Industrie ist jetzt die Reduktion der Stromgestehungskosten. Dazu sind innovative technologische Konzepte ebenso nötig wie die Optimierung der vorhandenen Technologie. Dies betrifft den gesamten Lebenszyklus der Offshore-Windparks von der Planung über die Errichtung und den Betrieb bis hin zum Rückbau. Um einerseits den Ausbau weiter zu beschleunigen und andererseits das Risiko zu begrenzen, ist es unbedingt erforderlich, die noch junge Technik durch Forschung, Test und Demonstration für ihre wichtigen Aufgaben zu ertüchtigen. Dazu sind kurzfristige Demonstrationsprojekte ebenso unverzichtbar wie mittel- und langfristig ausgelegte Forschungsprojekte. Da Bau und Betrieb von Offshore-Windparks mit hohen Kosten verbunden sind, ist die Schwelle zur Erprobung neuer Technologien im tatsächlichen Einsatz sehr hoch. Für die Fragestellungen, die nicht mit Hilfe von Prototypen-Anlagen an Land beantwortet werden können, benötigt die Industrie daher Test- und Forschungsmöglichkeiten auf See. Ansonsten besteht die Gefahr, dass notwendige Innovationen zur Kostenreduktion ausbleiben, weil das damit verbundene Risiko am Markt nicht akzeptiert wird. Darüber hinaus sind für eine nachhaltige und innovative Weiterentwicklung der Offshore- Windenergie ein grundlegendes Verständnis und die Entwicklung neuer Lösungsansätze unverzichtbar. Neues Wissen muss kontinuierlich gewonnen werden, um langfristig innovationsfähig zu bleiben und die Innovationsfähigkeit in Deutschland und Europa auch im Wettbewerb mit anderen Staaten zu erhalten. Auch aus diesen Gründen wurde die Forschungsinitiative RAVE rund um den Demonstrationswindpark alpha ventus initiiert und läuft seit Jahren mit großem Erfolg. Die Umsetzung des Testfeldes alpha ventus war jedoch sehr aufwändig und ressourcenintensiv. Daher stellt sich die Frage, wie zukünftig solche Forschungs- und Demonstrations-

vorhaben alternativ umgesetzt werden könnten. Die Situation in deutschen Gewässern hat sich seit dem ersten deutschen OWP alpha ventus deutlich verändert. So sind zurzeit bereits einige OWP in Nord- und Ostsee in Betrieb, mehrere gerade im Bau und viele weitere genehmigt und beantragt. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten für neue Konzepte für die Testfeldforschung. Statt Forschungs- und Demonstrationsvorhaben in der Form eigenständiger Offshore-Testfelder umzusetzen, sind integrative Ansätze aus volkswirtschaftlicher Sicht möglicherweise kosteneffizienter. Durch eine langfristig und übergreifend geplante sowie koordinierte Integration von Forschungs- und Demonstrationsprojekten in kommerzielle OWP wäre die Bereitstellung von Demonstrationsmöglichkeiten für unterschiedliche Standortbedingungen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten möglich. So könnten neue technische Lösungen der Industrie, z.b. unterschiedliche Gründungstypen, unterschiedliche Zugangskonzepte, unterschiedliche Messverfahren, zeitnah demonstriert und getestet werden. Die ergänzenden Forschungsaktivitäten können zum allgemeinen Wissenszuwachs beitragen, der langfristig der Offshore-Wind-Industrie, nahestehenden Branchen und den Zulieferern zu Gute kommt. Um für diesen Ansatz ein Konzept zu entwickeln und die Entwicklung zu unterstützen, wurde das Vorhaben Gesamtkonzept und Initiierung von zeitlich und örtlich differenzierter Offshore Testfeld-Forschung (OFT) (www.offshore-testfeld.de) mit Förderung des BMWi durchgeführt. Die Partner Fraunhofer IWES und die Stiftung OFFSHORE- WINDENERGIE hatten sich zum Ziel gesetzt, einerseits ein Gesamtkonzept zur weiteren Forschung, Entwicklung und Demonstration (F&E) in Offshore-Testfeldern in Deutschland zu erstellen, andererseits die Entwicklung von Testfeldern an verschiedenen Orten und zu verschiedenen Zeitpunkten nach Bedarf zu unterstützen. Das Projekt wurde im Zeitraum von 12/2012 bis 11/2014 durchgeführt. Der hier vorliegende Abschlussbericht des Vorhabens dokumentiert die im Projektverlauf erzielten Ergebnisse und besteht im Wesentlichen aus den im Rahmen des Projektes erstellten Berichten. Voraussetzung für die Initiierung von Testfeldaktivitäten ist die Identifikation aktueller Forschungs- und Demonstrationsbedarfe, die Identifikation der deutschlandweit vorhandenen Offshore-Wind-Expertise sowie die Zusammenführung von potentiellen Forschungspartnern. Um den Forschungs- und Demonstrationsbedarf zu ermitteln, führten das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES und die Stiftung OFFSHORE-WINDENERGIE im August und September 2013 eine Umfrage bei Forschungsinstitutionen und Industrieunternehmen durch, die im Bereich der Offshore- Windenergie tätig sind. Die Ergebnisse sind in Teil I dieses Berichtes dargestellt. Forschung und Entwicklung in Kooperation ist ein Schlüsselfaktor auf dem Weg zur Senkung der Stromgestehungskosten. Das Konzept zur Struktur des Testfeldes stellt im Folgenden mögliche Formen von Zusammenarbeit in einem zeitlich und örtlich differenzierten Testfeld vor und benennt die dazugehörigen Herausforderungen (Teil II). Das in Teil III vorgelegte Gesamtkonzept fasst die Ergebnisse und Erkenntnisse aus dem Vorhaben OFT zusammen. Einleitend werden grundlegende Aspekte der Offshore- Windenergienutzung erläutert und die Demonstrations- und F&E-Bedarfe der Forschung und der Industrie zusammengefasst. Dann werden bestehende, geplante und nicht realisierte Testfelder in deutschen und internationalen Gewässern betrachtet. Die Herausforderungen bei der Umsetzbarkeit von Testfeldern in Deutschland (u.a. Genehmigungsrecht, Netzanbindung, Finanzierung von OWP, vertragliche Ausgestaltung für Testfelder) werden untersucht. Das Fazit benennt die Hauptprobleme bei der Umsetzung der Testfeldforschung, zeigt alternative Lösungswege auf und schließt mit Empfehlungen für die weiteren Schritte ab.

