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Windkraft, die schwimmt
Entwickler von Offshore-Windparks würden gerne mehr als 32 Kilometer von der Küste entfernt in tiefem Wasser bauen, wo stärkere und gleichmäßigere Winde vorherrschen und Beschwerden über die zerstörte Landschaft weniger wahrscheinlich sind. Aber der Bau von Fundamenten zur Stützung von Windkraftanlagen in Wassertiefen von mehr als 20 Metern ist unerschwinglich. Jetzt intensivieren Technologieentwickler die Arbeit an schwimmenden Turbinen, um solche Farmen zu ermöglichen.
Ozean gebunden: Seit Dezember absorbiert dieser Prototyp einer schwimmenden 80-Kilowatt-Windenergieanlage Windenergie vor Apulien, Italien, in 108 Meter tiefem Wasser, jenseits der wirtschaftlich vertretbaren Tiefe für am Meeresboden montierte Turbinen. Daten aus der Interaktion der Maschine mit Wind und Wellen werden die endgültigen Design- und Steuerungsschemata für schwimmende Turbinen in Originalgröße bestimmen.
Mehrere Unternehmen sind auf dem Weg, Systeme zu demonstrieren, indem sie sich stark von der Öl- und Gas-Offshore-Plattformtechnologie borgen. Im Dezember hat der niederländische Entwickler von schwimmenden Turbinen Blue H-Technologien startete eine Testplattform vor der Südküste Italiens; Im vergangenen Monat gab das Unternehmen seine Pläne bekannt, eine zusätzliche Testturbine vor der Küste von Massachusetts zu installieren und möglicherweise im nächsten Jahr mit dem Bau eines vollständigen Windparks vor der italienischen Küste zu beginnen. Dicht dahinter ist SCHWANKEN , mit Sitz in Bergen, Norwegen, das im vergangenen Herbst 29 Millionen US-Dollar gesammelt hat und plant, 2010 einen Prototyp seiner schwimmenden Windkraftanlage in Betrieb zu nehmen.
Wenn diese Bemühungen erfolgreich sind, könnten sie eine Ressource von immensem Umfang erschließen. Zum Beispiel nach a Analyse von 2006 durch das US-Energieministerium, General Electric und die Massachusetts Technology Collaborative , übersteigen die Offshore-Windressourcen an der Atlantik- und Pazifikküste die aktuelle Stromerzeugung der gesamten US-amerikanischen Energiewirtschaft.
Der Erfolg der schwimmenden Turbine könnte der Schlüssel zur Ausbeutung dieser Ressource sein. Windparks, wie sie in Dänemark, Deutschland und anderen europäischen Gewässern installiert und für Nantucket Sound in Massachusetts vorgeschlagen werden, leiden unter einem begrenzten Angebot an Schiffsbaumaschinen wie Rammen und Kränen. Emerging Energy Research, ein Beratungsunternehmen mit Sitz in Cambridge, MA, sagte letzte Woche, dass der globale Markt für Offshore-Windenergie bis 2020 40.000 Megawatt erreichen könnte – genug, um mehr als 30 Millionen US-Haushalte mit Strom zu versorgen, und mehr als doppelt so groß wie der Wind vom letzten Jahr Installationen weltweit – aber nur mit stark erweiterten Schiffbaukapazitäten. Der Bau von sogar 2.000 Megawatt Offshore-Windenergie in den nächsten fünf Jahren erfordert laut Keith Hays, dem Forschungsdirektor des Beratungsunternehmens, eine deutliche Steigerung der marinen Lieferkette.
Multimedia
Sehen Sie den Bau und den Start einer schwimmenden Windenergieplattform.
Schwimmende Turbinen können an Land montiert und in Position geschleppt werden, wodurch ein Endlauf um den Offshore-Bauengpass erfolgt. Die Plattform, die Blue H in diesem Winter aus dem Hafen von Brindisi in Apulien, Italien, geschleppt hat, wird als Tension-Leg-Plattform bezeichnet, eine konventionelle Offshore-Öl- und Gasplattform, die unter der Oberfläche schwimmt und von Ketten auf Stahl oder Beton starr gehalten wird Anker auf dem Meeresboden. Darauf installiert ist eine 80-Kilowatt-Windenergieanlage, die mit Sensoren ausgestattet ist, um die Wellen- und Windstärken 10 Kilometer vor der Küste zu erfassen. Viel größere schwimmende Versionen – 2,5-Megawatt- und 3,5-Megawatt-Turbinen in der Größenordnung heutiger Offshore-Windparks – werden von Blue H gebaut und könnten noch in diesem Herbst installiert werden.
