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Windkraftanlagendesign erzeugt Energieinnovationen

Angesichts des Klimawandels muss Energie aus erneuerbaren Quellen kostengünstiger und effizienter erzeugt werden. Forscher haben innovative riesige Offshore-Windkraftanlagen mit 10 MW-20 MW entworfen, die genau dem Rechnung tragen.
Windkraftanlagendesign erzeugt Energieinnovationen
Wegen des Klimawandels sind Staaten auf der ganzen Welt gefordert, auf eine Erzeugung erneuerbarer Energien umzustellen, die effizient ist und wesentlich weniger kostet als derzeit genutzte Möglichkeiten der Stromerzeugung. Wind ist so eine erneuerbare Energiequelle, aber der Wirkungsgrad von Windkraftanlagen muss noch verbessert werden – und zwar mit Designs, die gleichzeitig auch die Kosten senken.

Die Entwicklung hin zu tieferen Gewässern mit größeren Turbinen stellt den nächsten großen Schritt für die Offshore-Windkrafterzeugung dar. Schwierigere Umweltbedingungen erfordern eine Alternative zu konventionellen Designs, um Zuverlässigkeit und Kostenwirksamkeit zu wahren.

Konzeptnachweis des Anlagendesigns

Das EU-finanzierte Projekt INNWIND.EU hatte es sich zum einen zum Ziel gesetzt, ein Design für 10-20 MW Offshore-Windkraftanlagen zu entwickeln, die über die gängige Technologie hinausreichen, und zum anderen die Leistung innovativer Komponenten zu demonstrieren.

Das erreichten sie mit der Entwicklung von innovativen Rotorblättern, Antriebselementen sowie festen und schwimmenden Unterkonstruktionen, die die Kosten der Stromerzeugung senken. Das Team reduzierte schon zu Projektbeginn die Stromgestehungskosten von 20 MW Offshore-Windkraftanlagen im Vergleich zu 5 MW Offshore-Windkraftanlagen um mehr als 30 %.

Außerdem gelang es dem Team bei INNWIND.EU, die Dauerbeanspruchung der Turbinen zu reduzieren und gleichzeitig die Energieerzeugung zu steigern, indem sie, um die Stromgestehungskosten zu senken, neue Rotorblätter und hochentwickelte Steuerung einsetzten.

Um die Wirksamkeit und Innovationskraft ihrer Entwürfe nachzuweisen, führte das Team an einzelnen Bauteilen der Turbine Tests als Konzeptnachweis durch. Dazu testeten sie die wichtigsten Innovationen wie z. B. intelligente Rotorblätter, Generatoren mit pseudomagnetischem Direktantrieb (PDD) oder supraleitende Generatoren.

In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern erstellten sie Demonstratoren: supraleitende Spulen von Siemens Wind Power und einen PDD-Generator von Magnomatics. Im Kleinmaßstab wurden intelligente Rotorblätter hergestellt und dann auf einem rotierenden Prüfstand getestet. Die Leistung der intelligenten Rotorblätter bei kommerziellen Windkraftanlagen wurde in enger Zusammenarbeit mit Suzlon simuliert.

Das Projekt bot laut Teamleiter Peter Jensen einige Herausforderungen. „Im zweiten Jahr des Projekts (2013) musste Suzlon wegen der Finanzkrise, die sich auf verschiedene Märkte auswirkte, seine Beteiligung am Projekt deutlich herunterfahren“, erklärt er. Das Team musste für die Tests der intelligenten Rotorblätter einen neuen Partner finden. Suzlon unterstützte aber weiterhin die Simulation der intelligenten Rotorblätter bei kommerziellen Turbinen.

Die drei Kategorien des Designs

INNWIND.EU hat seine innovativen Anlagendesigns so entwickelt, dass sie drei wichtige Kategorien erfüllen. Laut Jensen sind das: „evolutionär, radikal neu und revolutionär.“ Dazu erklärt er ausführlicher: „Evolutionär bezieht sich auf die Technologie auf Systemebene und Komponentenebene, auf denen die Technologie fast marktreif ist.“

Radikal neue Technologie ist Technologie, die erst nach weiteren Labortests und Konzeptnachweisen von der Industrie akzeptiert wird. Die zweiflügligen Aufwind- und Abwindrotoren mit unkonventionellen Getrieben, die vom Team entwickelt wurden, passen in diese Kategorie. Im Projekt wurden außerdem schwimmende Windkraftanlagen mit vertikaler Rotationsachse und Multirotoren-Designs als revolutionäre Technologie entwickelt.

Raum für Verbesserung

Als nächstes wird das Team laut Jensen Fortschritte auf dem Markt für Offshore-Windenergie machen, sobald sie ihre 12-14 MW Windkraftanlagen demonstrieren können. Da sie auch schwimmende Windkraftanlagen mit 10 MW entwickelt haben, plant das INNWIND.EU Team noch mehr Forschung an schwimmenden Windkraftanlagen mit Kapazitäten von 20 MW.

Die Projektergebnisse haben mit angewandter Forschung für effizientes Design und effiziente Herstellung die Entwicklung der 20 MW Offshore-Windkraftanlage vorangetrieben.

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

INNWIND.EU, Windkraftanlage, Turbinendesign, Offshore Wind, intelligente Rotorblätter, Energieerzeugung, Getriebe, Windenergie
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