Das Portal für Offshore-Windenergie

Thema Faszination und Technik

28. Jul. 16

In Höhen von 800 Metern weht der Wind besonders stark und gleichmäßig. Windräder haben heutzutage aber eine Nabenhöhe von 120 Metern. Mit Flugdrachen hofft die Forschung, in Zukunft die starken Winde in der Höhe für die Stromproduktion abfangen zu können.

Ein Blick in die Glaskugel

Rund um den Globus arbeiten Energieexperten, Techniker und Ingenieure an neuen Techniken und Innovationen. Ihr Ziel: Die Offshore-Windenergie soll noch effizienter, umweltverträglicher und günstiger werden.

Die Messboje von Christoph Lucks kombiniert ein LIDAR-Lasermessgerät mit einem Anemometer, welches insbesondere die Windgeschwindigkeit misst.

Von Dierk Jensen

Optimale Windmessungen mit einer Boje

Um optimale Standorte für Offshore-Windparks identifizieren zu können, brauchen Planer vor allem eines: exakte Windmessungen. Je genauer die Daten, desto genauer die Prognosen – und desto sicherer die Projekt-Kalkulation.

Ein guter Grund für die Windbranche, mit Spannung auf den Floating Meteo Mast von Christoph Lucks zu blicken. Bei diesem sind ein Lasersystem (LIDAR) und ein Anemometer, also ein Windmesser, zusammen auf einer Boje installiert – und zwar montiert auf einem 40 Meter hohen Mast. Gemeinsam erzielen Laser und Anemometer eine bisher nicht erreichte Messgenauigkeit.

Um auf dem Meer eine hohe Stabilität zu gewährleisten, ist der Schwimmkörper als Halbtaucher konzipiert. Und da Wellen nur einen sehr geringen Einfluss auf die Schwimmlage haben, ist laut Entwickler Lucks eine konstant hohe Qualität der Windmessung gewährleistet ist.

Im Sommer 2017 soll die erste mobile Messstation in der Ostsee in Betrieb gehen. Bis dahin will Lucks in enger Zusammenarbeit mit einer Bremer Reederei und einem Ingenieurbüro für Maritime Technik den Prototypen des Floating Meteo Mast fertiggestellt haben. „Wir schließen damit die Lücke, die bisher noch zwischen klassischen Windmessmasten und gängigen Floating-Lidar-Systemen klafft.“

Neue Insel in der Nordsee

Für Wirbel im Bereich Offshore-Wind sorgt die Ankündigung einer künstlichen Insel in der Nordsee. Das Ziel: Die Transport- und Versorgungswege im Offshore-Business sollen kürzer werden – und zwar drastisch. Zudem bieten solche Inseln Platz für Lagerflächen, Unterkünfte für Monteure und einen Hubschrauberlandeplatz. Der Netzbetreiber Tennet greift diese Projektidee in seiner Zukunftsplanung auf.

Eine solche Insel soll sich nicht küstennah aus den Fluten erheben, sondern mittendrin in der Nordsee entstehen. Weit entfernt von Stränden und Deichen. Das Vorhaben erinnert an die künstlichen Inseln, die vor Dubai aufgeschüttet worden sind. Unklar ist noch, wie viel Kubikmeter Stein und Sand  für diese neue Nordsee-Insel tatsächlich bewegt werden müssten.

Fest steht jedoch, dass beim Bau von Offshore-Windparks in Zukunft immer größere Entfernungen von der Küste zurückgelegt werden müssen, die neue logistische Konzepte erfordern. Daher hält auch das Wirtschaftsministerium in Berlin den Vorschlag von Tennet für interessant. Die besagte Insel wird – wenn überhaupt – nicht vor 2050 Wirklichkeit werden.

In Höhen von 800 Metern weht der Wind besonders stark und gleichmäßig. Windräder haben heutzutage aber eine Nabenhöhe von 120 Metern. Mit Flugdrachen hofft die Forschung, in Zukunft die starken Winde in der Höhe für die Stromproduktion abfangen zu können.

Höhenwinde mit Drachen ernten

Die Winde, die für die Erzeugung von Energie am interessantesten sind, wehen etwa in 800 Metern Höhe, denn dort wehen sie am stärksten und häufigsten. Doch Offshore-Windenergieanlagen reichen nicht einmal annähernd an diese Höhe heran. Eine mögliche Lösung: Die Winde werden mit Drachen „eingefangen“ und in Energie umgewandelt.

Diese Idee wird bereits von mehreren Unternehmen aufgegriffen. So hat der Kite-Sport vor Jahren die Gründer der amerikanischen Firma Makani dazu inspiriert, mit klug ausgetüftelten Drachensystemen nachhaltige Energie zu erzeugen. Ihre Makani Energy Kites funktionieren ähnlich wie Drachen, sehen aber aus wie kleine Flugzeuge – nicht zuletzt deshalb, weil der Generator gleich mitfliegt.

Dagegen hat das Hamburger Unternehmen Skysails einen mobilen Seilwind-Drachen entwickelt, der am Boden bzw. auf dem Meer verankert Strom erzeugen soll. Das Prinzip: Über eine erdnah befestigte oder schwimmende Seilwinde, die zugleich als Generator dient, wird mit Zugkraft eines Drachens ein maximal 800 Meter langes Seil abgespult.

Ein 55-kW-Funktionsmodell hat schon erfolgreich Strom erzeugt. Solche Höhenwindkraftanlagen könnten im Großmaßstab auf schwimmenden Pontons günstigen Offshore-Strom erzeugen. Auch die Brandenburger Firma EnerKite setzt auf den Drachen: Ihre Flugwindkraftanlagen sollen schon im nächsten Jahr auf den Markt kommen.

