Onshore- vs. Offshore-Windenergie: Arten von Windenergie, Unterschiede und Kosten

Windenergie zählt zu den schnellsten Möglichkeiten, grünen Strom zu erzeugen. Energieversorger nutzen dafür zwei Hauptansätze: Onshore- und Offshore-Installationen.

Onshore-Windenergie

Die Erzeugung von Strom durch landbasierte Turbinen definiert die Onshore-Windenergie. Diese Turbinen werden in ländlichen Gebieten betrieben, die höhere Windgeschwindigkeiten mit minimalen Hindernissen bieten. Die Technologie hat sich seit 1887 bemerkenswert weiterentwickelt. Die kleine Turbine von Professor James Blyth erzeugte Strom in Schottland, doch die kommerzielle Windstromerzeugung begann erst 1991. Allein im Vereinigten Königreich gibt es heute mehr als 2.600 Onshore-Windprojekte. Ihre kombinierte Leistung übersteigt 15 GW. Moderne Anlagen verfügen über Turbinen, die im Durchschnitt 98 Meter hoch sind und Rotorblätter mit 50 Metern Länge besitzen. Heutige Onshore-Turbinen leisten zwischen 2,5 und 3 MW.

Offshore-Windenergie

Meereswinde treiben Offshore-Energieanlagen an. Diese Installationen profitieren von stärkeren und gleichmäßigeren Windgeschwindigkeiten, da keine Geländeformen den Wind bremsen. Wie hoch sind diese Turbinen? Offshore-Turbinen überragen ihre landbasierten Pendants mit Höhen von bis zu 190 Metern. Die Kosten für Bau und Wartung von Offshore-Windparks sind hoch, dennoch verändern sie die Landschaft der erneuerbaren Energien grundlegend. Der britische Hornsea-2-Windpark ist der größte Offshore-Windpark der Welt. Seine 165 Turbinen erzeugen 1.320 MW – genug Strom für 1,4 Millionen Haushalte.

Beide Typen spielen eine entscheidende Rolle in der globalen Energiewende, auch wenn sie sich in Größe, Effizienz und Wirtschaftlichkeit unterscheiden. Das letzte Jahrzehnt erzählt eine beeindruckende Geschichte: Die weltweite Offshore-Windkraftkapazität ist zwischen 2010 und 2021 um 97 % gestiegen. Der Rotordurchmesser dieser Turbinen übertrifft zunehmend den von Onshore-Anlagen.

Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen wächst ihre Innovationskraft und ihr Fortschritt außergewöhnlich schnell.

Was ist Onshore-Windenergie?

Windturbinen an Land nutzen die kinetische Energie der bewegten Luft und wandeln sie in Strom um. Diese erneuerbare Energiequelle funktioniert über einen einfachen Mechanismus: Der Wind dreht große Rotorblätter, die einen Generator antreiben und elektrische Energie erzeugen.

Windturbinen an Land gibt es hauptsächlich in zwei Bauarten:

• • Dreiflügelige Horizontalachsen-Turbinen, die in Windrichtung ausgerichtet sind
  • Verschiedene Ausführungen von Vertikalachsen-Turbinen, einschließlich „Schneebesen“-Designs, die unabhängig von der Windrichtung arbeiten

Diese Turbinen benötigen Windgeschwindigkeiten zwischen 11 km/h und 90 km/h, um effizient zu arbeiten. Ihre höchste Effizienz erreichen sie bei 30 km/h, die maximale Leistung bei 44 km/h. Der erzeugte Strom wird über einen Transformator geleitet, der die Spannung erhöht, bevor er an das elektrische Netz angeschlossen wird.

Ein typischer Windpark verteilt mehrere Turbinen über eine große Fläche. Jede Turbine besitzt speziell ausgelegte Rotorblätter, die sich bereits bei Windgeschwindigkeiten ab 11 Kilometern pro Stunde drehen können. Die Rotorblätter sind mit einer Nabe und Wellen verbunden, und ein Getriebe erhöht die Drehzahl, bevor die Bewegung an den Generator weitergeleitet wird.

