Wie wird aus Wind Strom? Genauer gesagt: Wie wird die Bewegungsenergie der Luft in elektrische Energie umgewandelt? Der erste Schritt ist die Übertragung der Windbewegung in die Bewegung der Rotorblätter. Dabei wird dem Wind ein Teil seiner Geschwindigkeit entzogen und der Rotor gerät in Drehung. Am Ende der Rotorachse ist ein Magnet befestigt, umgeben von feststehenden Spulen. Durch Induktion entsteht Strom in den Spulen, wenn sich der Magnet dreht.

Die elektrischen Grundlagen dazu wurden schon zu Beginn des 19. Jahrhunderts von Physikern mit großen Namen wie Ampère und Faraday erkannt. Heutige Anlagen sind sehr komplex und besitzen eingebaute Umrichter, Transformatoren, Steuerungseinheiten und verschiedene Schutz- und Warnsysteme.

Die Dimensionen von Wind­energie­anlagen auf See sind außer­ge­wöhn­lich: Die Nabenhöhe der Anlagen liegt bei bis zu 120 m über dem Meeres­spiegel. Den Rotor mit eingerechnet, ist eine Anlage bis zu 180 m hoch, höher als der Kölner Dom.

Offshore-Windenergieanlagen für die Standorte in Nord- und Ostsee müssen in ihrer technischen Auslegung Korrosion, extremen Windgeschwindigkeiten und großen Wellenhöhen gewachsen sein. Die Windenergieanlagen auf See müssen zudem im Vergleich zu Landanlagen deutlich größer sein, um die höheren Kosten gegenüber Windenergieanlagen an Land für Gründung, Netzanbindung und Betrieb auszugleichen und einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen.

Die meisten Firmen, die in der deutschen AWZ (Ausschließliche Wirtschaftszone, außerhalb der 12-Seemeilen-Zone) planen, wollen deshalb möglichst leistungsstarke Anlagen einsetzen.

Die Gründungsstruktur, auf der die Windenergieanlagen auf See installiert werden, muss mithilfe von Spezialschiffen platziert und dann fest im Meeresboden verankert werden. Dabei gibt es unterschiedliche Gründungsvarianten. Bei mäßigen Wassertiefen werden vor allem Monopiles und Schwerkraftgründungen eingesetzt.
In größeren Wassertiefen werden andere Strukturen wie Jackets oder Tripods eingesetzt. Für besonders große Wassertiefen (mehr als 50 m) werden derzeit schwimmende Fundamente entwickelt und erprobt.
Auf einem sogenannten Suction-Bucket-Fundament (Saugeimergründung) von der Firma DONG Energy wurde 2014 im Windpark Borkum Riffgrund 1 erstmals eine Windenergieanlage für Forschungszwecke errichtet. Diese Art der Gründung zeichnet sich durch eine besonders schallarme Installationsweise aus, da sie nicht gerammt wird, sondern sich durch einen Unterdruck in den Meeresboden gräbt.

Windparks werden in bis zu 100 km Entfernung von der Küste errichtet. Zukünftig könnte der Abstand auch noch weiter steigen. Um diese Windparks mit dem Stromnetz an Land zu verbinden, müssen mit Spezialschiffen Kabel verlegt werden. Dabei gibt es viele Herausforderungen, je nach Ort und Beschaffenheit des Meeresbodens.

Windenergieanlagen erzeugen immer Drehstrom. Dies hängt mit dem Prinzip des Generators zusammen. Und das Stromnetz an Land verwendet auch die Drehstromtechnik. Das hört sich doch gut an! Leider ist die Drehstromtechnik aber nur bis zu einer bestimmten Küstenentfernung des Windparks geeignet. Bei sehr großen Küstenentfernungen werden die elektrischen Verluste zu groß und es lohnt sich eher, ein Gleichstromsystem zu nutzen. Für die Netzanbindung der ersten Offshore-Windparks - auch für alpha ventus - wurden zum Teil noch konventionelle Drehstromsysteme zur Anbindung an das küstennahe Verbundnetz gewählt.

Je nachdem, ob die Windenergie nun per Dreh- oder Gleichstrom an Land gelangen soll, werden verschiedene Anbindungssysteme gewählt. In beiden Fällen werden zunächst die einzelnen Windenergieanlagen an das Umspannwerk angeschlossen. Hier wird der Strom zur Übertragung auf ein höheres Spannungsniveau transformiert. Der Wechselstrom aus den Anlagen wird in Spannung und Frequenz stabilisiert und danach entweder direkt an Land geleitet (Drehstrom-Einzelanbindung) oder mit dem Strom weiterer Umspannplattformen auf einer Konverterplattform (Stromrichter-Plattform, bspw. BorWin alpha) gebündelt und gleichgerichtet bevor es an Land geht (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, HGÜ).

Offshore-Windparks (bis zu 400 MW, Einspeisung in das Hoch- und Höchstspannungsnetz) weisen im Vergleich zu Windparks an Land (einige 10 MW bis zu 100 MW, Einspeisung in die Mittelspannungsebene) wesentlich höhere installierte Leistungen auf, die mit jenen von konventionellen Kraftwerken (Kohle-Kraftwerk bis zu 1000 MW, AKW bis zu 1400 MW) vergleichbar sind. Daraus ergeben sich prinzipiell andere technische Anforderungen für den Anschluss an das Stromnetz.

Um den Strom entsprechend anzupassen, werden Umspannwerke gebaut. So ein Umspannwerk bildet das Herzstück eines Windparks: Hier laufen die Stromkabel aller Windenergieanlagen zusammen und von hier führt das dicke Stromkabel dann weiter an Land. Mit einer Andockstation für Schiffe, dem Helikopterdeck, der Werkstatt und der Unterkunft ist die Plattform meist auch der logistische Mittelpunkt des Windparks.