Die Zukunft von Subsea liegt im Wind

(Bild: GE Erneuerbare Energie)

(Foto: Prinzipalkraft)

(Foto: SkySpecs)

(Bild: Equinor)

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Der Offshore-Wind ist heiß und hat das Potenzial, in den kommenden Jahren ein wichtiger Wachstumsbereich für die globalen Märkte für See-, Unterwasser- und Energie zu sein. Eric Haun taucht in acht führende Unternehmen ein.

GE Erneuerbare Energie
Da Offshore-Windprojekte auf der ganzen Welt die neuesten Innovationen in der Windturbinentechnologie integrieren, um die Effizienz zu maximieren und die Kosten zu senken, produzieren viele Hersteller größere Turbinen mit fortschrittlichen Fundamentkonstruktionen für noch größere Wassertiefen. Diese größeren Turbinen, die mehr Energie aufnehmen und effizienter sind, ermöglichen weniger Installationen und geringere Wartungskosten.

Im März 2018 kündigte GE Renewable Energy an, in den nächsten drei bis fünf Jahren mehr als 400 Millionen US-Dollar in die Entwicklung und den Einsatz der Haliade-X 12 MW zu investieren, die die weltweit größte und leistungsstärkste Offshore-Windenergieanlage werden soll. Die Anlage wird mit einem 220-Meter-Rotor mit einer Leistung von 12 MW und einer 107-Meter-Schaufel ausgestattet sein. Mit einer Höhe von 260 Metern über dem Meer wird Haliade-X 45 Prozent mehr Energie als jede andere derzeit verfügbare Offshore-Windenergieanlage produzieren und jährlich bis zu 67 GWh erzeugen, so GE.

Turbinen mit höherer Leistung bieten Effizienz für ein gesamtes Projekt, indem sie das Risiko und die Kosten für die Installation (weniger installierte Anlagen), den Betrieb, die Wartung und Reparatur von Entwicklern reduzieren, was Offshore-Windprojekte profitabler macht und letztendlich die Stromkosten für die Verbraucher senkt. Der Haliade-X soll eine höhere Stromerzeugungseffizienz bieten, mit einem Brutto-Kapazitätsfaktor von 63 Prozent fünf bis sieben Punkte über dem aktuellen Branchen-Benchmark, so GE. Daher wird mehr Energie pro installiertem MW erzeugt.

Ideol Offshore, STX Europa Offshore-Energie
An mehreren Standorten auf der ganzen Welt werden kommerzielle Windparks für Gewässer gebaut, die die normalerweise verwendeten festen Strukturen einfach nicht tragen können. Für diese Projekte ist eine neue Generation von schwimmenden Windenergieanlagen in Entwicklung. Offshore-Umspannwerke, die die von Turbinen durch Unterwasserkabel erzeugte Energie sammeln und exportieren, müssen ebenfalls speziell konstruiert werden, um zu schwimmen. Ideol und STX Europe Offshore Energy sagen, dass sie eine neuartige schwimmende Umspannstation entwickeln, die sowohl mit traditionellen schwimmenden als auch neuen schwimmenden Offshore-Windparks kompatibel ist. Ideol entwickelt schwimmende Fundamenttechnologien für Offshore-Windparks, und STX hat Unterstationen für die bottom-fixed Offshore-Windindustrie geliefert. Gemeinsam wollen die Partner eine universelle und modulare schwimmende Umspannstation auf der Basis des patentierten Flachwasser-Schwimmbecken-Konzepts von Ideol für schwimmende Turbinen entwickeln, bauen und installieren. Das Konzept umfasst eine ringförmige schwimmende Gründungsstruktur mit einer zentralen Öffnung, die hydrodynamische Eigenschaften zur Stabilisierung nutzt Fundament und Turbine oder in diesem Fall Umspannwerk. Das Schwappen des in der Öffnung enthaltenen Wassers wirkt der Bewegung des Schwebekörpers durch Wellenschwellen effektiv entgegen. Laut Ideol und STX wurde die schwimmende Umspannstation so konzipiert, dass sowohl die Standardisierung zur Kostenreduzierung als auch die Modularisierung für eine größere Projektflexibilität maximiert wird. Die Entwickler streben an, rechtzeitig eine marktfähige Lösung für die kommenden schwimmenden kommerziellen Ausschreibungen in Frankreich zu haben.