Teil I: Forschungs- und Entwicklungsbedarf im Bereich der Offshore-Windenergie in Deutschland - Ergebnisse einer Expertenumfrage

Forschungs- und Entwicklungsbedarf im Bereich der Offshore-Windenergie in Deutschland Ergebnisse einer Expertenumfrage DURCHGEFÜHRT IM RAHMEN DES VORHABENS OFFSHORE TESTFELD-FORSCHUNG (OFT) (FKZ 0325564) DURCH DAS FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR WINDENERGIE UND ENERGIESYSTEMTECHNIK IWES IN KASSEL Autoren: Eva Otto*, Mario Glavasevic*, Annelie Fischer*, Bernhard Lange +, Dennis Kruse * Fraunhofer IWES, Königstor 59, 34119 Kassel + Fraunhofer IWES, Am Seedeich 45, 27572 Bremerhaven Stiftung Offshore-Windenergie, Oldenburger Str. 65, 26316 Varel PARTNER: FÖRDERER:

Inhalt Abbildungsverzeichnis 4 Tabellenverzeichnis 4 Abkürzungsverzeichnis 5 I. Einleitung und Methodik 1. Einleitung 1 1.1 Hintergrund: Offshore-Testfeld-Forschung 1 1.2 Methodik und Vorgehensweise in Kürze 2 1.3 Fragebogenstruktur 4 1.4 Grenzen der Befragung 4 II. Auswertung Teil A 2. Übergeordnete Ziele von Forschung und Entwicklung für die Offshore-Windenergie 6 2.1 Die Meinung der Forschung 6 2.2 Die Meinung der Industrie 7 2.3 Zusammenfassung 8 III. Auswertung Teil B 3. Die Top 10 der Forschungsbedarfe 9 3.1 Die Meinung der Forschung 9 3.1 Die Meinung der Industrie 11 3.3 Gegenüberstellung der Top10 der Forschung und der Industrie 13 4. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage 14 4.1 Meinung und Expertise der Forschung 4.1.1 zum Thema Lasten 14 4.1.2 zum Thema Umgebung 15 4.1.3 zum Thema Turm, Tragstruktur, Gründung 17 4.1.4 zum Thema Rotor 19 4.1.5 zum Thema Triebstrang und Maschinenhaus 19 4.2 Meinung und Expertise der Industrie 4.2.1 zum Thema Lasten 21 4.2.2 zum Thema Umgebung 21 4.2.3 zum Thema Turm, Tragstruktur, Gründungen 23 4.2.4 zum Thema Rotor 25 4.2.5 zum Thema Triebstrang, Maschinenhaus 25 4.3 Zusammenfassung 27 5. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb und Instandhaltung 29 5.1 Meinung und Expertise der Forschung 29 5.2 Meinung und Expertise der Industrie 31 5.3 Zusammenfassung 34 6. Optimierung der netz- und systemtechnischen Integration von Anlagen und Windparks 35 6.1 Meinung und Expertise der Forschung 35 6.2 Meinung und Expertise der Industrie 37 6.3 Zusammenfassung 39 Fraunhofer IWES

7. Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore-Windparks 41 7.1 Meinung und Expertise der Forschung 41 7.2 Meinung und Expertise der Industrie 43 7.3 Zusammenfassung 44 8. Voraussetzungen für Forschung, Entwicklung und Demonstration rund um die Offshore-Windenergie 45 IV. Zusammenfassung 9. Zusammenfassung 48 10. Literaturverzeichnis 50 V. Anhang Fraunhofer IWES

Abbildungsverzeichnis Abb. 01. Aufschlüsselung der Teilnehmer nach Art der Einrichtung Forschungseinrichtungen... 3 Abb. 02. Aufschlüsselung der Teilnehmer nach Art der Einrichtung Unternehmen. 3 Abb. 03. Übergeordnete Ziele der Offshore-Forschung Forschung... 7 Abb. 04. Übergeordnete Ziele der Offshore-Forschung Unternehmen... 8 Abb. 05. Die wichtigsten Themenfelder (sortiert nach Priorität 1) aus Teil B gesamt Forschung... 10 Abb. 06. Die wichtigsten Themenfelder (sortiert nach Priorität 1) aus Teil B gesamt Industrie... 12 Abb. 07. Zwischenkategorie Lasten Forschung... 15 Abb. 08. Zwischenkategorie Umgebung Forschung... 16 Abb. 09. Zwischenkategorie Turm, Tragstrukturen, Gründungen Forschung... 18 Abb. 10. Zwischenkategorie Rotor Forschung... 19 Abb. 11. Zwischenkategorie Triebstrang, Maschinenhaus Forschung... 20 Abb. 12. Zwischenkategorie Lasten Industrie... 21 Abb. 13. Zwischenkategorie Umgebung Industrie... 22 Abb. 14. Zwischenkategorie Turm, Tragstruktur, Gründungen Industrie... 24 Abb. 15. Zwischenkategorie Rotor Industrie... 25 Abb. 16. Zwischenkategorie Triebstrang, Maschinenhaus Industrie... 26 Abb. 17. Gruppenweise Analyse der Forschungs- und Entwicklungsbedarfe Forschung... 27 Abb. 18. Gruppenweise Analyse der Forschungs- und Entwicklungsbedarfe Unternehmen... 28 Abb. 19. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technische Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb und Instandhaltung Forschung.. 31 Abb. 20. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technische Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb und Instandhaltung Industrie... 33 Abb. 21. Optimierung der netz- und systemtechnischen Integration von Anlagen und Windparks Forschung... 36 Abb. 22. Optimierung der netz- und systemtechnischen Integration von Anlagen und Windparks Industrie... 39 Abb. 23. Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore- Abb. 24. Windparks Forschung... 42 Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore- Windpark Industrie... 44 Abb. 25. Voraussetzung Forschung... 46 Abb. 26. Voraussetzung Industrie... 47 Tabellenverzeichnis Tab. 1: Personenkreis und Rücklaufquote... 2 Tab. 2: Vergleich der Top 10 der F&E Themengebiete von Forschung und Industrie. 13 Tab. 3: Verteilung der Top 10 F&E Themen auf die übergeordneten Ziele... 49 Fraunhofer IWES

Abkürzungsverzeichnis Abs. BMU CMS CPT db EWEA F&E FINO FKZ HSE HVDC IEA Inst. k.a. KF LF LVFRT MW OFT OWEA Prio RAVE TN Absolut Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (heute BMUB) Condition Monitoring System Cone Penetration Test Dezibel European Wind Energy Association Forschung, Entwicklung und Demonstration Forschungsplattformen in Nord- und Ostsee Forschungskennzeichen Health, Safety and Environment High-Voltage Direct Current International Energy Agency Institution Keine Angabe Kurzfristig Langfristig Low Voltage Fault Ride Through Megawatt Offshore-Testfeld-Forschung Offshore-Windenergieanlage Priorität Research at alpha ventus Teilnehmer Fraunhofer IWES

