Neue schwimmende Offshore-Windkraftanlage präsentiert Vertical-Axis-Technologie

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Das norwegische Startup World Wide Wind hat es sich zur Aufgabe gemacht zu beweisen, dass Windkraftanlagen mit vertikaler Achse den Markt für schwimmende Offshore-Windenergie erobern können. Das wird ein harter Streit, aber die Forscher haben sich für eine neue Generation von Turbinen eingesetzt, um die Kosten zu senken und auch mehr Strom von Offshore-Standorten zu beziehen.

Offshore-Windkraftanlagen mit vertikaler Achse sind jetzt respektabel

CleanTechnica hat im Laufe der Jahre einige ziemlich seltsam aussehende Windkraftanlagen mit vertikaler Achse gesehen. Bei einem System mit vertikaler Achse drehen sich die Klingen wie ein Karussell oder in manchen Fällen wie ein Schneebesen um eine zentrale Stange. Das bietet viel Spielraum für abwechslungsreiche Gestaltung.

Die Technologie mit vertikaler Achse ermöglicht auch eine größere Variation in der Höhe der Turbine im Vergleich zu den bekannten dreiflügeligen Turbinen mit horizontaler Achse, die wie ein Windrad auf einem hohen Turm sitzen.

Darüber hinaus sorgt das Design mit vertikaler Achse für eine kompaktere Silhouette als herkömmliche Windkraftanlagen, die für maximale Effizienz auf längere Rotorblätter und höhere Türme angewiesen sind.

Die vertikale Konfiguration hatte in den frühen 2000er Jahren einen schlechten Ruf, als ihre Hauptanwendung der Markt für kleine Windkraftanlagen in städtischen Gebieten und anderen Umgebungen war, in denen Systeme mit großer Stellfläche unpraktisch sind. Damals mussten noch Leistungs- und Zertifizierungsstandards entwickelt werden, was zu Problemen mit nicht eingehaltenen Versprechen und schlechter Leistung führte (weitere Informationen zur vertikalen Achse finden Sie hier).

Nachdem sich das regulatorische Umfeld nun stabilisiert hat, werfen Forscher auf der Suche nach erneuerbarer Energietechnologie der nächsten Generation einen weiteren Blick auf die Vertikalachsentechnik, einschließlich Offshore- und Onshore-Anwendungen im Megawattbereich.

ARPA-E ist auf der Suche nach neuen schwimmenden Offshore-Windkraftanlagen mit vertikaler Achse

Energieakteure sind besonders an dem Potenzial der Vertikalachsentechnologie interessiert, die Kosten für Offshore-Windenergie zu senken. Dazu gehört auch das US-Energieministerium, das sein ARPA-E-Büro mit hohem Risiko und hohem Ertrag mit der Verwaltung des angestrebten schwimmenden Offshore-Windprogramms ATLANTIS beauftragt hat neue und „potenziell disruptive“ Designs in der schwimmenden Offshore-Windtechnologie für Tiefwasseranwendungen.

Behalten Sie die University of Texas in Dallas im Auge, wo Forscher der Schule im Jahr 2020 ein Stipendium in Höhe von 3,3 Millionen US-Dollar für die Entwicklung eines neuen vertikalen Achsendesigns für schwimmende Offshore-Windkraftanlagen erhielten.

„VAWTs [vertical axis wind turbines] bieten Vorteile gegenüber herkömmlichen Offshore-Windkraftanlagen, da sie einen niedrigeren vertikalen Schwerpunkt und einen niedrigeren Druck haben; erfordern eine kleinere, kostengünstigere schwimmende Plattform; benötigen keine Gierkontrollsysteme; und haben das Potenzial, Betriebs- und Wartungskosten aufgrund des Zugangs zum Antriebsstrang auf Plattformebene zu senken“, erklärt ARPA-E.

Das UT-Dallas-System verfügt über eine aeroelastische Anpassung des Rotors und ein System, das die aktive Plasma-Strömungssteuerung auf der Schaufel mit der Steuerung der Rotorgeschwindigkeit koordiniert.

Eine neue Variante schwimmender Offshore-Windkraftanlagen mit vertikaler Achse

Da der Finanzierungszeitraum voraussichtlich im Jahr 2024 endet, halten Sie Ausschau nach einem Update von UT-Dallas. In der Zwischenzeit erregte World Wide Wind mit der Vorstellung seines neuen schwimmenden Offshore-Windturbinenkonzepts im vergangenen Jahr einige Aufmerksamkeit in den Clean-Tech-Medien und ließ das Gras unter seinen Füßen nicht wachsen.

Das Gerät, das in etwa wie ein Rotorsegel mit Reifröcken aussieht, soll die Instabilitäts- und Leistungsverlustprobleme beheben, die bei der herkömmlichen Vertikalachsentechnologie auftreten. Anstelle eines einzelnen Satzes rotierender Klingen werden Klingenpaare eingesetzt, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen.

Laut WWW handelt es sich um den ersten Einsatz gegenläufig rotierender Rotorblätter in einer Windkraftanlage mit vertikaler Achse.

Zu der seltsam aussehenden Silhouette kommt eine weitere Designoption mit vertikaler Achse hinzu, die speziell auf schwimmende Offshore-Windanwendungen abzielt. Herkömmliche Windkraftanlagen sind so konstruiert, dass der Generator in einer Struktur namens Gondel untergebracht ist, die sich an der Spitze des Turms befindet, wo die Rotorblätter befestigt sind. Stattdessen platziert WWW den Generator am Fuß des Schachts. Der beschwerte Boden ermöglicht es dem Schaft, sich wie der Mast eines Segelboots in einem Winkel zum Wind zu neigen, anstatt kerzengerade im Wasser zu stehen.