Prinzip Macht
Die Technologien, die entwickelt wurden, um schwimmende Offshore-Windparks zu ermöglichen, haben aus gutem Grund viel Aufsehen erregt. High-Tech-Schwimmstrukturen setzen das Potenzial für saubere Windenergie in Gewässern - insbesondere in tiefen Gewässern - frei, beispielsweise vor der Westküste der USA und in Teilen Asiens, wo traditionelle Festgründungen nicht unterstützt werden können.

Zu den Vorreitern in diesem Bereich gehören die in Kalifornien ansässige "Principle Power" und die patentierte dreieckige schwimmende Windkraftanlage "WindFloat". Die halbtauchbare dreispaltige Offshore-Plattform verfügt über Wassereinschlussbleche, die durch Dämpfungseffekte die Wellenbewegung reduzieren. Der Bau der schwimmenden Basis und die Installation einer Turbine auf einer ihrer Säulen wird komplett onshore abgeschlossen, bevor die gesamte Baugruppe an ihren endgültigen Standort vor der Küste geschleppt wird, was die Installationskosten erheblich senkt. Die WindFloat ist auch "turbinenunabhängig", dh jede konventionelle Offshore-Windkraftanlage kann auf einer ihrer Säulen installiert werden.

In Zusammenarbeit mit einem Konsortium von Partnern hat Principle Power 2011 vor der Küste von Portugal einen 2MW WindFloat Prototyp in voller Größe installiert und in der Zwischenzeit die Technologie auf Herz und Nieren getestet, um ihre Bereitschaft zur Kommerzialisierung zu beweisen. Über einen Zeitraum von fünf Jahren wurden mehr als 17 GWh Strom erzeugt und über Seekabel an das lokale Netz geliefert, bevor der Prototyp 2016 stillgelegt wurde.

Jetzt nutzt Principle Power die operativen Daten und Erfahrungen, die im Verlauf der Testphase gewonnen wurden, und hat mehrere Folgeprojekte für Offshore-Windenergieprojekte vor der Küste von Kalifornien, Portugal, Frankreich und anderswo in der Entwicklung. Das Unternehmen arbeitet sogar daran, ein schwimmendes Fundament zu entwerfen, das in der Lage ist, eine 10 + MW-Turbine der nächsten Generation zu beherbergen, die im Rahmen eines Projekts des deutschen Turbinenherstellers Senvion entwickelt wird.

SkySpecs, Orsted
In weniger als 15 Minuten konnte eine vollautomatisierte Flugdrohne eine Inspektion der größten Offshore-Windenergieanlage der Welt von oben nach unten durchführen.

Die innovative Inspektion wurde kürzlich an der Burbo Bank Extension, 7 km vor der Küste der Liverpool Bay in der Irischen See, an einer 80 MW-Turbinenschaufel einer 8 MW MHI Vestas V164 Turbine durch eine Partnerschaft zwischen US-amerikanischen SkySpecs und dem Offshore-Windparkentwickler und -betreiber Ørsted durchgeführt .

Das in Dänemark ansässige Unternehmen Ørsted (früher DONG Energy) hat Wurzeln in der Öl- und Gasindustrie, die bis in die frühen 1970er Jahre zurückreichen. Heute konzentriert sich das Unternehmen vollständig auf saubere erneuerbare Energien und ist das größte Offshore-Windparkunternehmen der Welt mit Projekten, die in Dänemark, Großbritannien, Deutschland, den Niederlanden, den USA und Taiwan in Betrieb sind oder sich in der Entwicklung befinden. Unnötig zu sagen, dass das Unternehmen eine große Anzahl von Windturbinen in Betrieb hat, die alle während der gesamten Lebensdauer der Anlage überprüft werden müssen.