I. Einleitung und Methodik 1. Einleitung 1.1 Hintergrund: Offshore-Testfeld-Forschung Der erste deutsche Offshore-Windpark und Testfeld alpha ventus war ein riesiger Erfolg für die deutsche Offshore-Wind-Industrie und -Forschung. Die Funktionstüchtigkeit und Zuverlässigkeit der 5-MW- Turbinenklasse wurde erstmalig unter extremen Offshore-Bedingungen demonstriert. Zudem wurden und werden zahlreiche begleitende Forschungsprojekte aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen im Testfeld und unter Anwendung von Daten aus der Installationsphase und Betriebsphase von alpha ventus durchgeführt. Die Forschungsinitiative RAVE (Research at alpha ventus www.rave-offshore.de), die diese Projekte unter einem Dach vereint, hat dadurch unzählige Forschungsergebnisse produziert, eine breite Forschungskapazität auf internationalem Niveau für die Offshore-Windenergie geschaffen und außerdem zur Verfestigung der Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie beigetragen. Mit dem Vorhaben Gesamtkonzept und Initiierung von zeitlich und örtlich differenzierter Offshore Testfeld-Forschung (OFT) ( www.offshore-testfeld.de) soll einerseits ein Gesamtkonzept zur weiteren Forschung, Entwicklung und Demonstration (F&E) in Offshore-Testfeldern in Deutschland erstellt werden, andererseits sollen Testfelder an verschiedenen Orten und zu verschiedenen Zeitpunkten nach Bedarf initiiert werden. Voraussetzung für die Initiierung von Testfeldaktivitäten sind dabei auch die Identifikation aktueller Forschungs- und Demonstrationsbedarfe, die Identifikation der deutschlandweit vorhandenen Offshore-Wind-Expertise sowie die Zusammenführung von potentiellen Forschungspartnern. Offshore-Testfelder werden auch weltweit geplant: Zu den bekanntesten, bereits realisierten Projekten außerhalb Deutschlands gehören Demonstrationsprojekte wie Hywind in Norwegen, Windfloat in Portugal, Beatrice in Großbritannien, VolturnUS in den USA sowie das Fukushima Projekt in Japan. Zahlreiche weitere Testfelder (Einzelanlagen oder ganze Pilotwindparks) werden zurzeit von Herstellern, Betreibern oder Großkonsortien insbesondere in den USA und Großbritannien, aber auch in Frankreich, Spanien und Japan geplant. Neben diesen zum größten Teil privat finanzierten und initiierten Testfeldern, gibt es aber auch von Innovations- und Forschungseinrichtungen initiierte, herstellerübergreifende Testfelder, die darauf ausgerichtet sind, die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie zu fördern, indem Forscher Zugang zum Testfeld und zu den Daten erhalten. Hierzu gehören insbesondere das Testfeld Blyth Offshore Wind Demonstration Site in Großbritannien, das sich in der Umsetzungsphase befindet, sowie Leeghwater in den Niederlanden, welches sich in der Konzeptphase befindet. Alle internationalen Testfeld- und Forschungsaktivitäten haben ein Ziel gemeinsam: Zügige Kostenreduktion durch Innovation und damit Wettbewerbsfähigkeit gegenüber den konventionellen Energien. Um diese Kostenreduktion zu erreichen, werden in internationalen Gremien und Verbänden regelmäßig strategische und prioritär zu verfolgende F&E-Ziele formuliert (vgl. IEA Wind 2013, EWEA 2013). Die in beiden Strategiepapieren übereinstimmenden Forschungsbedarfe sind: Entwicklung alternativer Gründungs- und Tragstrukturen einschließlich schwimmender Plattformen für Offshore-Windenergieanlagen. Untersuchung und Minimierung der ökologischen Auswirkungen von Offshore- Windenergieanlagen. Dies betrifft insbesondere den bei der Installation entstehenden Rammschall. Optimierung der Ertragsprognosen. Weiterentwicklung des Offshore-Netzübertragungssystems. Es sind jedoch auch Unterschiede in den Ausrichtungen der beiden Gremien zu sehen: Die IEA Wind legt einen Schwerpunkt auf länderübergreifende Aktivitäten mit Synergiepotential wie z.b. die Entwicklung transnationaler Netze sowie die Analyse kumulativer Auswirkungen auf die Umwelt. Die EWEA betont den Bedarf an Multimegawatt-Anlagen (10-20MW) sowie die Entwicklung bzw. notwendige Bereitstellung der damit einhergehenden Infrastruktur, Logistik und Produktionsverfahren und zielt damit auf Kostenreduktion durch Skaleneffekte ab. Was die Weiterentwicklung der Anlage angeht, so steht bei der EWEA Fraunhofer IWES 1. Einleitung. 1 73

insbesondere die Lebensdaueroptimierung durch Zuverlässigkeitsoptimierung und innovative Instandhaltungskonzepte im Vordergrund, also die Anlage und ihre Umgebung als System. Welche Ziele aber stehen in Deutschland im Vordergrund und welche Demonstrations- und Forschungsbedarfe ergeben sich daraus? Um dies herauszufinden, führten das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES und die Stiftung Offshore-Windenergie im August und September 2013 eine Umfrage bei Forschungsinstitutionen und Industrieunternehmen durch, die im Bereich der Offshore-Windenergie tätig sind. Mittels eines Fragebogens wurden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer 1 gefragt, welche Forschungsund Demonstrationsbedarfe sie für die Offshore-Windenergienutzung derzeit sehen und über welche Expertise ihre Institution verfügt. Die Ergebnisse der Umfrage werden in diesem Bericht dargestellt und sind zudem in ausführlicher, tabellarischer Form im Anhang dokumentiert. Diese Umfrage wurde im Rahmen des Projektes Offshore Testfeld-Forschung (OFT; FKZ 0325564) durchgeführt. Das Vorhaben OFT wird vom BMU unter finanzieller Beteiligung von Unternehmen der Offshore-Windenergie-Branche gefördert. 1.2 Methodik und Vorgehensweise in Kürze Die Umfrage wurde im August und September 2013 über einen Zeitraum von ca. 4 Wochen durchgeführt. Es wurden Experten aus Forschungsinstitutionen und aus der Offshore-Windindustrie per Mail angeschrieben und um ihre Mitarbeit gebeten. Befragt wurden sie mit Hilfe eines Fragebogens im Word- Format, den sie am Computer ausfüllten und per Mail wieder an das Vorhaben zurücksendeten. Der Fragebogen ist im Anhang dieses Berichts enthalten. Informationen zur Umfrage sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Abbildung 1 zeigt den institutionellen Hintergrund der Befragungsteilnehmer aus den Forschungseinrichtungen. Abbildung 2 den thematischen Hintergrund der Befragungsteilnehmer aus der Industrie. Tabelle 1: Personenkreis und Rücklaufquote Forschungseinrichtungen Industrie Anzahl der angeschriebenen Personen 198 216 Rücklaufquote in % und absolut 29% / 58 18% / 38 Durchschnittlich beantwortete Fragen pro Fragebogen 84% 78% Geschlechterverteilung (Frauen / Männer) 12% / 88% 5% / 95% 1 Für die bessere Lesbarkeit wird im Folgenden nur die männliche Form verwendet. Fraunhofer IWES 1. Einleitung. 2 73

