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Advanced monitoring, simulation and control of tidal devices in unsteady, highly turbulent realistic tide environments

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Weniger Turbinenausfälle – rentablere Gezeitenenergie

Schlüsselfaktoren für das Versagen von Gezeitenturbinen sowie dazu passende Lösungsvorschläge zu ermitteln, dürften der entscheidenden Schritt vorwärts sein, um diesen Sektor der erneuerbaren Energien effizienter und wirtschaftlich rentabel zu gestalten.

Energie

Vorrichtungen zur Gewinnung von Gezeitenenergie wandeln die kinetische Energie einer sich bewegenden Flüssigkeit in die Bewegung eines mechanischen Systems um, das dann einen Generator antreiben kann. Die in Gezeitenströmungen, den durch die steigenden und fallenden Gezeiten ausgelösten Meerwasserströmungen, enthaltene kinetische Energie kann mit einer Vielzahl von Anlagen in Elektrizität umgewandelt werden. „Viele Gezeitenströmungsturbinen sehen eher wie eine auf dem Meeresboden aufgestellte Windkraftanlage aus“, sagt Rogerio Pintas Cabral, Projektkoordinator von RealTide (Advanced monitoring, simulation and control of tidal devices in unsteady, highly turbulent realistic tide environments) und leitender Projektmanager beim Bureau Veritas Marine & Offshore in Frankreich. „Die Gezeitenströmungen bewegen die Schaufeln und erzeugen auf diese Weise Elektrizität. Wechseln die Gezeiten, so kehren die Schaufeln ihre Richtung um und erzeugen weiterhin Strom.“ Über ein Kabel wird dann der Strom an Land ins Netz eingespeist. Anders als die starken Schwankungen unterworfene Wind- oder Sonnenstromerzeugung ist die Elektrizität aus Gezeitenenergie vorhersagbar. Cabral zufolge stelle sie deshalb eine potenziell wertvolle Ergänzung der variablen Quellen dar, sobald die Betriebskosten gesenkt worden seien. Eine wesentliche Herausforderung im Hinblick auf den kosteneffizienten Betrieb ist die Tatsache, dass Gezeitenströmungskraftwerke recht störungsanfällig sind. „Die Anlagen müssen sehr robust und für den unbeaufsichtigten Betrieb geeignet sein, da sie sich nun einmal unter Wasser befinden“, erläutert Cabral. „In der Meeresumwelt geht es extrem rau zu. Es bestehen Risiken wie etwa Verwirbelungen, Überlastung durch starken Wellengang und Algenwachstum.“

Schwachstellen im Visier

Das Projekt RealTide startete im Januar 2018 mit dem Ziel, die Hauptursachen für Gezeitenturbinenausfälle auf See zu ermitteln. Die gesammelten Daten wurden eingesetzt, um wesentliche Komponenten, etwa die Schaufeln und die Stromabnehmersysteme, zu überdenken und neu zu konstruieren, um sie noch besser an die komplexen Umweltbedingungen anzupassen. Der Stromabnehmer ist jene technische Komponente, die für die Umwandlung der kinetischen Energie der Wellen- oder Gezeitenströmungskraft in nutzbare Energie verantwortlich ist. Im Lauf des Projekts wurden in diese ermittelten Untersysteme moderne Überwachungssysteme integriert und neue Instandhaltungsstrategien entwickelt. Zur Messung und Modellierung der realen Gezeitenströmungsbedingungen wurden Labortests zusammen mit Tank- und Seeversuchen durchgeführt. „Unser übergeordnetes Ziel war die Suche nach Wegen zur Steigerung der Zuverlässigkeit und Verbesserung der Leistung innerhalb der gesamten Lebensdauer der Gezeitenturbine“, merkt Cabral an. „Möglich wurde dies nur dank der Zusammenarbeit mit hoch spezialisierten Partnern.“

Wettbewerbsfähige erneuerbare Energie

Nach einer Laufzeit von mehr als zwei Jahren hat das Projekt einige wichtige Erkenntnisse erbracht. Es wurden zahlreiche, durch die speziellen Betriebsbedingungen von Gezeitenturbinen hervorgerufene Ausfallmodi erkannt, sodass das Team Empfehlungen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit abgeben konnte, die in zukünftige Konstruktionen einfließen werden. Außerdem wurden die am besten für Gezeitenturbinen geeigneten Überwachungstechnologien ermittelt. „Wir konnten auch Fortschritte bei der effizienteren Gestaltung der Schaufeln verzeichnen“, fügt Cabral hinzu. „Dazu wurde Faseroptik in die Schaufeln eingebettet, die Überwachungszwecken dient.“ Cabral zeigt sich zuversichtlich, dass die bisher erzielten Ergebnisse beweisen, dass sich das Projekt in die richtige Richtung bewege. Die Gezeitenströmungstechnik befinde sich noch in einem relativ frühen Stadium. Deshalb müssten Daten gesammelt werden, um bestehende Schwachstellen zu finden und den richtigen Entwicklungspfad festzulegen. Er sagt dazu: „Wir haben vorgeführt, dass eine Steigerung der Leistung und Zuverlässigkeit möglich ist. Mit kürzeren Ausfallzeiten der Gezeitenturbinen aufgrund von Störungen und Instandhaltungsarbeiten bei gleichzeitiger Steigerung der Stromerzeugung und der daraus resultierenden Einnahmen wird die Gezeitenenergie wettbewerbsfähiger werden. Neue Maschinen mit den Vorteilen von RealTide werden daher finanziell rentabler und für Investitionen attraktiver sein.“

Schlüsselbegriffe

RealTide, Turbine, Wellen, Meer, Ozean, Gezeiten, kinetisch, Energie, Elektrizität, Strömungen

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