David-Lee Jones, Ørsteds leitender technischer Projektleiter, sagte, dass es bei der Durchführung von Windturbineninspektionen oft schwierig sei, konsistente Bildqualität bei den größten Offshore-Turbinen zu sammeln. Hier kommt der Anbieter von SkySpecs für Roboter und Softwaretechnologie zum Einsatz.

Tom Brady, Mitbegründer und Chief Technology Officer von SkySpecs, sagte, Informationen, die durch den automatisierten Drohneninspektionsservice seines Unternehmens gesammelt wurden, helfen den Eigentümern, ihre vorausschauenden Wartungsstrategien mit "einem Berg von Blade-Daten" und Analysetools zu erstellen, die helfen, den Gesundheitszustand ihrer Geräte besser zu verstehen.

Die Flugdrohnen von SkySpecs führen die Inspektion völlig autonom ohne menschliche Kontrolle aus und bieten daher präzisere, konsistentere und robustere Inspektionsfähigkeiten, sagte das Unternehmen. Die von der Drohne gesammelten Daten werden automatisch auf das SkySpecs-Softwareprodukt Horizon hochgeladen, das die Bilder nach Schadenstyp und -schweregrad klassifiziert. Ein erweiterter Funktionsumfang in der Software, der Reparaturplanungs-Workflows, Analyse-Dashboards und Erkenntnisse umfasst, ermöglicht es Benutzern, Trends zu erkennen, Reparaturkosten zu berechnen und den ROI zu ermitteln.

Equinor, Masdar
Die Partner Equinor (ehemals Statoil) und Masdar haben ein Batteriespeichersystem namens Batwind installiert, das die Energie speichert, die aus dem weltweit ersten kommerziellen schwimmenden Windpark stammt. Strom, der 25 Kilometer vor der Küste des Windparks Hywind Scotland produziert wird, wird über Kabel zu einem Onshore-Umspannwerk in Peterhead, Schottland, transportiert, um dort in den Batwind 1-MW-Lithium-Ionen-Batterien gespeichert und ans Netz angeschlossen zu werden.

Energiespeichertechnologien wie Batterien und andere werden in den kommenden Jahren zunehmend an Bedeutung für die Netzstabilität gewinnen, zumal die installierten Kosten für Batteriespeichersysteme weiter sinken. Sebastian Bringsvaerd, Entwicklungsleiter für Hywind und Batwind, erklärte, dass die Variabilität erneuerbarer Energien bis zu einem gewissen Grad durch das Stromnetz gemanagt werden kann, aber neue intelligente Lösungen für die Energiespeicherung benötigt werden, um eine starke Stromversorgung zu gewährleisten.

Equinor vergleicht Batwind mit einem "Energielager", das Intermittenz abschwächen und den Output optimieren soll. Sein Zweck, so Equionr, besteht darin, die Batterie "zu lehren", wann sie Strom zurückhalten und speichern und wann sie Strom ins Netz schicken soll, um so den Wert zu steigern. Um das System so intelligent wie möglich zu gestalten, entwickeln Equinor und Masdar Algorithmen, die auf mehreren Datenquellen basieren, einschließlich Wettervorhersagen, Marktpreisen, Wartungsplänen, Verbrauchsmustern und Netzdiensten. Die Digitalisierung sei ein Schlüsselfaktor, sagte Bringsvaerd. Batwinds Energiemanagementsystem wird intelligenter, da es mehr Daten speist, erklärt er und fügt hinzu, dass der Wert im Speicher nicht unbedingt in der Menge der gespeicherten Energie liegt, sondern wie er optimiert und besser gesteuert wird.

(Wie in der Juli / August 2018 Ausgabe von Marine Technology Reporter veröffentlicht )