5% 2% 2% Universität (Fachbereich, Institut o.ä.) An-Institut einer Universität 33% 50% Außeruniversitäre öffentliche Forschungseinrichtung Öffentliche Behörde Stiftung 8% Andere Abbildung 1: Aufschlüsselung der Teilnehmer nach Art der Einrichtung Forschungseinrichtungen 11% 5% 5% 11% 3% Zertifizierung Betreiber Windenergieanlagen Gründungsstrukturen 16% Logistik Messtechnik 39% 5% 5% Dienstleister Projektentwickler Stahlbau Abbildung 2: Aufschlüsselung der Teilnehmer nach Art der Einrichtung Unternehmen Je eine Liste der befragten Forschungseinrichtungen und Unternehmen finden Sie im Anhang. Dort finden sie außerdem eine Überblickstabelle über die von den befragten Personen angegebene Expertise der jeweiligen Institution. Fraunhofer IWES 1. Einleitung. 3 73

1.3 Fragebogenstruktur Die Fragebögen für Forschungsinstitutionen und Industrieunternehmen gliederten sich jeweils in die folgenden drei Abschnitte: In Teil A werden übergeordnete Ziele der F&E für die Offshore-Windenergie abgefragt. In Teil B werden einzelne Themen, die zur Erreichung dieser Ziele führen können, hinsichtlich ihrer Relevanz (Priorität) und Dringlichkeit abgefragt. Zusätzlich konnten die Befragten angeben, ob sie bzw. ihre Institution über Expertise in dem jeweiligen Themenfeld verfügen. Für ergänzende Angaben standen freie Kommentarfelder am Ende der jeweiligen Abschnitte zur Verfügung. Anschließend wurden Voraussetzungen für Forschung, Entwicklung und Demonstration rund um die Offshore-Windenergie abgefragt. In Teil C befinden sich Fragen zur Institution des Teilnehmers. Innerhalb von Teil A des Fragebogens wurde gefragt: Welche übergeordneten Ziele halten Sie für die Wichtigsten? Bitte priorisieren Sie diese Ziele und setzen Sie sie in einen zeitlich Rahmen, in dem diese erreicht werden sollten. Die Teilnehmer hatten die Möglichkeit eine Priorisierung für übergeordnete Ziele (siehe hierfür: Auswertung Teil A) nach folgendem Schema anzugeben: Prio 1 steht für Entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung der Offshore-Windenergie. Prio 2 steht für Wichtig für die Entwicklung der Offshore-Windenergie. Prio 3 steht für Weniger wichtig für die Entwicklung der Offshore-Windenergie. Für den Zeitrahmen gab es folgende Auswahlmöglichkeiten: Kurzfristig (bis 5 Jahre) Längerfristig (bis 10 Jahre) Innerhalb von Teil B des Fragebogens wurde darüber hinaus gefragt: In welchen Themengebieten sehen Sie F&E-Bedarf? Wie sind diese Themengebiete zu priorisieren und wie dringlich ist der F&E-Bedarf? Dabei konnten einzelne Themenbereiche, die zur Erreichung der Ziele aus Teil A notwendig erscheinen, priorisiert werden (siehe hierfür: Auswertung Teil B): Prio 1 steht für Entscheidend für das Erreichen des übergeordneten Ziels Prio 2 steht für Wichtig für das Erreichen des übergeordneten Ziels Prio 3 steht für Weniger wichtig für das Erreichen des übergeordneten Ziels Für die Dringlichkeit des Bedarfs gab es folgende Auswahlmöglichkeiten: Kurzfristig (bis 5 Jahre) Längerfristig (bis 10 Jahre) In Teil A, wie auch in Teil B, konnten die Teilnehmer dabei jeweils zwischen einer der drei (Priorität) bzw. einer der beiden Positionen (Dringlichkeit) entscheiden. Der Fragebogen befindet sich zur Ansicht im Anhang. 1.4 Grenzen der Befragung Die Ergebnisse sind insbesondere unter Berücksichtigung des begrenzten Personenkreises zu betrachten (siehe Kapitel 1.2). Dieser kann naturgemäß nicht repräsentativ sein. So stellte bereits die Menge der angeschriebenen Personen eine Auswahl innerhalb der Branche dar. Des Weiteren verkleinert sich die Grundgesamtheit durch die Tatsache, dass sowohl aus dem Forschungs-, als auch aus dem Industriebereich nicht alle angeschriebenen Personen an der Befragung teilgenommen haben. Die eingesendeten Fraunhofer IWES 1. Einleitung. 4 73

Fragebögen haben eine durchschnittliche Antwortquote von 84 % im Forschungs- und 72% im Industriebereich. Eine der am häufigsten genannten Erklärungen der Befragten hierfür ist, dass sie sich als nicht ausreichend kompetent einschätzten, um eine Aussage zu tätigen und die Frage daher unbeantwortet ließen. Die Ergebnisprozente beziehen sich jedoch stets auf die Grundgesamtheit (58 auf Forscherseite und 38 auf Seiten der Unternehmen) und nicht auf die Summe der getätigten Antworten pro Einzelfrage. In den Grafiken wird daher auch immer der prozentuale Anteil der fehlenden Angaben pro Thema abgebildet (k.a.-prio und k.a.-dringlichkeit mit k.a. = keine Angabe). Parallel hierzu ist zu berücksichtigen, dass Fachkenntnis mit Prioritätensetzung korrelieren kann, d.h. Expertise in einem Bereich kann dazu führen, dass der eigene Themenbereich im Vergleich zu anderen möglicherweise priorisiert wird. Zu guter Letzt sind unglücklicherweise Schwierigkeiten bei der Verwendung des Fragebogens vorgekommen, was zum Beispiel zu Mehrfachantworten geführt hat, was nicht vorgesehen war. Diese Antworten konnten leider nicht gewertet werden. Zur Auswertung ist abschließend zu sagen, dass eine Gewichtung der Priorisierung durch die Befragten nach Priorität 1-3 in Betracht gezogen wurde. Allerdings waren die Unterschiede, verglichen zu einer ausschließlichen Betrachtung der Priorität 1 als ausschlaggebenden Faktor für die Platzvergabe des Themas, so marginal, dass dies verworfen wurde. Fraunhofer IWES 1. Einleitung. 5 73

