Windenergie
Schwimmende Offshore-Windenergieanlage im Praxistest

Erstmalig analysieren Wissenschaftsteams aus Frankreich und Deutschland in einem gemeinsamen Forschungsprojekt Messdaten einer schwimmenden Windenergieanlage. Die Anlagen können unabhängig von der Wassertiefe errichtet werden und bieten das Potenzial, die nutzbaren und benötigten Windressourcen deutlich zu erweitern.

80 Prozent der weltweiten Windressourcen liegen über Gewässern mit mehr als 60 Metern Wassertiefe. Diese Regionen können mit schwimmenden Windparks erschlossen werden. Allerdings fehlen momentan Simulationsmodelle, die alle relevanten Aspekte wie beispielsweise Welleneffekte, Vibrationen und Rotorbewegungen abbilden. Hier setzt das Projekts VAMOS an, kurz für „Validierung, Messung und Optimierung von schwimmenden Windenergiesystemen“. Mithilfe der gewonnen Erkenntnisse sollen neue Turbinenregler entwickelt werden, die das dynamische Verhalten verbessern und die Lasten reduzieren. Dadurch werden langfristig betrachtet die Turbinenkonstruktionen leichter und kostengünstiger. Kennen die Regler bereits den ankommenden Wind, können sie so ausgelegt werden, dass sie im Voraus auf die veränderten Bedingungen reagieren. Leistungs- und Lastschwankungen lassen sich so effektiv ausgleichen.

Floating Wind – eine neue Option für die Windenergie

Aktuell gibt es nur wenige schwimmende Windenergieanlagen, im Fachjargon Floating Wind genannt. Sie verfügen über schwimmende Fundamente, die auf Erfahrungen aus dem Öl- und Gasbereich zurückgehen. Im Forschungsvorhaben VAMOS dient der Prototyp FLOATGEN von BW Ideol als Demonstrationsobjekt. Sein schwimmendes Fundament entspricht einer sogenannten „Barge“, die bereits ohne Vertäuungssystem stabil im Wasser liegt.

Momentan ist Floating Wind gegenüber Offshore-Anlagen mit festen Fundamenten deutlich teurer– aber die Technologie entwickelt sich schnell. Mit zunehmender Anlagengröße zeigen sich ihre Vorteile. Vereinfacht gesagt: Die Lasten müssen nicht vollständig in den Meeresgrund abgeleitet werden. Die Plattform wird durch eine Kombination von hydrostatischen Kräften, Ballast und Vertäuungssystemen stabilisiert. Das macht schwimmende Fundamente bei wachsender Anlagengröße und Wassertiefe gegenüber festen Fundamenten immer günstiger. Zudem entfallen die aufwändigen Installationsarbeiten auf See.

Prototyp FLOATGEN sammelt Messdaten von Wind und Wellen

Seit September 2018 arbeitet der Prototyp mit einer zwei Megawatt Vestas-Anlage. Hier - an der ersten europaweit ans Netz angeschlossenen schwimmenden Offshore-Windenergieanlage Frankreichs - forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Zwei LiDAR-Systeme (Light Detection And Ranging) werden für eine sechsmonatige Messkampagne auf der voll funktionsfähigen Modellplattform installiert. Dabei handelt es sich um eine mit dem Radar verwandte Methode, um Abstände und Geschwindigkeiten zu messen. Allerdings nutzt das System Laserstrahlen, um die Windgeschwindigkeiten auf der Anström- und der Nachlaufseite der Turbinen zu ermitteln. So können die Forscherinnen und Forscher die Effekte einer schwimmenden Plattform sowohl auf die Leistungskurve als auch auf den Nachlauf der Anlage untersuchen. Die Daten dienen als Basis, um ein vorausschauendes Regelsystem für schwimmende Anlagen zu entwickeln.
Probleme und Mängel der Regelungstechnik wirken sich negativ auf das Anlagenverhalten aus. Deshalb will das VAMOS-Projektteam mithilfe der umfassenden Messtechnik bewährte und neue Simulationsmodelle prüfen und weiterentwickeln. Momentan hat das Team bereits ein LiDAR-System installiert, das zweite Gerät der französischen Partner wird in Kürze folgen. Derzeit tragen die Forscherinnen und Forscher Messdaten von Wind und Wellen zusammen, um ein erstes Datengerüst aufzubauen. (mm)