Gezeiten-Turbinen: Ist besser Ballast die Antwort?

Von Ralitsa Peycheva • 26 Januar 2018

Alternative und insbesondere marine erneuerbare Energiequellen sind in letzter Zeit wegen aller Naturkatastrophen, die durch die schweren Klimaveränderungen und den hohen Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre verursacht werden, sehr populär geworden. Wind und Sonne besitzen ein hohes Energiepotenzial, aber ihr Ergebnis bleibt ziemlich unberechenbar, folglich unzuverlässig und teuer. Im Gegensatz dazu basiert die Ozeanmacht auf natürlichen Gesetzmäßigkeiten wie Ebbe und Flut und kann geplant und kontrolliert werden. Dies ist auch der Grund, warum viele große und sogar nicht so große Volkswirtschaften begannen, in kleine und große Projekte zu investieren, die das Design, die Herstellung und die Installation von Gezeiten-Turbinen-Konfigurationen sponsern. Daher sind Gezeitenkraftwerke das wichtigste Element für die künftige Entwicklung des maritimen Sektors der erneuerbaren Energien.

Die Gezeitenkraft und ihre Herausforderungen bei der Installation

Die meisten Gezeitenkraftwerke haben die gleichen Hauptkomponenten: Rotorblätter, Generator, Nabe und Fundament. Strukturelle Unterschiede hängen vom Leistungsniveau und der Meeresbodenoberfläche ab.

Der Teil, der sich ständig weiterentwickelt und die Köpfe der Designer und Hersteller beschäftigt, ist die Gezeitenturbinenstiftung . Die Art, wie das Gerät angebracht werden soll, ist von entscheidender Bedeutung, da starke Ströme eine extrem aggressive Umgebung sein können. Gegenwärtige Lösungen wie Bohrpfähle oder Monopiles sind ziemlich teuer, weil sie Meeresbodengeologie und bathymetrische Analyse, komplizierte Konstruktion, zusätzliche Maschinen für die Installation und häufige Wartung aufgrund von Korrosion, Ermüdungsrissen und Mörtel erfordern.

Schwerkraftbasierte Fundamente können schließlich als die bessere Lösung angesehen werden, da sie nicht in den Meeresboden eindringen. Die Kippmomente müssen jedoch sorgfältig berücksichtigt werden, und wenn der Ballast aus Beton besteht, kann der Fußabdruck den Meeresboden irreversibel beschädigen. Darüber hinaus erfordern Betonfundamente auf Fundamentbasis eine massive Tragkonstruktion, die zu hohen Material- und Logistikkosten führt.

Selten verwendet werden Saugschaufelanker und verankerte schwimmende Strukturen, bevorzugt für tieferes Wasser. Es gibt auch mehrere Hybrid-Projekte wie die Schwerkraft-Pfahl-und Mantel-Monopile-Hybriden und Tripod-Strukturen.

Und obwohl alle genannten Grundlagen in Bezug auf Konfiguration und Komponenten offensichtlich sehr unterschiedlich sind, weisen sie alle die folgenden gemeinsamen Nachteile auf:

In Anbetracht dessen ist der Bereich der erneuerbaren Meerestechnologie ständig auf der Suche nach besseren Materialien, um die Grundlagen für die Gezeitenkraftwerke zu entwerfen und herzustellen.

Grey Cast Iron Ballast könnte die Antwort sein

Grauguss-Gezeiten-Turbinenschotter garantiert die Stabilität des Fundaments und ist somit von entscheidender Bedeutung für die Leistungsfähigkeit der gesamten Konfiguration. Es besteht aus recyceltem Stahl und schadet der Umwelt aufgrund der positiven CO2-Bewertung nicht. Darüber hinaus ist Gusseisen vier- bis fünfmal dichter als Beton, wodurch das Zielgewicht bei geringerem Raum und Volumen im Vergleich zu Beton erreicht wird, was eine einfache Installation ermöglicht.