II. Auswertung Teil A 2. Übergeordnete Ziele von Forschung und Entwicklung für die Offshore-Windenergie Vier übergeordnete Ziele dienten zur Strukturierung des Fragebogens. Die Frage Welche übergeordneten Ziele halten Sie für die Wichtigsten? Bitte priorisieren Sie diese Ziele und setzen Sie sie in einen zeitlich Rahmen, in dem diese erreicht werden sollten. bot folgende Antwortmöglichkeiten: 1. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage 2. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb und Instandhaltung 3. Optimierung der netz- und systemtechnischen Integration von Anlagen und Windparks 4. Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore-Windparks Im Folgenden werden die Antworten der Teilnehmer dargestellt. Dabei wird zunächst auf die Antworten der Forschungseinrichtungen und danach auf die der Unternehmen eingegangen. Die Reihenfolge orientiert sich an der Priorisierung der Ziele durch die jeweilige Teilnehmergruppe. 2.1 Die Meinung der Forschung Die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb und Instandhaltung wird von der Mehrheit der Teilnehmer (71%) nicht nur mit Priorität 1 versehen, also als entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung der Offshore-Windenergie bewertet, sondern auch als besonders dringlich. 79% sind der Meinung, das Ziel sollte kurzfristig, innerhalb der nächsten fünf Jahre, erreicht werden. Die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage wird ebenfalls als sehr wichtig angesehen. Für 53% der Teilnehmer ist die Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage Priorität 1. Etwa 40% bewerten dieses Ziel mit Priorität 2 d.h. sie sehen es als wichtig, aber nicht entscheidend für die Entwicklung der Offshore-Windenergie an, die Anlagentechnik selbst weiterzuentwickeln. Dieses Ziel sollte v.a. langfristig weiterverfolgt werden: 59% waren der Ansicht, die Anlagentechnik sollte über einen längeren Zeitraum hinweg, innerhalb der nächsten zehn Jahre, weiterentwickelt werden. Immer noch knapp 40% der Befragten finden, dass zügigere Schritte erforderlich sind. Die Optimierung der netz- und systemtechnischen Integration von Anlagen und Windparks wird von etwas mehr als der Hälfte der Teilnehmer (52%) als entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung der Offshore-Windenergie angesehen. 41% finden dieses Ziel wichtig. Etwa die Hälfte der Teilnehmer (55%) sagen, die netz- und systemtechnische Integration von Anlagen und Windparks sollte kurzfristig optimiert werden, etwas weniger (43%) sind jedoch der Meinung, dass der Erreichung dieses Ziels mehr Zeit eingeräumt werden sollte. Der Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore-Windparks wird eine vergleichsweise kleinere Rolle für die erfolgreiche Entwicklung der Offshore-Windenergie zugeteilt. 24% der Befragten halten das Ziel für entscheidend, 38% halten es für wichtig und 34% halten es für weniger wichtig. Relativ eindeutig ist die Meinung vertreten, dass es sich bei der Umweltverträglichkeit und der Akzeptanz von Offshore-Windenergie aktuell nicht um zeitlich dringende Themen handelt. Fraunhofer IWES 2. Übergeordnete Ziele von Forschung und Entwicklung für die Offshore- Windenergie 6 73

Abbildung 3 stellt die Meinung der Forschung prozentual dar. 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 53% 40% 40% 59% 71% 24% 79% 52% 41% 55% 43% 24% 38% 34% 29% 64% 20% 17% 10% 0% 7% 2% Ziel 1 - Reduzierung Stromgestehungskosten + techn. Risiken durch Weiterentwicklung d. Offshore-Windenergieanlage 5% 3% 2% 3% 2% Ziel 2 - Reduzierung Stromgestehungskosten + techn. Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb u. Instandhaltung 2% Ziel 3 - Optimierung netz- /systemtechn. Integration von Anlagen und Windparks Prio 1 Prio 2 Prio 3 k.a. - Prio KF LF k.a. - Dringlichkeit 3% 7% Ziel 4 - Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore- Windparks Abbildung 3: übergeordnete Ziele der Offshore-Forschung Forschung 2.2 Die Meinung der Industrie Die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb und Instandhaltung wird von der Mehrheit der Unternehmen (63%) nicht nur mit Priorität 1 versehen, sondern mit 74% auch als besonders dringlich bewertet. Die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage halten die Unternehmen für sehr wichtig, aber nicht prioritär. Über die Hälfte (53%) der Teilnehmer bewerten dieses Ziel mit Priorität 2. Für 42% der Teilnehmer hat die Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage allerdings Priorität 1. Was die Dringlichkeit dieses Forschungsbereiches angeht, so lässt sich keine klare Aussage treffen. Die Teilnehmer kreuzten je etwa zur Hälfte kurz- und langfristig an. Die Optimierung der netz- und systemtechnischen Integration von Anlagen und Windparks hingegen bekommt eine höhere Priorität zugewiesen als die Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage. 45% bewerten mit Prio 1, 39% vergeben Prio 2. Die Mehrheit der Teilnehmer (61%) hält Forschung für die netz- und systemtechnische Integration von Anlagen und Windparks für dringlich. Eine weniger wichtige Rolle nimmt auch hier die Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore-Windparks für die erfolgreiche Entwicklung der Offshore-Windenergie ein. Nur 16% der Befragten halten das Ziel für entscheidend, aber immerhin 45% halten es für wichtig und 29% halten es für weniger wichtig. Bei der Dringlichkeit lässt sich kein eindeutiges Votum feststellen. Abbildung 4 stellt die Antworten der Unternehmen dar. Fraunhofer IWES 2. Übergeordnete Ziele von Forschung und Entwicklung für die Offshore- Windenergie 7 73

80% 74% 70% 60% 50% 40% 42% 53% 42% 45% 63% 45% 39% 61% 45% 47% 45% 30% 20% 10% 5% 26% 21% 13% 13% 13% 13% 11% 8% 8% 5% 16% 29% 11% 8% 0% Ziel 1 - Reduzierung Stromgestehungskosten + techn. Risiken durch Weiterentwicklung d. Offshore-Windenergieanlage Ziel 2 - Reduzierung Stromgestehungskosten + techn. Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb u. Instandhaltung Ziel 3 - Optimierung netz- /systemtechn. Integration von Anlagen und Windparks Ziel 4 - Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore- Windparks Prio 1 Prio 2 Prio 3 k.a. - Prio KF LF k.a. - Dringlichkeit Abbildung 4: übergeordnete Ziele der Offshore-Forschung Unternehmen 2.3 Zusammenfassung Die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch verbesserte Planung, Installation, Betrieb und Instandhaltung wird von Industrie und Forschung als entscheidendes Instrument für die erfolgreiche Entwicklung der Offshore-Windenergie angesehen. Eine große Mehrheit der Befragten gibt an, dass eine Umsetzung des Ziels in den nächsten 5 Jahren erfolgen muss. Die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage und die Optimierung der netz- und systemtechnischen Integration von Anlagen und Windparks wird von den Teilnehmern beider Seiten als wichtig bis entscheidend bewertet. Jedoch wird letzterem eine höhere Dringlichkeit zugeordnet. Der Optimierung von Umweltverträglichkeit und Akzeptanz von Offshore-Windparks wird im Vergleich zu den anderen Kategorien eine weniger entscheidende Rolle für die erfolgreiche Entwicklung der Offshore-Windenergie zugesprochen. Dies ändert aber nichts daran, dass immerhin 2/3 der Unternehmer und Forscher dieses Thema für wichtig oder entscheidend halten. Die Antworten der beiden Gruppen aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen ergeben fast die gleiche Reihenfolge in Wichtigkeit und Dringlichkeit der Ziele. Fraunhofer IWES 2. Übergeordnete Ziele von Forschung und Entwicklung für die Offshore- Windenergie 8 73