Windanlagen mal anders: Der Vertikaldreher

Ein ungewohnter Anblick bietet sich auf dem Dach des neuen Greenpeace-Gebäudes in der Hamburger Hafencity: Hier stehen vertikal statt horizontal drehende Windenergieanlagen. Vertikale Windräder sind nicht nur leiser als die horizontalen Modelle, sie werfen auch weniger Schatten und benötigen wenig Platz. Damit eignen sie sich vor allem für den Einsatz in Städten.

Ganz neu ist die Idee allerdings nicht: Die ältesten Windmühlen in der Menschheitsgeschichte waren Vertikaldreher, die im mittleren Asien, auf dem heutigen Gebiet von Afghanistan und Iran, entstanden. Der wohl bekannteste Vertikaldreher in der Moderne ist der nach dem Konstrukteur George Darrieus benannten Rotor. Dieser Rotor besteht aus mehreren senkrecht auf einer Bogenlinie gekrümmten Blättern, die an einer vertikalen Drehachse befestigt sind. Das Handicap dieses Bautyps: Sie weisen geringere Leistungsbeiwerte auf als die Auftriebsläufer mit horizontaler Achse.

Doch die Vertikaldreher gelten auch als innovative Option für die Offshore-Windenergie. So hat das englische Energy Technologies Institute (ETI) mit spektakulären Animationen eines zweiflügeligen Offshore-Vertikaldrehers für Furore gesorgt. Die beteiligten Wissenschaftler meinen, dass Vertikaldreher an turbulenten Offshore-Standorten mit tiefen Gewässern und schwimmenden Fundamenten durchaus eine Alternative zur klassischen Horizontalanlage sein könnte.

Das Projekt im süddeutschen Gaildorf würde Windkraft mit einem Pumpspeicherkraftwerk kombinieren. Für die Energiewende sind Speichermöglichkeiten ein wichtiges Thema.

Wind und Wasser kombinieren für eine gleichmäßige Stromerzeugung

Im süddeutschen Gaildorf entsteht eine absolute Weltneuheit. Die MBS Naturstromspeicher GmbH errichtet in der Nähe der Kleinstadt vier Windenergieanlagen auf einem Höhenzug, in deren Fundamente große Wasserspeicher integriert werden.

Sie werden mit einem tiefer gelegenen Speicherbecken verbunden, der mit Wasser aus einem Fluss gespeist wird. Die Idee: Wasser soll vom Speicherbecken in die höher gelegenen Wasserspeicher der Windenergieanlagen gepumpt werden. Und das immer dann, wenn das Stromnetz voll ist, aber der Wind weht.

Wenn das Netz wieder mehr Strom nachfragt, treibt herabstürzendes Speicherwasser am Fuße der Windenergieanlagen eine Turbine an, die den benötigten Strom passgenau bereitstellt. Nach Angaben der Naturstromspeicher GmbH lassen sich dank dieser Kombination von Windenergie und klassischer Pumpspeichertechnologie rund 70.000 Kilowattstunden Strom zwischenspeichern. Das Projekt, das auch vom Bundesumweltministerium finanziell gefördert wird, beweist: Windstrom ist systemkompatibel.

Fundamente: Wer schwimmt, gewinnt

Sie sind die große Hoffnung im Bereich Offshore-Wind: schwimmende Fundamente. Diese eignen sich unter anderem für Standorte mit großen Wassertiefen. Zudem besteht die Möglichkeit, das Fundament oder auch die gesamte Konstruktion schwimmend zum Standort zu transportieren.

Vor den Küsten Norwegens, Japans und Portugal sind in den letzten Jahren schwimmende Konstruktionen schon in der Erprobung. Sie sollen die Herstellungskosten von Offshore-Windstrom im Gegensatz zu den bisher fest auf Meeresboden verankerten Konzepten entscheidend senken.

Die amerikanische Firma Principle Power hat seit 2011 ihre schwimmende Pilotanlage im Atlantik vor Portugal in Betrieb. Weitere, noch größere Demonstrationsanlagen sind geplant, an dem auch der portugiesische Versorger EDP Renewables und die Offshore-Windsparte von Mitsubishi involviert sind.

Aber auch in Fernost bewegt sich Einiges in diesem Bereich. So hat der japanische Mischkonzern Glocal der deutschen aerodyn engineering erst kürzlich den Auftrag erteilt, eine Multimegawatt-Offshoreanlage mit drei Megawatt Leistung zu bauen, die auf einer schwimmenden Gründungskonstruktion errichtet werden soll. Schon im nächsten Sommer soll sie im Offshore-Testfeld vor der Küste der Stadt Kitakyūshū im südlichen Japan in Wassertiefen von 50 Meter errichtet werden. „Das ist eine große Herausforderung für uns, da wir die Turbine so auslegen müssen, dass sie Neigungswinkel von bis zu 15 Prozent meistern kann“, erklärt Sönke Siegfriedsen von der aerodyn engineering.

Um auch in tieferen Gewässern auf hoher See Windstrom zu erzeugen, arbeiten verschiedene Branchen nun gemeinsam an neuen Lösungen. Insgesamt dreizehn Unternehmen aus den Bereichen Windenergie, Öl- und Gas, Schifffahrt und Forschung haben sich daher zu dem Industrieprojekt „Coupled Analysis of Floating Wind Turbines“ zusammengeschlossen. Gemeinsames Ziel: Die Entwicklung einheitlicher und allgemein anerkannter Standards für die schwimmenden Anlagen.

 

Ricarda Schuller
Artikel speichern gespeichert

Artikel zur Merkliste hinzugefügt