Graue Gusseisen-Gezeiten-Turbinenschotter kommen normalerweise in drei möglichen Designs, um sich leicht an die spezifische Technologie der Schwerkraftbasis anzupassen: als eine geschweißte zylindrische Basis, die durch Ballast verstärkt ist; als geschweißte Basis mit einem zentralen, ohne Schalung hergestellten Pfahl, der onshore oder offshore integriert werden kann; als Stahlbetonsockel.

Die Lösung stellt eine neue Technologie zur Befestigung des Geräts am Meeresboden dar, die wegen ihres einfachen, aber robusten Designs keine tiefgehenden geologischen Analysen und häufige Wartungsarbeiten erfordert. Es durchdringt den Meeresboden nicht und wenn es einmal entfernt ist, hat es keinen Einfluss auf die Oberfläche.

Der Gezeiten-Turbinenschotter aus Grauguss ist ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung von Meerestechnologien.

Die Fallstudie: Sabella

Die französische Firma Sabella hat eine neue Gezeitenturbine mit einem innovativen Schwerkraftfundament entwickelt, das nur mit Gusseisenballast auf dem Meeresboden befestigt ist; ohne Penetration. Der Hersteller des Ballasts ist FMGC - der europäische Marktführer für Gussgegengewichte. Die neue Lösung wurde an der Turbine in den Gewässern der Passage Fromveur in der Nähe von Ushant in der Bretagne getestet und angewendet. FMGC eingebaut in die geschweißte Schwerkraftbasis mit zylindrischen Beinen 10 Tonnen Gusseisen Ballast in der Gondel und 180 Tonnen insgesamt in den Stützbeinen. Die Verwendung von Gusseisen ermöglicht es, das Volumen und das Gewicht der Turbinenstützstruktur um das Dreifache zu reduzieren. Im Vergleich zu gebohrten Monopilefundamenten ist die Schwerkraft-Stativbasis weniger teuer und erfordert viel weniger Zeit und Aufwand für die Installation. Nachdem der Ballast an Land auf dem Gerät angebracht wurde, platziert ein Kran die Turbine an der gewünschten Stelle. Die Konfiguration ist nicht für menschliche Bediener geeignet und kann an feindseligen Orten mit der Schwerlastmaschine "abgeworfen" werden.

Die Stativstruktur eliminiert den Aufprall eines Standard-Beton-Schwerkraftfundaments und ermöglicht eine bessere seitliche Stabilität, Steifigkeit und umweltfreundliche Installation.

Die Rohmaterialauswahl des Ballasts und der Endbeschichtung führt zu den bestmöglichen mechanischen Eigenschaften des Bauteils, wodurch das Risiko eines Versagens und somit der Wartung minimiert wird. Es ist erwiesen, dass Grauguss die stärkste Widerstandsfähigkeit gegenüber möglichen Stößen bietet, und es gibt einfach keine Komponenten, die aufgrund von Erosion oder anderen Beschichtungsschäden zusätzliche Wartung benötigen.

Während der Entwurfsphase wurde ein eventuelles zusätzliches Problem (Wellenbelastung, Wellendruck oder Wellenbeeinflussungszone) berechnet.

Vorteile von Grauguss

Die Hauptvorteile von Grauguss für den MRE-Sektor können wie folgt zusammengefasst werden:

Tidal-Turbinenschotter aus Grauguss ist eine innovative Lösung, die in den nächsten Jahren enorm zu besseren Meerestechnologien beitragen wird. Gezeitenenergie optimal zu nutzen, um saubere Energie in die Zukunft zu bringen, ist das Hauptanliegen aller industriellen Keyplayer. Die gesamte Branche entwickelt sich ständig weiter, immer auf der Suche nach besseren Produkten.

Der Autor

Ralitsa Peycheva ist eine technische Content-Managerin bei der Farinia Group , die sich für Schmiede- und Gießtechniken, neueste Maschinen und Werkzeuge interessiert; neugierig auf neue Fertigungsmethoden; Respekt für qualitativ hochwertige Technik.