III. Auswertung Teil B In Teil B wurden die Teilnehmer gebeten, insgesamt 80 Themengebiete für Forschung und Entwicklung zu priorisieren und zeitlich einzuordnen. Im Folgenden (Kapitel 3) werden zunächst die Top 10 der Forschungsbedarfe getrennt nach Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus dem gesamten Teil B vorgestellt. In den Kapitel 4-7 folgen die Einzelauswertungen der Themengebiete. 3. Die Top 10 der Forschungsbedarfe 3.1 Die Meinung der Forschung Die Betrachtung der Priorisierung der individuellen Forschungsthemen über alle übergeordneten Ziele hinweg, gemessen an der Anzahl der Priorität-1-Nennungen ergibt folgende Reihenfolge: 1. Lastmonitoring und -analyse 2. Lastprognose und -optimierung 3. Fehlerfrüherkennung in Komponenten, Anlagen, Gründungen etc. 4. Speichertechnologien 5. Lebensdaueranalysen, z.b. Einfluss von Fertigungsmängeln, eingesetztem Material, Korrosion etc. 6. Erhebung, Strukturierung und Auswertung von Daten und Erfahrungen aus dem Betrieb 7. Messung der Offshore Windverhältnisse, z.b. LiDAR, floating LiDAR, Anemometer etc. 8. Lastberechnung und -verifizierung (z.b. Optimierung numerischer Lastmodelle) 9. Neue, Innovative Konzepte 10. Entwicklung alternativer Installationsmethoden (z.b. ohne Rammung) Der größte Forschungsbedarf wird insgesamt im Bereich der Lasten gesehen: Alle drei Kategorien aus der Zwischenkategorie Lasten finden sich in diesen Top 10 wieder. Lastmonitoring und -analyse sowie Lastprognose und -optimierung stellen die Spitze der Top 10 dar. Anschließend folgen die Fehlerfrüherkennung, dann die Speichertechnologien. Auch noch oberhalb der 50%-Marke (d.h. jeder Zweite hat hier Priorität 1 angekreuzt) finden sich die Lebensdaueranalyse, die Erhebung, Strukturierung und Auswertung von Betriebsdaten und -erfahrungen sowie die Messung der Offshore-Windverhältnisse. Fast jeder zweite Befragte vergab Priorität 1 an Lastberechnung und -verifizierung, innovative Konzepte für Gründungen und Tragstrukturen sowie die Entwicklung alternativer Installationsmethoden. Fast alle genannten Aspekte liegen weit oberhalb der 50%-Marke hinsichtlich der Dringlichkeit. Lediglich die Speichertechnologien und neue innovative Konzepte für Gründungen und Tragstrukturen werden von den Befragten in einen längerfristigen Zeitrahmen von 5-10 Jahren eingeordnet. Die Top 10 der Forschungsbedarfe nach Meinung der Forschung sind in Abbildung 5 dargestellt. Fraunhofer IWES 3. Die Top 10 der Forschungsbedarfe 9 73

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Lastmonitoring und -analyse 2% 16% 16% 10% 21% 67% 69% Lastprognose und Lastoptimierung (z.b. Verfahren zur Anpassung des Betriebsverhaltens an Lasten) 19% 16% 16% 17% 66% 67% Fehlerfrüherkennung in Komponenten, Anlagen, Gründungen etc. 2% 22% 16% 19% 21% 60% 60% Speichertechnologien 3% 24% 17% 22% 33% 45% 55% Lebensdaueranalyse, z.b. Einfluss von Fertigungsmängeln, eingesetztem Material, Korrosion etc.) 2% 16% 21% 21% 29% 53% 59% Erhebung, Strukturierung und Auswertung von Daten und Erfahrungen aus dem Betrieb 3% 16% 22% 21% 29% 52% 57% Messung der Offshore-Windverhältnisse, z.b. LiDAR, floating LiDAR, Anemometer etc. 5% 10% 14% 17% 34% 50% 69% Lastberechnung und -verifizierung (z.b. Optimierung numerischer Lastmodelle) 2% 17% 16% 19% 33% 48% 66% Neue, innovative Konzepte 10% 10% 21% 33% 31% 47% 48% Entwicklung alternativer Installationsmethoden (z.b. ohne Rammung) 10% 7% 9% 33% 36% 47% 59% Prio 1 Prio 2 Prio 3 k. A. - Prio KF LF k.a. - Dinglichkeit Abbildung 5: Die wichtigsten Themenfelder (sortiert nach Priorität 1) aus Teil B gesamt Forschung Fraunhofer IWES 3. Die Top 10 der Forschungsbedarfe 10 73

3.1 Die Meinung der Industrie Bei den Unternehmen ergibt die Betrachtung der Priorisierung der individuellen Forschungsthemen über alle übergeordneten Ziele hinweg, gemessen an der Anzahl der Priorität-1-Nennungen folgende Reihenfolge: 1. Schallminderungsmaßnahmen bei Errichtung der Anlagen 2. Entwicklung alternativer Installationsmethoden (z.b. ohne Rammung) 3. Automatisierte Produktionsverfahren, Massenfertigung, Innovative Fertigungskonzepte 4. Logistik- und Servicekonzepte 5. Aufgelöste Tragstrukturen (Jacket, Tripods, etc.) 6. Neue, Innovative Konzepte 7. Korrosion, Korrosionsschutzsysteme oder -materialien 8. Lebensdaueranalyse, z.b. Einfluss von Fertigungsmängeln, eingesetztem Material, Korrosion etc. 9. Fehlerfrüherkennung in Komponenten, Anlagen, Gründungen etc. 10. Verringerung der Beeinträchtigung bzw. Untersuchung der Effekte von Offshore- Windenergieanlagen auf Meeressäugetiere Ganz oben in der Bewertung nach Priorität 1 liegen vor allem Schallminderungsmaßnahmen bei der Errichtung von Anlagen und alternative Installationsmethoden beide Themen wurden von 63% der Teilnehmer mit Priorität 1 bewertet. Mindestens jeder Zweite weist den Themengebieten automatisierte Produktionsverfahren, Logistik- und Servicekonzepte sowie aufgelöste Tragstrukturen Priorität 1 zu. Alle nachfolgenden Themen der Top 10 wurden von mindestens 40% der Befragten ebenfalls als entscheidend für die Zielerreichung bewertet. Die Themen alternative Installationsmethoden, Schallminderungsmaßnahmen bei der Errichtung von Anlagen und aufgelöste Tragstrukturen sind auch mit besonderer Dringlichkeit versehen jeweils mindestens 65 % haben hier kurzfristigen Handlungsbedarf angegeben. Abbildung 6 zeigt die Top 10 der Forschungsbedarfe laut Industrie. Fraunhofer IWES 3. Die Top 10 der Forschungsbedarfe 11 73

