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PowerKite - Power Take-Off System for a Subsea Tidal Kite

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Mit dem Unterwasserdrachen Strom erzeugen

Ein EU-finanziertes Wissenschaftlerteam hat die allererste Technologie entwickelt, mit der die Energie langsam fließender Strömungen auf effiziente Weise genutzt werden kann. Ein „Unterwasserdrachen“ treibt durch die Strömung eine Turbine an, wobei die Leistung verstärkt und Strom erzeugt wird.

Energie

Ungefähr 71 % der Erde sind mit Wasser bedeckt, und den größten Teil davon bilden die Weltmeere. Im Gegensatz zu Wind und Sonne ist die Bewegung des Wassers in Form von Strömungen und Gezeiten zuverlässig und vorhersagbar, wodurch kontinuierlich Energie erzeugt wird. Bis heute gab es keine effizienten Systeme zur Umwandlung der Energie von Strömungen mit niedriger Geschwindigkeit in elektrischen Strom. Dem EU-finanzierten Konsortium des Projekts PowerKite ist es nun gelungen, kritische Komponenten zu entwickeln und zu verifizieren, die diese Technologie Wirklichkeit werden lassen. Eine Idee hebt ab Der Projektpartner Minesto entwickelte das patentierte und preisgekrönte Konzept Deep Green, das die Idee eines im Wind fliegenden Drachens übernimmt. Das mit Flügeln ausgestattete Meeresenergie-Kraftwerk Deep Green „fliegt“ im Prinzip durch das Wasser und erhöht dabei die von der Turbine ausgenutzte relative Wassergeschwindigkeit. Dank dieser technischen Meisterleistung werden mehrere Hundert Mal mehr Energie als mit einer stationären Turbine erzeugt, was eine kostengünstige Energieerzeugung aus langsamen Meeres- und Gezeitenströmungen ermöglicht. Das Konsortium konzentrierte sich auf die Optimierung des Stromabnehmersystems (power take-off, PTO) für die Gezeitentechnologie Deep Green. Der Stromabnehmer ist das Arbeitspferd, das die Gezeitenenergie in elektrischen Strom umwandelt. Seine Leistungsabgabe hängt von der Turbinenbauform, der Ausgestaltung des elektrischen Stromversorgungssystems und auch vom Verankerungssystem ab. Dieses verbindet das Kraftwerk mit dem Meeresboden und überträgt den Strom über ein elektrisches Untersystem in das Stromnetz. PowerKite realisierte die Entwicklung der Technologie anhand fortgeschrittener Komponenten- und Systemsimulationen des Drachens, der Turbine und der Verankerung. Laut Projektkoordinator Per Salomonsson wurde „bei der Entwicklung und Erprobung von Prototypen der Verankerung ein unerwartetes Verhalten der Verankerungseinrichtung beobachtet, so dass diese völlig neu gestaltet werde musste. Glücklicherweise war unser Konsortium gut gerüstet, um diese Herausforderung zu meistern ... Die neue Konstruktion der Verankerung löste die Probleme rund um die Steuerung der Flugbahn, was die Qualität der erzeugten Energie verbessert.“ Zudem wurde die Leistungsabgabe durch eine neue Turbinenbauform deutlich erhöht. Ein weiterer zentraler Innovationsbereich waren Umweltverträglichkeitsstudien. Darüber hinaus setzte das Team Lärmmessungen und akustische Modellierungen ein, um besser zu verstehen, wie sich die Technologie in die Meeresumwelt einfügt. Insbesondere die im Kontext von PowerKite entwickelte Methode zur Reduzierung des hörbaren Spektrums kann das kumulative Schallfeld aus einer Reihe von Turbineneinrichtungen modellieren und bei jedem Gerät zur Erzeugung erneuerbarer Meeresenergie Anwendung finden. Dabei handelt es sich um einen bedeutenden Beitrag auf dem Gebiet der marinen erneuerbaren Energien. Datenerhebung und -verifizierung auf offenem Meer Das Projekt Powerkite konnte die Technologie in Portaferry, Nordirland, mit Erfolg im Maßstab 1:4 verifizieren. Es folgte die Überprüfung im Rahmen des weltweit ersten großtechnischen Gezeitenenergieprojekts für langsame Strömungen, an der Deep Green-Einrichtung in Holyhead Deep, Wales. Im Mai 2018 wurde dort das innovative PowerKite-Verankerungssystem installiert. Salomonsson erklärt dazu: „Die durch das Projekt PowerKite herbeigeführten Verbesserungen (Turbine, Wandler, Verankerung usw.) werden nicht nur zu verbesserter Leistung und niedrigeren Stromgestehungskosten führen, sondern auch den Betrieb der Kraftwerke unter den Bedingungen noch langsamerer Strömungen ermöglichen und somit das Potenzial noch weiter ausbauen.“ Das globale Potenzial der Meeresenergie ist gewaltig und die installierte Kapazität wächst. Es ist anzunehmen, dass die PowerKite-Technologie bei den zukünftigen Systemen für erneuerbare Meeresenergien eine Hauptrolle spielen wird und im Zuge dessen die globalen CO2-Emissionen aufgrund der sicheren, zuverlässigen und lokal erzeugten Gezeitenenergie, frei von geopolitischen Einschränkungen, erheblich reduziert werden.

Schlüsselbegriffe

PowerKite, Energie, Turbine, Leistung, Verankerung, Ozean, Meere, Gezeiten, niedrige Geschwindigkeit, Strom, Elektrizität, Wasser, marin, Meeres-, Drachen, Deep Green, erneuerbar

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