Offshore-Windenergie hat Oberwasser
Offshore-Windparks können aufgrund der stärkeren Meereswinde und gleichmäßigeren Windströmung zuverlässiger wesentlich mehr Energie erzeugen, als ihre Gegenstücke an Land. Allerdings können Offshore-Anlagen wegen Einschränkungen der aktuellen Technologie nur in flacheren Gewässern gebaut werden. Die Lösung besteht in schwimmenden Windkraftanlagen. Bislang werden 90 % der weltweit installierten Offshore-Windanlagen in der Nordsee und den an sie grenzenden Bereichen des Atlantiks in Auftrag gegeben und betrieben, da das Meer dort flach genug ist und gute Windverhältnisse herrschen. „Aber die Kombination aus diesen beiden Eigenschaften ist auf der Welt nicht häufig vorzufinden, daher sind für größere Meerestiefen schwimmende Windkraftanlagen vonnöten“, so David Carrascosa, Projektkoordinator von SATH und Betriebsleiter des spanischen Unternehmens Saitec Offshore Technologies. Viele Länder wie Irland, Japan, Norwegen, Spanien und die Vereinigten Staaten (an der Westküste) verfügen nur über einen sehr schmalen Festlandsockel, bevor das Meer bereits mehr als 50 bis 60 Meter tief wird – was Carrascosa zufolge die technisch umsetzbare Obergrenze für im Boden befestigte Offshore-Anlagen ist. Die Lösung erscheint offensichtlich, aber die Entwicklung schwimmender Windenergietechnologien wurde nicht intensiv vorangetrieben, da die Vorkosten für die Forschung hoch waren. „Heutzutage sind Regierungen, politisch Verantwortliche und private Unternehmen ehrgeiziger geworden und wir können eine Vision anbieten, wie die Kosten schwimmender Offshore-Windanlagen schnell gesenkt werden können, sodass sie bis 2030-2035 voraussichtlich das Niveau aktueller im Boden fixierter Systeme erreichen“, merkt Carrascosa an. „Offshore-Windanlagen machen anderen Methoden der Stromerzeugung zunehmend Konkurrenz, denn die Energiepreise liege hier unter denen von Strom aus Kernkraft oder Gas.“
Hochskalierung auf Demonstratoren in voller Größe
Nach Tests in Wellentanks ging das Projekt von Modellen im Maßstab 1:60 zu Modellen im Maßstab 1:36 über, die etwa zwei Meter hoch waren. „Inzwischen stellen wir eine Demonstrationsplattform in realem Maßstab her und gehen dabei von einer 30-kW-Anlage zu 2 MW über – von einer 18 Meter hohen Anlage zu einer 70 Meter hohen Plattform“, erklärt Carrascosa. In jeder neuen Phase mussten hydrodynamische Analysen durchgeführt und Verbesserungen an dem Software-Instrumentarium vorgenommen werden, das für das Projekt entwickelt wurde. Die größte Herausforderung war der Übergang von kleinen Projekten in kontrollierten Umgebungen zu der Installation in realer Größe. „Wir mussten viel über Beschaffungswirtschaft, Verwaltung und die Schnittstellen zwischen Zulieferbetrieben lernen und uns auch noch mit COVID-19 herumschlagen“, fügt er hinzu. COVID-19 zog Verzögerungen nach sich, sodass das 18 Meter hohe Demonstratormodell in stürmischeren Herbstgewässern erprobt werden musste, als ursprünglich geplant war. Dies entpuppte sich jedoch als Glücksfall. „Wir entwickeln jetzt eine schwimmende Plattform für die ganzjährige Verwendung in der Kantabrischen See, einem ungeschützten Ort mit raueren Bedingungen als in der Nordsee“, so Carrascosa. „Wir mussten unsere Entwürfe an eine maximale Wellenhöhe von 19 Metern anpassen.“
Die Logistik schwimmender Offshore-Windkraftanlagen
Große Windkraftanlagen können zu Land nur mit großer Mühe transportiert werden, aber Schiffe können größere Anlagen transportieren und an ihren Zielort abseits der Küste bringen. „Wir arbeiten zurzeit an einem Filter für Turbinen, der bald 20 MW erreichen wird, was wirklich riesig ist“, kommentiert er. Die schwimmenden Plattformen werden mithilfe von Ketten oder Tauwerk im Meeresboden verankert, sodass die Plattformen beweglich sind und sich stets am Wind ausrichten können. Ein Kabel verbindet die Plattform mit dem Umspannwerk an Land. „Je nachdem, wie weit die Anlage von der Küste entfernt ist, ist gegebenenfalls ein im Boden befestigtes zwischengeschaltetes Offshore-Umspannwerk oder ein schwimmendes Umspannwerk erforderlich, das mit dem Stromnetz an Land verbunden ist“, erklärt Carrascosa. Im Vergleich zu den gewaltigen Ozeanen ist die Fläche, die von Offshore-Windparks in Anspruch genommen wird, klein, und obgleich auf Schifffahrtswege Rücksicht genommen werden muss, „steht außer Frage, dass wir alles problemlos unter einen Hut bekommen können“, fügt Carrascosa hinzu. Das Projekt umfasste auch Forschung zu Mustern maritimer Transportwege und kommerzieller Fischereiaktivitäten sowie zu den Umweltauswirkungen der schwimmenden Plattformen auf Meeressäugetiere, Fische und geschützte Gebiete.
Schlüsselbegriffe
SATH, Offshore-Wind, Windkraftanlage, Energie, erneuerbare Energie, Windenergie, Nordsee, Kantabrische See