0% 20% 40% 60% 80% Schallminderungsmaßnahmen bei Errichtung der Anlagen 8% 8% 13% 13% 21% 63% 74% Entwicklung alternativer Installationsmethoden (z.b. ohne Rammung) 18% 11% 8% 13% 13% 63% 74% Automatisierte Produktionsverfahren, Massenfertigung, Innovative Fertigungskonzepte 5% 16% 24% 18% 26% 55% 55% 24% 53% Logistik- und Servicekonzepte 5% 24% 37% 58% Aufgelöste Tragstrukturen (Jacket, Tripod etc.) 3% 24% 24% 50% 66% 34% Neue, innovative Konzepte 5% 26% 21% 26% 34% 39% 47% Korrosion, Korrosionsschutzsysteme oder -materialien 8% 11% 21% 24% 34% 47% 55% Lebensdaueranalyse, z.b. Einfluss von Fertigungsmängeln, eingesetztem Material, Korrosion etc.) 5% 26% 24% 26% 26% 45% 47% Fehlerfrüherkennung in Komponenten, Anlagen, Gründungen etc. 5% 8% 24% 29% 29% 42% 63% Verringerung der Beeinträchtigungen bzw. Untersuchung der Effekte von Offshore-Windenergieanlagen auf Meeressäugetiere 8% 16% 21% 26% 34% 42% 53% Prio 1 Prio 2 Prio 3 k. A. - Prio KF LF k.a. - Dinglichkeit Abbildung 6: Die wichtigsten Themenfelder (sortiert nach Priorität 1) aus Teil B gesamt Industrie Fraunhofer IWES 3. Die Top 10 der Forschungsbedarfe 12 73

3.3 Gegenüberstellung der Top10 der Forschung und der Industrie Knapp die Hälfte der 10 entscheidendsten F&E-Bedarfe auf Forschungs- und Unternehmensseite stammen aus dem Bereich Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlagen. Allerdings unterscheiden sich die Top 10 der Forschungsbedarfe der Industrie von denen der Forschung fast vollständig (s. Tabelle 2). Tabelle 2: Vergleich der Top 10 der F&E Themengebiete von Forschung und Industrie Priorität bei der Forschung Priorität bei der Industrie Schallminderungsmaßnahmen bei Errichtung der Anlagen * 1 Entwicklung alternativer Installationsmethoden (z.b. ohne 10 2 Rammung) Automatisierte Produktionsverfahren, Massenfertigung, * 3 Innovative Fertigungskonzepte Logistik- und Servicekonzepte * 4 Aufgelöste Tragstrukturen (Jacket, Tripods, etc.) * 5 Neue, Innovative Konzepte 9 6 Korrosion, Korrosionsschutzsysteme oder -materialien * 7 Lebensdaueranalyse, z.b. Einfluss von Fertigungsmängeln, 5 8 eingesetztem Material, Korrosion etc. Fehlerfrüherkennung in Komponenten, Anlagen, Gründungen 3 9 etc. Verringerung der Beeinträchtigung bzw. Untersuchung der * 10 Effekte von Offshore-Windenergieanlagen auf Meeressäugetiere Lastmonitoring und -analyse 1 * Lastprognose und -optimierung 2 * Speichertechnologien 4 * Erhebung, Strukturierung und Auswertung von Daten und 6 * Erfahrungen aus dem Betrieb Messung der Offshore Windverhältnisse, z.b. LiDAR, floating 7 * LiDAR, Anemometer etc. Lastberechnung und -verifizierung (z.b. Optimierung numerischer Lastmodelle) 8 * * nicht unter den Top 10 Auffällig ist, dass das Thema Lasten drei Mal auf Forschungsseite auftaucht, darunter auf Platz 1 und 2, aber gar nicht bei der Industrie. Umgekehrt ist es ähnlich: Die beiden Top-Themen der Industrie, die sich beide mit der Installation der Anlagen beschäftigen, sind bei der Forschung von untergeordneter Bedeutung (nur eines auf Platz 10). Weitere Themen, die nur bei der Forschung in den Top 10 liegen, sind Speichertechnologien, die Erhebung, Strukturierung und Auswertung von Daten und Erfahrungen aus dem Betrieb sowie die Messung der Offshore Windverhältnisse. Bei der Industrie sind die Themen automatisierte Produktionsverfahren, Massenfertigung, Innovative Fertigungskonzepte sowie Logistik- und Servicekonzepte und Aufgelöste Tragstrukturen hoch platziert und bei der Forschung nicht unter den Top 10. Ebenfalls nur von der Industrie in die Top 10 gewählt sind Korrosion, Korrosionsschutzsysteme oder -materialien und Verringerung der Beeinträchtigung bzw. Untersuchung der Effekte von Offshore-Windenergieanlagen auf Meeressäugetiere. Eine relativ gute Übereinstimmung in der Priorisierung durch Forschung und Industrie haben die Themen Lebensdaueranalyse und Fehlerfrüherkennung. Auch wird von beiden Gruppen die Entwicklung von neuen, innovativen Konzepten als wichtig angesehen. Fraunhofer IWES 3. Die Top 10 der Forschungsbedarfe 13 73

4. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlage Nachdem auf die Top 10 eingegangen wurde, werden nun die vier einzelnen Bereiche detaillierter betrachtet. Der erste Bereich stellt die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanalage dar. Die F&E-Themenfelder wurden hier in fünf Zwischenkategorien unterteilt, was jedoch keine Auswirkungen auf die Bewertung der einzelnen Themen hat. Diese Zwischenkategorien sind: Lasten Umgebung Turm, Tragstruktur u. Gründungen Rotor Triebstrang, Maschinenhaus 4.1 Meinung und Expertise der Forschung 4.1.1 zum Thema Lasten Den beiden Themengebieten Lastmonitoring und -analyse sowie Lastprognose u. Lastoptimierung wird mit deutlicher Mehrheit die größte Priorität zugewiesen. Damit einher geht auch die Meinung der Befragten, dass diese Forschungsthemen baldmöglichst bearbeitet werden sollten. Der Lastberechnung und -verifizierung wird im Vergleich dazu eine weniger entscheidende Rolle zugeordnet (wenngleich immer noch die Hälfte der Befragten das Thema mit Priorität 1 bewertet). Dieses Themenfeld sollte ebenfalls in den nächsten fünf Jahren beforscht werden. Auffällig ist, dass keines der drei Themen von mehr als einer Person als weniger wichtig (Priorität 3) bezeichnet wurde. Durchgängig haben über 80% der Teilnehmer eine Meinung zum Thema Lasten abgegeben, was weit über dem Durchschnitt liegt. Expertise im Bereich Lasten Durchschnittlich geben ein Drittel der Befragten an, über Expertise im Bereich der Lasten zu verfügen. Am besten ist das Thema Lastberechnung und -verifizierung (39%) unter allen Teilnehmern vertreten. Dies umfasst 14 der befragten 31 Institutionen. Das Thema findet sich auch hinsichtlich der Häufigkeit der Expertise unter den Top 10 der 80 individuellen Themenfelder wieder. Abbildung 7 stellt die Ergebnisse zum Themenbereich Lasten dar. Fraunhofer IWES 4. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technische Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlagen 14 73