Das Ungewöhnliche am Design von Blue H ist der zweiblättrige Rotor der Turbine – ein Design, das in den 1990er Jahren gegenüber dem Dreiblatt-Design verlor, als die Windturbinenindustrie skalierte. Martin Jakubowski, Mitbegründer und Chief Technology Officer von Blue H, sagt, dass der Lärm und die erschreckend hohen Rotationsgeschwindigkeiten, die Zweiblattmaschinen an Land zu Verlierern gemacht haben, Offshore entweder irrelevant oder ein Plus sind. Eine schnellere Rotation bietet unterdessen zwei Vorteile. Jakubowski sagt, dass die Frequenz von 30 bis 35 Umdrehungen pro Minute, das Doppelte einer Dreiblattturbine, weniger anfällig für Störungen durch das Hin- und Herschwingen der Plattform bei Wellenbewegungen ist.
Turbinenstruktur: Der stählerne Überbau unter dieser Windkraftanlage wird als Spannbeinplattform bezeichnet, ähnlich wie bei Offshore-Öl- und Gasplattformen. Nach der Offshore-Positionierung wird die Plattform von Ketten fest gehalten, die zu einem Gegengewicht aus Stahl und Beton auf dem Meeresboden laufen.
Eine schnellere Rotation bedeutet auch weniger Drehmoment, wodurch die gesamte Struktur leichter gebaut werden kann. (Siehe Windkraft für Pennies.) Rotor, Getriebe und Generator der 2,5-Megawatt-Turbine von Blue H werden 97 Tonnen wiegen – 53 Tonnen leichter als die leichteste Maschine gleicher Leistung auf dem Markt. Das ist ein großer Vorteil, sagt Jakubowski. Für uns ist das Gewicht oben etwas, das wir nach oben drücken müssen. Entsprechend günstiger seien Turbine und Plattform zu bauen, sagt er. Das Nettoergebnis, so Jakubowski, soll eine sehr wettbewerbsfähige Energiequelle sein. Er schätzt, dass die Windparks von Blue H Windenergie für sieben bis acht Cent pro Kilowattstunde liefern werden, was in etwa den aktuellen Kosten für Erdgas und konventionelle Onshore-Windenergie entspricht.
Und es wird außer Sicht sein und damit, so hofft das Unternehmen, für konkurrierende lokale Interessen wie den Tourismus außer Acht gelassen werden. Der Standort vor Cape Cod, an dem Blue H im nächsten Sommer eine Testplattform für seinen ersten US-Windpark installieren will, wird 23 Meilen vor der Küste liegen.
Der norwegische Konkurrent SWAY von Blue H verwendet eine andere Kombination aus Offshore-Plattformtechnologie und Turbinendesign. Die Plattform von SWAY ist im Wesentlichen eine Sparboje, die bei Wellenbewegungen sanft ansteigen und fallen kann und somit weniger Verankerung erfordert als die Spannbeinplattform. Die Boje, eine fast 200 Meter hohe Säule, wird von einem 2.400 Tonnen schweren Kiesballast auf dem Meeresboden gehalten. Seine Turbine ist dreiblättrig, darf jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen Onshore-Turbinen in Windrichtung statt in Windrichtung gehalten werden, um die Krängung des Turms besser aufzunehmen.
Paul Sclavounos, Maschinenbauingenieur und Spezialist für Schiffsarchitektur am MIT, dessen Labor beide Arten von Strukturen für Offshore-Turbinen entwirft, sagt, dass beide Unternehmen praktikable Flotationsmethoden gewählt haben, obwohl er glaubt, dass der von SWAY gewählte Sparansatz besser sein wird an raueres Wasser angepasst. Er sagt, dass die Plattform von Blue H möglicherweise vor der italienischen Küste funktioniert, aber es ist möglicherweise nicht wirtschaftlich, sie zu verankern, um die 30 bis 40 Meter hohen Wellen zu bewältigen, die New Englands Stürme aufpeitschen können. Die Kosten, die dieses Geschäft wirklich antreiben, sind in erster Linie die Grundlage, sagt Slavounos.
Wo er beide Firmen in Frage stellt, ist ihre Entscheidung, die Windkraftanlagen neu zu konzipieren. Sclavounos sagt, dass seine Gruppe sowohl Holme als auch Plattformen entwickelt, um konventionelle Fünf-Megawatt-Turbinen zu transportieren, die für Onshore- oder Flachwasser-Offshore-Anwendungen ausgelegt sind. Sie wollen die Turbinen nicht für den Offshore-Einsatz umbauen, weil das sehr teuer wird und wahrscheinlich nicht frühzeitig notwendig ist, sagt er.
Nach Ansicht von Sclavounos nähert sich die Wirtschaft der Energiewirtschaft bereits einem Wendepunkt, der die rasche Einführung schwimmender Turbinen vorantreiben wird. Die Technologie sei im Wesentlichen bewährt, sagt er. Wir wissen, dass wir [Plattformen] und Holme entwerfen können, die sich bei großen Stürmen nicht bewegen. Was zum Aufschwung dieser Branche führen wird, wird die Wirtschaft sein. Wenn die Märkte für den CO2-Emissionshandel zu reifen beginnen, werden Sie sehen, wie diese Branche auch ohne staatliche Subventionen an Fahrt gewinnt. Wir sind nicht weit davon entfernt.