Kostengünstige schwimmende Offshore-Windenergie erscheint am Horizont
Wind ist der zweitgrößte Stromerzeuger in der Familie der erneuerbaren Energieträger gleich nach der Wasserkraft und produziert mehr Elektrizität als alle anderen Quellen zusammen. Offshore-Windkraft trug 2019 weniger als 1 % zur weltweiten Stromerzeugung bei, wird aber bei der Energiewende eine herausragende Rolle spielen. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts COREWIND besteht darin, die Kosten zu senken, die die größte Herausforderung bei der Ausschöpfung dieses Potenzials darstellen. Reduzierungen wurden über den gesamten Lebenszyklus hinweg angestrebt, indem die Auslegung des Windparks, die Konstruktion der Komponenten, die Installation, der Betrieb und die Instandhaltung optimiert wurden.
Schwimmende Offshore-Windenergie – die Kräfte der Natur ausnutzen
Der weltweit erste feste Offshore-Windpark wurde 1991 in Betrieb genommen. Weniger als vier Jahrzehnte später ging 2017 der erste schwimmende Windpark der Welt in Betrieb. Schwimmende Windkraftanlagen sind größer als fest und an Land installierte Anlagen – einige Prognosen gehen davon aus, dass im Jahr 2035 die Höhe der Rotorblätter einer Windkraftanlage an der Spitze ihrer Rotation die Höhe des Eiffelturms erreichen könnte. Das Potenzial für die Stromerzeugung kann es mit der Kapazität effizienter Gaskraftwerke und einiger Kohlekraftwerke aufnehmen. Es ist jedoch keine leichte Aufgabe, diese Systeme bei starkem Wind, Wellengang und Strömungen unter dem Meer in Position und funktionsfähig zu halten.
Positionshaltende Komponenten, Bau, Betrieb und Instandhaltung optimieren
Schwimmende Windkraftanlagen werden über an Ankern befestigte Festmacher an ihrem Platz gehalten. Diese sogenannten positionshaltenden Systeme (die die Position der Turbine innerhalb einer bestimmten Radius halten) schützen auch die dynamischen Kabel, die die erzeugte Energie abführen. Laut Jose Luis Domínguez-García von der projektkoordinierenden Einrichtung, dem Katalanischen Institut für Energieforschung: „COREWIND hat neuartige Konzepte zur Kostensenkung entwickelt, darunter gemeinsame Anker und Festmacher für mehrere Windkraftanlagen. Diese können die damit verbundenen Kosten im besten Fall um die Hälfte senken.“ Das Team optimierte außerdem zwei schwimmende Unterkonstruktionen: einen Betonholm (ein einziger vertikaler schwimmender Zylinder mit großem Durchmesser, der am unteren Ende mit Ballast versehen ist) und ein halbtauchendes Element (mehrere kleinere Säulen und Pontons). Außerdem, so Domínguez-García, „spielten fortgeschrittene Steuerungen für schwimmende Windkraftanlagen eine Schlüsselrolle bei der Reduzierung der operationellen Ausgaben“. Optimierte Transport- und Installationsstrategien sowie Betriebs- und Instandhaltungsverfahren trugen zu weiteren Kostensenkungen bei.
Digitale Werkzeuge fördern optimierte Lebenszykluskonzepte und Kostensenkungen
Die Forschenden entwickelten neuartige digitale Werkzeuge für die optimale Auslegung sowohl des positionshaltenden Systems als auch der dynamischen Kabel, wodurch die Kosten, die vor allem durch Überdimensionierung entstehen, gesenkt werden konnten. Zu den Werkzeugen gehören ein digitaler Zwilling und eine Bauwerksdatenmodellierung. Mit einem weiteren Werkzeug können die Nutzenden den Standort mehrerer Windkraftanlagen im Verhältnis zu ihren Nachbarn zu optimieren (Micrositing), was zu Kosteneinsparungen von etwa 5 % führt. „COREWIND hat die FowApp entwickelt, um die Stromgestehungskosten zu bewerten und eine Lebenszyklusanalyse durchzuführen. Im Rahmen des Projekts wurde das Potenzial einer Kostensenkung von mehr als 15 %, d. h. Stromgestehungskosten von weniger als 100 EUR/Megawattstunde (MWh), durch bahnbrechende Innovationen im Bereich der schwimmenden Offshore-Windkraft erreicht und nachgewiesen. In einigen Fällen wurden durch die von COREWIND durchgeführten Optimierungen Stromgestehungskosten von 70 EUR/MWh erreicht. Die Lebenszyklusanalyse ergab eine erhebliche Verkleinerung des Umweltfußabdrucks“, fügt Domínguez-García hinzu. Es wird geschätzt, dass die Offshore-Windenergie über das Potenzial verfügt, mehr als das 18-fache des heutigen weltweiten Strombedarfs zu erzeugen. Im Zuge von COREWIND konnten Werkzeuge und Technologien entwickelt werden, die den Interessengruppen dabei helfen, dieses fantastische Potenzial auszunutzen und unsere grüne Energiewende zu beschleunigen.
Schlüsselbegriffe
COREWIND, Offshore-Wind, Windkraftanlage, Turbine, schwimmende Offshore-Windkraft, Windenergie, Windpark, Anker, dynamische Kabel, Festmacher, Micrositing