Die Kreislaufwirtschaft in die Tat umsetzen

Am 1. November gab WWW bekannt, dass es eine Testvereinbarung mit dem Bau- und Ingenieurbüro AF Gruppen unterzeichnet hat ein 19-Meter-Prototyp seines vertikalachsenschwimmenden Offshore-Winddesigns in einer AFG-Anlage in Vats an der Südwestküste Norwegens.

Wenn alles nach Plan läuft, wird dem 30-Kilowatt-Prototyp ein 1,2-Megawatt-Pilotprojekt folgen, mit dem Ziel, bis zum Jahr 2030 eine kommerzielle Produktion von 24 Megawatt zu erreichen. Das Potenzial für eine 40-Megawatt-Version ist ebenfalls in Sicht .

World Wide Wind weist darauf hin, dass die Konstruktion einer Turbine mit vertikaler Achse relativ einfach ist, was zu Einsparungen in der Lieferkette führt und mehr Möglichkeiten für die lokale Fertigung eröffnet.

Im Hinblick auf die Lieferkette geht es auch darum, den CO2-Fußabdruck über den Lebenszyklus der Herstellung von Windkraftanlagen zu reduzieren. Vor diesem Hintergrund hat WWW im vergangenen Januar eine Entwicklungsvereinbarung mit dem führenden norwegischen Unternehmen Hydro geschlossen recyceltes Aluminium als nachhaltiges Material für seine schwimmende Offshore-Windkraftanlage.

Im Hinblick auf die Unterstützung der Recyclingprinzipien der Kreislaufwirtschaft ergänzt die Hydro-Vereinbarung die Prototypen-Testpartnerschaft. AFG ist sowohl ein Bau- als auch ein Rückbauunternehmen mit umfassender Erfahrung in Stilllegung und Recycling Offshore-Öl- und Gasstrukturen in der Nordsee.

Aber wird es funktionieren?

Es bleibt abzuwarten, ob WWW seine Technologie über das Prototypenstadium hinausführen kann oder nicht. Im Laufe der Jahre sind viele Vertikalachsenturbinen entstanden und wieder verschwunden, Also CleanTechnica Generell lässt man bei der Berichterstattung über Neuigkeiten in diesem Bereich Vorsicht walten. Wir suchen nach Anzeichen dafür, dass die Technologie das Interesse namhafter öffentlicher Förderagenturen, Investoren, akademischer Institutionen und anderer Experten geweckt hat, bei denen es um einen professionellen Ruf geht.

Letzte Woche sind wir beispielsweise auf ein neues Onshore-Windturbinenkonzept aufmerksam geworden, das vom Bill Gates-Energieinnovationsfonds Breakthrough Energy Ventures unterstützt wird. Die Wings-and-Rails-Konfiguration ist mit nichts zu vergleichen, was jemals zuvor gesehen wurde, aber offenbar sehen Breakthrough und andere Investoren ein gewisses Potenzial.

Ein weiterer Hinweis auf den Nachrichtenwert ist das Interesse von Industriepartnern. WWW fällt durch seine Partnerschaften mit Hydro und AFG in diese Kategorie. Hydro wurde im Rahmen seiner Vereinbarung mit WWW damit beauftragt, Industriepartner zusammenzustellen, und zum Kader gehören nun die Firmen Jotun, Moelven und FRAM Marine.

Zu den unterstützenden Agenturen, die auf der WWW-Website vorgestellt werden, gehören unter anderem die unabhängige Forschungsorganisation SINTEF, die maritime Klassifikationsgesellschaft DNV, das Windenergie-Beratungsunternehmen Kjeller Vindteknikk und die norwegische Windenergie-Entwicklungsagentur FME NorthWind.

Auch die schwedische Universität Uppsala ist an Bord, was angesichts der bisherigen Aktivitäten der Schule in der Region interessant ist Windkraftanlage mit vertikaler Achse.

Ein weiterer Hinweis ist, ob die allgemeine F&E-Förderung eine neue Richtung einschlägt, und das ist auch der Fall. Ein Beispiel für Innovationen der nächsten Generation im Bereich der vertikalen Achsen ist die Sandia National Laboratories-Abteilung des US-Energieministeriums, die sozusagen die Idee einer schwimmenden Offshore-Windkraftanlage mit vertikaler Achse ohne Windkraftanlage in Umlauf gebracht hat Mittelachse überhaupt. Stattdessen werden Abspanndrähte eingesetzt, um die Rotorblätter in Position zu halten.

„Diese Drähte können gekürzt oder verlängert werden, um sich an wechselnde Windbedingungen anzupassen und die Energiegewinnung zu maximieren und gleichzeitig die Belastung zu kontrollieren“, erklärte Sandia letztes Jahr in einer Zusammenfassung des Projekts. „Außerdem reduziert der Austausch der Welle durch Drähte das Gewicht der Turbine noch weiter, sodass die schwimmende Plattform noch kleiner und kostengünstiger werden kann.“

CleanTechnica kontaktiert das Labor für ein Update, also bleiben Sie dran, um mehr darüber zu erfahren.

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Bild: Ein neues Design mit vertikaler Achse für schwimmende Offshore-Windkraftanlagen neigt sich im Wasser wie der Mast eines Segelboots (mit freundlicher Genehmigung von World Wide Wind).