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Mit dem neuen Wellenenergie-Stromabnehmersystem nach Universalität streben

Vor mehr als sechs Jahren wurde das Unternehmen UMBRAGROUP von einem Team aus seiner Kundschaft kontaktiert. Es verfügte über eine neue Technologie und benötigte das Fachwissen der italienischen Firma, um diese sicherer ausgestalten zu können. Schließlich entwickelte UMBRAGROUP den passenden elektromechanischen Generator – eine Vorrichtung, die Energie aus alternativen Bewegungen gewinnt. Die Technik nähert sich nun dem Technologie-Reifegrad 5 und gilt bereits als eine ernst zu nehmende Option für die Umwandlung von Wellenbewegung in Elektrizität.

Energie

Stellen wir uns nun für eine Sekunde den aktuellen technischen Stand des Meeresenergiesektors vor. Zum Erfolg werden im Wesentlichen drei Elemente gebraucht: eine robuste und zuverlässige Lieferkette, konsolidierte Konstruktionsnormen und Technologien, die sowohl wettbewerbsfähig als auch zuverlässig sind. Ein Stromabnehmersystem, wie es im Rahmen des Projekts IMAGINE (Innovative Method for Affordable Generation IN Ocean Energy) entwickelt wurde, könnte für die Erfüllung dieser Anforderungen von entscheidender Bedeutung sein. Es verspricht eine Steigerung des Wirkungsgrads der Wellenenergie zur netzverträglichen Verstromung um 70 bis 80 %, eine Senkung der Investitionsaufwendungen um 50 % und eine Verlängerung der Lebensdauer des Stromabnehmers auf 20 Jahre. Zu guter Letzt kann es an verschiedene Typen von Wellenenergiewandlern angepasst werden. „Wellenenergietechnologien müssen sich einander noch annähern“, sagt Luca Castellini, Leiter für Forschung und Entwicklung im Bereich Energie und für Geschäftsentwicklung bei UMBRAGROUP und Koordinator von IMAGINE. „Wir wussten, dass Standorte mit unterschiedlichen Umweltmerkmalen auch unterschiedliche Anforderungen an das Design zur Folge haben können; also haben wir eine Technik entwickelt, die in den meisten Szenarien lineare mechanische Bewegung in Elektrizität umwandelt. Unser elektromechanischer Generator (EMG) kann mithilfe von vier Wellenenergiewandlertypen Energie gewinnen: mit Punktabsorbern, Attenuatoren bzw. Dämpfungsgliedern, Wandlern für oszillierende Wellenbewegungen (und Tauchvorrichtungen, die Druckdifferenzen ausnutzen.“ Der elektromechanische Generator ist mit mehr als 80 % aller in der Entwicklung befindlichen Wellenenergiewandlern kompatibel. Aber seine Stärke liegt nicht nur in dieser Vielseitigkeit. Im Vergleich zu Stromabnehmersystemen gemäß dem Stand der Technik wird mit dem elektromechanischen Generator der Bedarf an aktiven Materialien minimiert (und somit werden die Gesamtkosten gesenkt). Es weist dank des Einsatzes von Rollkontaktelementen (im Sinne eines erhöhten mechanischen Wirkungsgrads) eine minimale Reibung sowie aufgrund einer begrenzten Anzahl von Komponenten und einer kompakteren Architektur eine höhere Leistungsdichte auf. Das System hat seine Zuverlässigkeit bereits in sicherheitskritischen Anwendungen unter Beweis gestellt.

Mehr als Wellenenergie

Dank der EU-Unterstützung im Rahmen des Projekts IMAGINE begann UMBRAGROUP im Jahr 2018 mit dem Bau eines Prototyps für „HardWare in the Loop“-Leistungs- und Lebensdauer-Prüfstandtests. Das Team möchte nachweisen, dass das System die Zielstellungen in Bezug auf Kostensenkung und Leistungsverbesserung erfüllt und damit den Technologie-Reifegrad 5 erreicht. Gegenwärtig werden die Testteile hergestellt und das Team hofft, mit der Testkampagne im Spätsommer beginnen zu können. Aber hinter IMAGINE steckt mehr als nur die Stromabnehmerlösung. „Das Projekt konzentriert sich außerdem auf die Entwicklung optimierter Entwurfsprozesse, die zur Erschaffung empfohlener Praktiken für Stromabnehmerlösungen in Wellenenergiewandlertechnologien beitragen können. Angesichts fehlender Normen haben wir einen Ansatz entwickelt, der sich aus dem Windenergiesektor ableitet: Wir greifen auf Wellenenergieklassen zurück, um eine geeignete Stromabnehmergröße für einen Wellenenergiewandler zu definieren“, fügt Castellini hinzu. Die Wellenenergieklasse gestattet anhand numerischer Modellierung eine Definition des Belastungsbereichs des elektromechanischen Generators auf der Grundlage der Wechselwirkungen zwischen dem Wellenenergiewandler und seiner Umgebung. UMBRAGROUP hat ein breites Belastungsspektrum für den elektromechanischen Generator berücksichtigt, um dessen Sicherheit zu gewährleisten. „Der elektromechanische Generator ist extremen Belastungs- und Leistungsanforderungen ausgesetzt, selbst wenn die gewählte Standortklasse und der Wandlertyp dem Leistungsbereich des Einsatzortes entsprechen. Um auch unter diesen extremen Belastungen Energie erzeugen zu können, haben wir für den elektromechanischen Generator eine Parallelisierungsarchitektur eingeführt“, erklärt Castellini. Wahrscheinlich wird es noch eine ganze Weile dauern, bis Technologie-Reifegrad 9 erreicht ist. Bei den Interessengruppen und in der technischen Entwicklung wird jedoch bereits jetzt mit dem elektromechanischen Generator gerechnet. Das Potenzial dieser Technik reicht sogar über den Wellenenergiesektor hinaus. So liegen Anwendungen in der Gezeitenenergie-, Automobil-, Öl- und Gasindustrie im Bereich des Möglichen.

Schlüsselbegriffe

IMAGINE, EMG, elektromechanischer Generator, Meeresenergie, Wandler, Umwandlung, Stromabnehmer, Wellenenergiewandler

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