80 % mehr US-Windenergiepotenzial in diesem Jahrzehnt durch technische Innovation

Während die Vereinigten Staaten in weiten Teilen des Landes über ausgezeichnete Windressourcen verfügen, sind einige Standorte weniger windig und haben daher keine große Entwicklung der Windenergie erlebt. Die kosteneffiziente Nutzung der Windenergie ist in diesen Bereichen seit langem eine Herausforderung. Aber neue Technologien könnten es ermöglichen, Winde, die in weiten Teilen der Vereinigten Staaten höher über dem Boden wehen, gewinnbringend zu erfassen.

In einer aktuellen Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) stellten Forscher fest, dass technologische Innovationen, die heute und in den kommenden Jahren ihren Weg in kommerzielle Märkte finden, 80 % mehr wirtschaftlich rentable Windenergiekapazität in den angrenzenden Vereinigten Staaten freisetzen könnten. Dies könnte einen großen Beitrag dazu leisten, dass das Land seine Ziele für saubere Energie erreicht.

Ein erheblicher Teil dieser potenziellen Windenergie entsteht in Regionen der Vereinigten Staaten, in denen kaum oder gar keine Windparks installiert sind – im Südosten, an der Golfküste und in Teilen der Ostküste. Diese Gebiete liegen in der Nähe von Elektrizitätsnachfragezentren, was möglicherweise den Bedarf an neuen Übertragungsnetzen für den Einsatz von Windenergie in dem Umfang verringert, der zur Erreichung der Ziele im Bereich der erneuerbaren Energien erforderlich ist.

„Diese Ergebnisse zeigen eine unerwartete Möglichkeit, Windkraft in Regionen, in denen bereits eine Übertragungsinfrastruktur vorhanden ist oder in denen eine inkrementelle Übertragung relativ kostengünstig aufgebaut werden könnte, in größerem Umfang zu nutzen“, sagte Owen Roberts, NREL-Analyst und Mitglied der Studie, die von finanziert wurde Büro für Windenergietechnologien des US-Energieministeriums.

Die Ausweitung der Windenergie auf diese Regionen könnte zusätzliche Vorteile bieten.

„Der Einsatz von Windenergie in diesen Regionen würde die Notwendigkeit für Regierungen und Versorgungsunternehmen verringern, Energie aus entfernten Gebieten zu importieren, um die lokale Nachfrage zu bedienen, und würde lokale Arbeitsplätze und lokales Wirtschaftswachstum durch Landpacht und Steuereinnahmen ermöglichen“, sagte Roberts.

Eine aktuelle NREL-Studie hat ergeben, dass technologische Innovationen bereits im Jahr 2025 eine zusätzliche wirtschaftliche Windenergiekapazität von 80 % freisetzen könnten. Innovationen in der Windtechnologie – wie die Fertigung vor Ort, höhere Türme, längere Rotorblätter und Nachlaufsteuerung – könnten Wind ermöglichen Kraftwerke (gelbe Kreise auf den Karten), die in neuen Gebieten der Vereinigten Staaten eingesetzt werden sollen (schattierte Regionen auf der zweiten Karte), im Vergleich zu Gebieten, die mit der aktuellen Technologie rentabel sind (schattierte Regionen auf der ersten Karte). Grafik von Travis Williams, NREL, unter Verwendung der US Wind Turbine Database des US Geological Survey.

Technologische Fortschritte machen dies möglich

Von NREL untersuchte Innovationen in der Windenergietechnologie können die Energiekosten an fast allen Standorten in den angrenzenden Vereinigten Staaten senken und einen wachsenden Zugang zu sauberer Windenergie ermöglichen.

