Offshore-Windparks: Neue Windräder sollen mehr Strom liefern

Windräder auf dem Meer sind wahre Giganten geworden. Anfang der 2020er Jahre sollen erstmals Anlagen mit 10 bis 12 Megawatt in Betrieb gehen. Ingenieure forschen jedoch längst an der 20-MW-Turbine - und an neuen Rotorkonzepten.

Ein Bericht von Monika Rößiger veröffentlicht am
Windpark (Symbolbild): Wenn die Windräder größer werden, steigen die Kosten überproportional.
Windpark (Symbolbild): Wenn die Windräder größer werden, steigen die Kosten überproportional. (Bild: David McNew/Getty Images)

Vor kurzem verkündete Siemens Gamesa seine erste 10-MW-Turbine. Das neue Modell mit einem Rotordurchmesser von 193 Metern werde pro Jahr 30 Prozent mehr Energie erzeugen als sein Vorläufer, so der Hersteller. Genug, um rund 10.000 Haushalte mit Windstrom vom Meer zu versorgen. Ab 2022 soll sie auf dem Markt sein, ein Jahr später, als General Electric die Inbetriebnahme der "größten und leistungsfähigsten Windturbine der Welt" in Aussicht gestellt hat: die 12-MW-Turbine Haliade-X. Auch MHI Vestas will dann mit seiner 10-MW-Turbine CO2-neutral Elektrizität liefern.

Inhalt:
  1. Offshore-Windparks: Neue Windräder sollen mehr Strom liefern
  2. Niedrigere Betriebskosten
  3. Die Anfänge waren mühsam

Dass die Offshore-Windindustrie boomt, daran ließ Marktführer Siemens Gamesa bei der Präsentation der neuen Turbine keinen Zweifel. "Die Stromgestehungskosten für Offshore-Wind sinken weiter, da die Industrie wächst und ihre Leistungskraft steigert", sagte Andreas Nauen, CEO der Offshore-Sparte des deutsch-spanischen Konzerns. "Weltweit entwickeln sich neue Märkte, die langfristig allesamt kostengünstige, zuverlässige und saubere Energie benötigen."

Doch wie wird der Überbietungswettkampf der Offshore-Giganten weitergehen? Bislang ist den Konkurrenten noch die Dreiflügeligkeit der Rotoren gemeinsam. Die hat sich jahrelang bewährt, und die gesamte Logistik sowie die Zuliefererindustrie sind darauf eingestellt. Trotzdem denken Forscher über alternative Rotorkonzepte nach. Zum Beispiel an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) in Hamburg, im Projekt X-Rotor, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird.

Neue Konzepte für Windturbinen

Bei dem Forschungsprojekt geht es um Zweiblatt-Rotoren und um sogenannte Multirotoren. Beide knüpfen an das EU-Projekt Innwind an, in dem 27 europäische Forschungsinstitutionen und Hersteller u.a. die Vision einer 20-MW-Turbine entwarfen. Diese Turbine gilt beiden Forschergruppen in Hamburg als Referenz; allerdings will das Multirotor-Team diese stolze Leistung mit vielen kleinen Rotoren statt einem großen erreichen.

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Eine derartige Aufteilung bietet eine Reihe von Vorteilen. Der wichtigste liegt in der besseren Ausnutzung einer physikalischen Grundlage, die square cube law genannt wird; dafür gibt es offenbar keinen griffigen deutschen Begriff. Was das für die Windenergie bedeutet, erklärt Ingenieur Sven Störtenbecker vom X-Multirotor-Team im Gespräch mit Golem.de folgendermaßen: "Die Leistung einer Anlage und somit auch ihr Ertrag steigt mit der überstrichenen Rotorfläche, rechnerisch also im Quadrat. Die Masse der Bauteile und deren Volumen nimmt zugleich aber kubisch zu, also in der dritten Potenz." Das heißt, wenn die Windräder immer größer werden, steigen auch die Kosten, und zwar überproportional - bis es eben nicht mehr sinnvoll bzw. finanzierbar ist.

Bislang jedoch sei dieser Moment durch technologische Entwicklungen wie Leichtbau und verbesserte Regelungstechnik hinausgezögert worden, erklärt Peter Dalhoff, der das Teilprojekt X-Multirotor an der HAW leitet. "Der Physik bzw. dem square cube law können die Hersteller aber trotzdem nicht entkommen." Deshalb plädiert der Maschinenbau-Ingenieur dafür, mit dem Wissen von heute das System der Windkraft neu zu denken.

Zum Beispiel so: Wenn man die Leistung eines Rotors auf hundert Rotoren verteilt, wiegen die zusammen nur noch ein Zehntel so viel wie ein großer Rotor. Das würde bereits bei der Produktion und beim Aufstellen der Windräder Material und Kosten sparen. Zudem sinke der Einsatz wertvoller Ressourcen wie Neodym. Zwar ist in dieser Betrachtung das Material für die Tragstruktur noch nicht berücksichtigt, aber die Forscher gehen davon aus, dass das Gesamtgewicht von Tragstruktur und Multirotor kleiner ist als das des Einzelrotors.

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Niedrigere Betriebskosten 
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cpt.dirk 03. Mär 2019

... wirds finster, nicht zuletzt auch deshalb, weil unser Innenhorst den Onshore-WKRs in...

Geistesgegenwart 28. Feb 2019

Neben der Fläche des Rotors besteht auch das potential höherer Windgeschwindigkeiten...

gomos 27. Feb 2019

"Weltweit bietet die bodennahe Windenergie nach einer 2013 im Fachjournal Nature Climate...

Anonymer Nutzer 27. Feb 2019

Das ist wie mit der erdkrümmung. Man kann sie kaum mit dem bloßen auge erkennen also...



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