Windkraft an Land wächst schneller als die meisten anderen erneuerbaren Technologien. Landbasierte Windprojekte lassen sich leichter errichten und sind in der Wartung kostengünstiger als Offshore-Anlagen. Diese Windparks harmonieren gut mit anderen erneuerbaren Quellen wie Solarmodulen. Kombinierte Wind-Solar-Kraftwerke fügten im Jahr 2022 zusätzliche 2,6 Gigawatt Windkapazität hinzu.

Was ist Offshore-Windenergie?

Offshore-Windenergie nutzt Winde, die über Gewässern, hauptsächlich über Meeren und Ozeanen, wehen, um Strom zu erzeugen. Die Anlagen auf See profitieren von höheren und konstanteren Windgeschwindigkeiten, da physische Barrieren fehlen – das ermöglicht eine effizientere Stromproduktion.

China (49 %), das Vereinigte Königreich (22 %) und Deutschland (13 %) dominieren den globalen Offshore-Windsektor mit mehr als 75 % der weltweiten Installationen. Die gesamte globale Kapazität erreichte bis 2022 64,3 Gigawatt. Der britische Hornsea-Projekt-Zwei-Windpark, der 1,4 GW erzeugt, gilt als größter Offshore-Windpark der Welt.

Diese maritimen Installationen gibt es in zwei Hauptformen:

• • Festfundament-Turbinen, die in relativ seichten Gewässern (weniger als 60 m tief) am Meeresboden verankert sind
  • Schwimmende Windturbinen für größere Wassertiefen, die sich noch in früheren Entwicklungsphasen befinden

Der Stromerzeugungsprozess beginnt, wenn der Wind die Rotorblätter der Turbine dreht. Diese Bewegung wird über eine Antriebswelle auf Magnete in Spulen übertragen und erzeugt elektrischen Strom. Die Energie gelangt über Unterseekabel zu Offshore-Umspannwerken, wo die Spannung für eine effiziente Übertragung in das landseitige Netz erhöht wird.

Die Vorteile von Offshore-Windparks gegenüber Onshore-Anlagen sind:

• • Doppelt so hohes Energiepotenzial durch stärkere, gleichmäßigere Meereswinde
  • Minimale visuelle und akustische Auswirkungen auf besiedelte Gebiete
  • Möglichkeit größerer Turbinengrößen und Windparkflächen

Die Technologie wurde 2017 trotz höherer ursprünglicher Kosten preislich mit konventionellen Energiequellen konkurrenzfähig. Diese Entwicklung macht Offshore-Wind zu einem immer wichtigeren Bestandteil der globalen Energiewende.

Onshore vs. Offshore-Windenergie: Zentrale Unterschiede

Onshore- und Offshore-Windenergie unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht, nicht nur durch ihren Standort.

Der Größenunterschied fällt zuerst ins Auge. Offshore-Turbinen erreichen Höhen von bis zu 260 Metern mit Rotorblättern von 150 Metern Länge. Diese Giganten sind 3,5-mal größer als ihre Onshore-Pendants. Wie viel Energie erzeugen diese Turbinen? Das bedeutet, dass Offshore-Turbinen jeweils 8–12 MW erzeugen, während Onshore-Modelle 2,5–3 MW produzieren.

Die raue Meeresumgebung bestimmt auch die eingesetzten Materialien. Offshore-Turbinen benötigen speziellen, korrosionsbeständigen Hochleistungsstahl. Onshore-Turbinen kommen mit Standardstahl in Kombination mit Glasfaserharz, Eisen, Kupfer und Aluminium aus.

Auch die Kosten zeichnen ein interessantes Bild. Onshore-Windparks sind in der Errichtung günstiger, und kleine Windturbinen sind sogar noch kostengünstiger. Offshore-Projekte benötigen komplexe Infrastrukturen, was die Kosten in die Höhe treibt, auch wenn neue Technologien helfen, diese Lücke zu verkleinern.