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% Lastmonitoring und -analyse 2% 10% 16% 16% 21% 67% 69% Lastprognose und Lastoptimierung (z.b. Verfahren zur Anpassung des Betriebsverhaltens an Lasten) 19% 16% 16% 17% 66% 67% Lastberechnung und -verifizierung (z.b. Optimierung numerischer Lastmodelle) 2% 17% 16% 19% 33% 48% 66% Prio 1 Prio 2 Prio 3 k.a. - Prio KF LF k.a. - Dringlichkeit Abbildung 7: Zwischenkategorie Lasten Forschung 4.1.2 zum Thema Umgebung Innerhalb dieser Zwischenkategorie wurde insbesondere die dem Bereich Wind zuzuordnenden Themengebieten Messung der Offshore-Windverhältnisse (50%), Offshore-Meteorologie, Windfeldanalyse und -modelle (45%) und Wakemodellierung (43%) entscheidende Bedeutungen für die Reduktion der Stromgestehungskosten und technischen Risiken zugemessen. Wie zuvor beobachtet, geht auch hier die hohe Priorität mit der Dringlichkeit einher: 69% sagen, dass die Messung der Offshore-Windverhältnisse bspw. mit Lidargeräten kurzfristig vorangetrieben werden muss. Auch das Thema Offshore-Meteorologie, Windfeldanalyse und -modelle sollte in den kommenden 5 Jahren stärker bearbeitet werden. Auch hier haben überdurchschnittlich viele Teilnehmer eine Meinung abgegeben. Designbedingungen, die zu etwa gleichen Anteilen mit entscheidend und wichtig bewertet wurden (33% bzw. 38%), sollten möglichst bald erfasst und optimiert werden: 52% sind der Meinung, die weitere Forschung auf diesem Gebiet sollte kurzfristig erfolgen. Als eher wichtig, aber nicht entscheidend, werden die Unterwasser- und Boden-Umgebungsbedingungen eingeschätzt, worunter die Forschungsthemen Messmethoden für Wellen- und Strömungsmessungen, Baugrunduntersuchung (Seismik, CPT, Bohrungen etc.) und Morphologie und Sedimentdynamik fallen. Während die beiden erstgenannten Forschungsthemen eher zügig bearbeitet werden sollten, sehen 55% der Befragten für das Thema Morphologie und Sedimentdynamik eher langfristig Forschungsbedarf. Expertise im Bereich Umgebung Dieses sehr weit gefasste Forschungsbereich ist mit durchschnittlich ca. 8 Institutionen vertreten. 11 Institutionen geben an, über Expertise im Bereich der Designbedingungen zu verfügen. An diesem Beispiel lässt sich erkennen, dass eine hohe Priorisierung nicht unbedingt auf vorhandene Expertise zurückzuführen ist: Wie oben genannt, haben sich mehr Teilnehmer bei diesem Themenfeld für Priorität 2 entschieden als für Priorität 1 und immerhin 16% für Priorität 3. Abbildung 8 zeigt die Ergebnisse im Detail. Fraunhofer IWES 4. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technische Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlagen 15 73

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% Messung der Offshore- Windverhältnisse, z.b. LiDAR, floating LiDAR, Anemometer etc. 5% 10% 14% 17% 34% 50% 69% Offshore-Meteorologie, Windfeldanalyse und -modelle 7% 12% 17% 24% 36% 45% 59% Wakemodellierung (sehr große Windparks, Stabilitätseinfluss etc.) 10% 10% 14% 36% 43% 41% 45% Designbedingungen 16% 14% 19% 29% 33% 38% 52% Messmethoden für Wellen- und Strömungsmessungen 17% 19% 21% 26% 38% 36% 43% Baugrunduntersuchung (Seismik, CPT, Bohrungen etc.) 14% 17% 21% 26% 43% 41% 38% Morphologie und Sedimentdynamik 16% 21% 17% 24% 21% 47% 55% Prio 1 Prio 2 Prio 3 k.a. - Prio KF LF k.a. - Dringlichkeit Abbildung 8: Zwischenkategorie Umgebung Forschung Fraunhofer IWES 4. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technische Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlagen 16 73

4.1.3 zum Thema Turm, Tragstruktur, Gründung Die für die Reduktion von Stromgestehungskosten und technischen Risiken entscheidenden Forschungsthemen dieses Themas sind laut Meinung der Befragten vor allem neue, innovative Konzepte (47%) und automatisierte Produktionsverfahren, Massenfertigung, Innovative Fertigungskonzepte (45%). Außerdem werden die Themen Korrosion, Korrosionsschutzsysteme oder -materialien (40%), aufgelöste Tragstrukturen (38%) und Kolk (34%) als entscheidend angesehen. Auffällig ist, dass die drei letztgenannten in der Dringlichkeit deutlich höher eingestuft werden als die beiden erstgenannten. Bei ihnen handelt es sich um dringende Bedarfe, vermerken durchschnittlich ca. 2/3 der Befragten. Die beiden Themen Kolk und aufgelöste Tragstrukturen finden sich auch in den Top 10 der Dringlichkeit aller 80 Themen wieder. Der Bereich Materialien und Verbundwerkstoffe wird von 43% als wichtig für die Reduzierung von Stromgestehungskosten und technischen Risiken eingestuft. Es wird davon ausgegangen, dass hier stetig (kurz- und langfristig) Forschungsbedarf besteht. Dem Monopile wird kurzfristig (55%) und dem schwimmenden Fundament vor allem in der Zukunft (57%) Bedeutung zugemessen. Expertise im Bereich Turm, Tragstruktur, Gründung Zum Thema aufgelöste Tragstrukturen können 11 Institutionen Expertise beisteuern. Die anderen Forschungsgebiete finden sich im Durchschnitt in etwa acht Instituten wieder. Fünf Forschungseinrichtungen beschäftigen sich mit Grout-Strukturen. Abbildung 9 zeigt die Resultate zur Zwischenkategorie Turm, Tragstruktur, Gründung. Fraunhofer IWES 4. Reduzierung von Stromgestehungskosten und technische Risiken durch Weiterentwicklung der Offshore-Windenergieanlagen 17 73