Zu diesen Innovationen gehören:

• Längere Klingen. Deutlich längere Rotorblätter erhöhen die Energiegewinnung pro Turbine. Innovationen an den Rotorblättern, wie die Segmentierung, können den Transport erleichtern und so die Installationskosten der Turbine senken.
• Höhere Türme. In höheren Nabenhöhen herrschen stärkere Winde, die außerhalb der Reichweite heutiger typischer Turbinen liegen. Eine durchschnittliche Höhenzunahme von 17 Metern sorgt für den zusätzlichen Freiraum, den längere Rotorblätter benötigen, um den Höhenwinden standzuhalten.
• Windkraftanlagen mit geringer spezifischer Leistung. Diese Turbinen haben im Verhältnis zur Generatorgröße eine größere Rotorgröße. Da größere Rotoren mehr Wind einfangen, übertragen sie mehr Energie an den Generator und erhöhen die Verfügbarkeit von Windkraft.
• Fortschrittliche Turmfertigung. Neuartige Fertigungstechniken – wie Spiralschweißen und 3D-Druck – ermöglichen die Herstellung von Windkrafttürmen vor Ort, wodurch Kosten gesenkt und Transportbeschränkungen vermieden werden.
• Kletterkräne. Mit zunehmender Höhe von Windkraftanlagen könnten Kräne, die eine effizientere Turbineninstallation und den Austausch wichtiger Komponenten (einschließlich Getriebe, Generatoren und Rotorblätter) ermöglichen, die Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Kränen (wie Raupen- oder Mobilkranen) senken. Dies liegt an den höheren Kosten für die Anmietung sowie für die Demontage, den erneuten Zusammenbau und den Transport herkömmlicher Kräne zwischen den Turbinenstandorten.
• Wake-Lenkung. Mithilfe von Steuerungen, die die Richtung einer Windkraftanlage neigen oder drehen und die Generatorgeschwindigkeit ändern, können Anlagenbetreiber einzelne Turbinen umleiten (oder steuern), um eine Beeinträchtigung nachgeschalteter Turbinen zu vermeiden. Dies kann bestehende Einrichtungen ermöglichen Erzielen Sie jährliche Energieproduktionssteigerungen von 1–2 %.

„Anstatt einfach weiterhin Windkraftanlagen in bereits entwickelten Regionen des Landes zu bauen, zeigt diese Studie, dass wir Windenergie in Gebiete des Landes ausweiten können, in denen wir sie in der Vergangenheit noch nicht gesehen haben“, sagte der teilnehmende NREL-Forscher Travis Williams in der Studie. „Innovationen, insbesondere bei geringer spezifischer Leistung und höheren Türmen, kombiniert mit geringfügigen Kostensenkungen, könnten das Potenzial der Windenergie in den Vereinigten Staaten dramatisch steigern.“

Es ist noch viel Arbeit nötig, um dieses Potenzial auszuschöpfen

Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in einem technischen Bericht mit dem Titel Untersuchung der Auswirkungen kurzfristiger Innovationen auf das technische Potenzial der landgestützten Windenergie, offenbaren eine Chance für die Vereinigten Staaten, Windenergie in größerem Umfang zu nutzen, wenn sie ihre Ziele im Bereich der erneuerbaren Energien erreichen wollen. Um das volle Potenzial dieser technologischen Fortschritte auszuschöpfen, bleibt noch viel zu tun.

Beispielsweise können politische Entscheidungsträger eine entscheidende Rolle beim Abbau anderer Hindernisse spielen, wie z. B. der Verbesserung des öffentlichen Wissens oder der Erfahrung mit Windenergie, der Erfahrung von Energieversorgern mit der Integration von Windenergie (die möglicherweise kein konsistentes Angebot darstellt), der Kapazitäten der Arbeitskräfte und der Erfahrung von Entwicklern in Regionen mit neuen Windenergiemärkten.

„Wir reden darüber, eine neue Industrie und neue Technologie in Teile der Vereinigten Staaten zu bringen, in denen es kaum Windenergie gibt“, sagte Roberts. „Je mehr wir zeigen können, dass Potenzial vorhanden ist, desto mehr Menschen werden die Chance verstehen und mehr Wege schaffen, um unsere nationalen Energieziele zu erreichen.“

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Artikel mit freundlicher Genehmigung von NREL.