Die Zahlen zeigen, dass Offshore-Windparks leistungsstärker sind. Sie erreichen eine Kapazitätsauslastung von 38 %, verglichen mit 24 % bei Onshore-Anlagen. Das liegt daran, dass Meereswinde stärker und gleichmäßiger wehen, ohne auf Hindernisse zu treffen.

Sicherheitsbedenken sprechen eher für die Entwicklung an Land, da Unterseekabel potenzielle Ziele für Sabotage darstellen. Darüber hinaus können lokale Gemeinschaften in Onshore-Projekte, etwa mit kleinen Windturbinen, eingebunden werden, während Offshore-Vorhaben in der Regel große Unternehmensinvestitionen erfordern.

Beide Arten von Windturbinen wachsen schneller als je zuvor. Bis 2050 wird erwartet, dass die Onshore-Kapazität 5.044 GW erreicht, während Offshore-Anlagen etwa 1.000 GW erreichen sollen.

Vorteile und Nachteile

Windenergiesysteme lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen – Onshore und Offshore. Jede Kategorie bringt eigene Vorteile mit sich und steht vor unterschiedlichen Herausforderungen, die ihre Leistungsfähigkeit beeinflussen.

Windparks an Land überzeugen durch kostengünstige Lösungen. Ihre Errichtung ist wesentlich günstiger als die von Offshore-Anlagen. Diese Systeme lassen sich innerhalb weniger Monate bauen und problemlos an bestehende Stromnetze anschließen. Ihr CO2-Fußabdruck bleibt mit rund 9 gCO2/kWh niedrig und liegt damit deutlich unter dem von Gaskraftwerken (450 gCO2/kWh) und Kohlekraftwerken (1.050 gCO2/kWh).

Offshore-Windparks nutzen bessere Windbedingungen. Die Windgeschwindigkeit hat großen Einfluss auf die Stromproduktion. Eine Turbine gewinnt aus 15-mph-Winden doppelt so viel Energie wie aus 12-mph-Winden. Diese Anlagen auf See verwenden größere Turbinen in stärkeren, gleichmäßigeren Winden und erzeugen häufig die doppelte Energiemenge ihrer landbasierten Pendants.

Beide Typen stehen vor eigenen Herausforderungen. Große Onshore-Projekte stoßen oft auf Widerstand in der Bevölkerung, etwa wegen der Optik oder des Bedarfs an fossiler Backup-Erzeugung, wenn die Winde schwach sind. Offshore-Projekte haben mit komplexen Bauanforderungen zu kämpfen, insbesondere in Gewässern mit Tiefen von über 200 Fuß, und sind in Bau und Wartung deutlich teurer.

Die Umweltwirkungen unterscheiden sich ebenfalls. Diese Windparks beeinflussen Wildtiere auf unterschiedliche Weise. Forschungsergebnisse zeigen, dass manche Arten Schwierigkeiten haben, während andere von neuen künstlichen Riffen profitieren, die sich um die Strukturen herum bilden.

Vergleichstabelle: Onshore vs. Offshore

Zwischen den beiden Arten der Windenergie besteht eine deutliche Lücke, wie die globalen Kapazitätszahlen zeigen. Die Onshore-Kapazität hat 1.053 GW erreicht, während die Offshore-Kapazität im Jahr 2024 bei 79,4 GW liegt. Dieser umfassende Vergleich verdeutlicht die grundlegenden Unterschiede zwischen diesen Ansätzen der erneuerbaren Energie:

Offshore-Installationen liefern konstanten Strom mit höheren Effizienzgraden, erfordern jedoch größere Investitionen. Dänemark ist in Europa führend mit den niedrigsten Offshore-Wind-LCOE-Kosten von $0.053/kWh. Beide Technologien werden in Zukunft eine entscheidende Rolle spielen, da erwartet wird, dass Windenergie bis 2050 rund 35 % der weltweiten Stromproduktion abdeckt.