GE entwickelt Steuerungen für Offshore-Windkraftanlagen, um die Wellen zu bewältigen

GE teilte heute einige neue Details eines Konzepts mit, das die Entwicklung futuristischer schwimmender Windparks vorantreiben könnte. Schwimmende Turbinen sind technische Wunder – oder Albträume, je nachdem, wie Sie sie sehen -, die der Offshore-Windentwicklung massive Teile des tiefen Ozeans zur Verfügung stellen könnten.

Obwohl sie viel Potenzial haben, waren die schwimmenden Giganten bisher zu kostspielig, um im kommerziellen Maßstab eingesetzt zu werden. Und weil sie schweben, stehen sie auch vor einer Flut technischer Herausforderungen dass am Meeresboden befestigte Turbinen nicht wetterfest sein müssen. GE hofft, einige dieser Probleme durch fortschrittliche Turbinensteuerungen lösen zu können, die es zusammen mit dem Beratungsunternehmen Glosten entwickelt. Sie kombinieren dies mit ihrem größten Turbinenmodell, das fast so hoch ist wie die Freiheitsstatue und das Washington Monument zusammen.

GE erhielt vom US-Energieministerium eine Auszeichnung in Höhe von 3 Millionen US-Dollar zur Unterstützung des zweijährigen Projekts, das im vergangenen Jahr gestartet wurde. Wenn das Unternehmen durch Modellierung und Simulationen nachweisen kann, dass sein Design funktioniert, kann es gemeinsam mit seinen Partnern das Projekt zur Erstellung eines Prototyps vorantreiben. Heute enthüllen sie einige Details ihres Designs während eines vom DOE veranstalteten „Energy Innovation Summit“.

Das Entwerfen einer Turbine, die elegant auf dem Wasser schwimmen kann, ist laut Rogier Blom, GEs Hauptforscher für das Projekt, so, als würde man einen Bus auf eine hohe Stange stellen, ihn schweben lassen und ihn dann stabilisieren, während er mit Wind und Wellen interagiert.

Die Turbinen selbst sind im Wesentlichen die gleichen wie andere am Meeresboden befestigte Turbinen. Die großen Unterschiede sind das Design der Plattform, die sie hochhält, und die Steuerung, mit der sie auf rauem, offenem Meer manövriert werden. GE arbeitet daran, das Design einer vorhandenen 12-MW-Turbine und -Plattform mit automatisierten Steuerungen zu koppeln, damit diese effizienter zusammenarbeiten können. Die Steuerungen, eingebauten Sensoren und Computer verbessern die Reaktion der Turbine auf Wind und Wellen.

Wenn diese Steuerungen erfolgreich sind, kann sich die schwimmende Turbine automatisch anpassen, um starke Stürme zu fangen, ohne umzukippen. Das würde letztendlich ihre Leistung maximieren und sie rentabler machen. Schwimmende Turbinen ohne erweiterte Steuerung müssen sperriger sein, damit sie dem Surfen standhalten können. Mit einem intelligenteren Design möchte GE die Masse der Plattform im Vergleich zu anderen Designs für schwimmende Turbinen um mehr als ein Drittel reduzieren – was letztendlich die Kosten senken würde.

Das neue Design für das Konzept der schwimmenden Windkraftanlage von GE.
Bild: GE / Glosten

GE verwendet eine sogenannte „Spannbeinplattform“, die mit verstellbaren „Sehnen“ am Meeresboden verankert ist. Die neue Technologie könnte Windböen und Wellen im Ozean erfassen und in Echtzeit die Länge der Sehnen entsprechend anpassen, damit die Plattform reibungslos auf den Wellen fahren kann. Blom beschreibt den Prozess als “sehen, denken, tun”. Die Sensoren des Steuerungssystems erfassen beispielsweise eine Änderung der Windgeschwindigkeit, bestimmen, wie sich diese Änderung auf die Turbine auswirkt, und nehmen dann Anpassungen vor, um darauf zu reagieren.

Spannbeinplattformen sind „innovativ“ und eines der stabilsten Plattformdesigns, so Walt Musial, Hauptingenieur, der die Offshore-Windforschung am National Renewable Energy Laboratory (NREL) leitet. Die Installation ist jedoch auch sehr schwierig, und laut Musial wurde noch nicht einmal ein Prototyp mit einer vollwertigen Offshore-Windkraftanlage (obwohl eine ähnliche Technologie für die Offshore-Ölförderung verwendet wurde) demonstriert. Andererseits ist alles an schwimmenden Windparks noch ziemlich neu. Es gibt weltweit nur eine Handvoll schwimmender Windkraftanlagen und keine kommerziellen Windparks.

Das könnte sich bald ändern. Musial prognostiziert das erste kommerzielle Projekt, das wahrscheinlich in Asien innerhalb weniger Jahre online gehen wird. Die Entwicklung fortschrittlicher Steuerungen, wie GE es versucht, spielt eine große Rolle, um dies zu erreichen, sagt er.

„Wir freuen uns sehr über dieses Projekt, da dies eine gängige Technologie sein könnte [a majority] von Offshore-Windressourcen “, sagt Blom. Offshore-Windkonstruktionen sind derzeit auf Gewässer beschränkt, die flacher als 60 Meter sind. Damit sind 60 Prozent der US-Offshore-Windressourcen außerhalb der Reichweite fester Offshore-Turbinen. Laut NREL könnten diese Ressourcen jedoch mit schwimmenden Farmen erschlossen werden.

Schwimmende Windparks bieten weitere Vorteile. Sie können sich weit genug von der Küste entfernen, um möglicherweise die Küstenbewohner zufrieden zu stellen, die besorgt darüber sind, wie sich Turbinen auf die Fischerei, die Vögel oder die Aussicht auf das Meer auswirken könnten. Sie stören auch nicht den Meeresboden – mit Ausnahme von Ankern, mit denen die Plattform festgemacht wurde. Dies löst ein weiteres Problem, das die Offshore-Windentwicklung behindert: ein Mangel an Spezialschiffen, die für die Installation von Turbinenfundamenten erforderlich sind.

In der Vergangenheit gab es Skepsis, ob sich schwimmende Turbinen schnell genug entwickeln und die Kosten so weit senken können, dass sie wirklich abheben können. Sie konkurrieren auch mit ihren am Meeresboden befestigten Gegenstücken, die schnell in immer tiefere Gewässer vordringen.

„Wir sollten die Kreativität der festen Offshore-Windindustrie nicht unterschätzen, da sie auch die Grenzen überschreitet“, sagt Po Wen Cheng, Leiter Windenergie am Institut für Flugzeugdesign der Universität Stuttgart. Als er vor etwa 20 Jahren mit der Offshore-Windforschung begann, glaubten die Menschen nicht, dass traditionelle Turbinen in Gewässern mit einer Tiefe von mehr als 20 Metern installiert werden könnten. Sie haben seitdem diese Grenze überschritten. In einem Wettlauf um die Entwicklung genügend erneuerbarer Energien, um die Klimakrise abzuwehren, ist möglicherweise noch genügend Platz vorhanden, damit sowohl schwimmende als auch feste Konstruktionen auf See gehen können.

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