Gibt es noch Innovationen in der Windenergie?

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1 ENERiO-Symposium»Energy 2050«, Oldenburg, 14. Mai 2011 Gibt es noch Innovationen in der Windenergie? Prof. Dr. Martin Kühn Institut für Physik Arbeitsgruppe Windenergiesysteme ForWind Universität Oldenburg 1

2 Inhalt I. Innovation und Transition des Energiesystems II. III. Innovationsbedarf in der Windenergie Innovationsprozesse in der Windenergie Fazit 2

3 I. Innovation und Transition des Energiesystems Innovation = Idee + Invention + Diffusion Phasen des Innovationsprozesses Idee, Konzeption Umsetzung in Produkte Marktdiffusion 3

4 Greenpeace Energy [R]evolution Scenario Share of renewables at European electricity demand: 68% in 2030, 97% in GW 497 GW! Wind power plays a major role in the future power system! Wind: 31.1 % Wind 30.7 % [Quelle: Energynautics GmbH, E.Tröster, EWEA2011] => Windenergie spielt eine Hauptrolle im zukünftigen Energiemix. 4

5 Windenergie im SET-Plan der EU (Strategic Energy Technology Plan, Okt. 2009) 150GW 43% 200 GW 57% 1,5 GW 2% 40GW 17% 190 GW 83% 5 65 GW 98%

6 II. Innovationsbedarf in der Windenergie Wo brauchen wir Innovation? Wo sind Innovationsfelder, Innovationen oder nur Ideen? 6

7 Innovationsbedarf: 1. Kostenreduktion Offshore 3.300!/KW 2.700!/KW!/MWh CO 2 Cost CO 2 Cost 100 Range Range Range [Source: Windpower Monthly 1/2011] [8% project interest rate, 20 years depreciation period] Onshore 1.700!/KW 1.400!/KW Annual average wind speed at hub height m/s

8 Innovationsbedarf: Konventionelle thermische Kraftwerke 2. Netzintegration Windparkcluster steuerbar flexible Standortwahl systemtragend [Folie: B. Lange, IWES, Kassel] wetterabhängig ressourcenabhängige Standortwahl => Bedarf an Systemdienstleistungen => Netzausbau/umbau 8

9 Innovationsbedarf: 3. Offshore Windenergietechnologie Installation Wartung Windpark Energietechnik [Quelle: DOTI, DOTI, Dong, Multibrid] Tragstruktur Wirtschaftlichkeit, Risiko Rotor-Gondel-Einheit 9

10 Innovationsbedarf: 4. Speicher- & Transportfähigkeit Erneuerbare Energiequellen sind im Wesen Energieflüsse. Fossile und nukleare Energiequelle sind im Wesen Energieträger. Hunderte Millionen Jahre Oil Gas [Quelle: Wirtschaftsverb. Erdöl- & Erdgasgewinnung, Open University, T206] 10

11 Verschiedene Wege der Technologieentwicklung 5 MW 3 MW High-Tech, Forschungsgiganten REpower 5M 5MW, Ø 126m 1.5 MW 500 kw 250 kw 100 kw 10 kw Evolutionäre, industrielle Entwicklung & Forschung

12 Bigger - Die nächste Innovation? [Quelle. Enercon, Furhläner, K. van Kuik, TU Delft, Clipper Ltd.] Ø 154 m Ø 126 m Ø 80 m Ø 65 m Ø 12 m Anlagendurchmesser zum Zeitpunkt der Markteinführung 12

13 13 Floating - Die nächste Innovation?

14 High Altitude - Die nächste Innovation? Ockels, TU Delft

15 Smaller - Die nächste Innovation?

16 Jenseits der Märkte - Die nächste Innovation? Energieressourcen plus Energiebedarf bedeutet nicht automatisch Energiemarkt! 16

17 Transportantrieb - Die nächste Innovation? Energieverbrauch im Transportsektor e-mobility, grid 2 vehicle (G2V) vehicle 2 grid (V2G) [Quelle: SWE Uni Stuttgart, SkySails.de, EWE AG] 17

18 III. Innovationsbeispiele in der Windenergie Turbulenz Wandel der Bedeutung Beitrag der Windenergie Von Windenergieanlagen zu Windenergiesystemen 18

19 1. Turbulenz Wandel der Bedeutung»tolerierbare«Störung Turbulenzkompensation Betriebszustand Energiequelle? Stall-Anlage Dänemark 1957 [E. Hau] Dynamische Leistungskurve [ForWind Oldenburg] LiDAR-Böenkompensation [SWE Stuttgart] 19

20 Turbulenzforschung: Neue Methoden in Labor und Freifeld Reproduktion von Turbulenz im Labor [Quelle: ForWind Universität Oldenburg] LIDAR Windscanner 20

21 Laser-optische Nachlaufmessungen (LiDAR) Messung des nahen Nachlauf [Quelle: SWE Universität Stuttgart] Lidar- Scanner Messung des fernen Nachlauf [Quelle: ForWind Universität Oldenburg] SWE Stuttgart 21

22 Turbulenzkompensierende Regelungskonzepte LiDAR-Böenkompensation [SWE Stuttgart] Lokale Regelung am Blatt [TU Delft] Grenzschichtkontrolle [TU Delft] Passive Regelung z.b. Biege-Torsionskopplung 2-Blattrotor, Leeläufer, Advanced Controls [2-B Energy] 22

23 2. Beitrag der Windenergie im Netz»Dem Wind und dem Narren lass seinen Lauf.«Den Kraftstoff Wind effizient nutzen. Windstrom planbar einsetzen Windstrom als»störung«des Netzbetriebs Nutzung der Offshore- Windressource Regeneratives Kombikraftwerk [Quelle: ISET, dena, ISET] 23

24 Meso-skalige Strömungssimulation von Offshore Windpark-Clustern Fernwirkungen von Nachläufen Interaktion mit atmosphärischer Grenzschicht starke Einflüsse von Turbulenz und thermischer Schichtung => an»brennstoffqualität«angepasster Konverterbetrieb Windpark 28 x 28 km, Leistung 6,5 GW ca Anlagen [Quelle: E. Stütz, ForWind Universität Oldenburg] 24

25 3. Von Windenergieanlagen zu Windenergiesystemen Windturbine Windpark Windturbine im Park Windenergiesysteme Quelle: www-eev.uni-paderborn.de] E-System Kraftwerksverbund Windpark Windenergieanlage 25

26 Fazit & Vision»Windenergie 2030«Zukunftsfähige Windenergiesysteme nutzen den»kraftstoff Wind«mit maximaler Effizienz kompensieren Turbulenzeffekte speisen im Voraus planbar ins Energiesystem ein. gleichen»wetter«durch Kombination der Erneuerbaren aus. Marktdiffusion erfordert sozio-ökonomische Transformation 26 [Quelle: DOTI]

27 Weitere Informationen: Prof. Dr. Dipl.-Ing. Martin Kühn Arbeitsgruppe Windenergiesysteme ForWind Zentrum für Windenergieforschung Institut für Physik, Universität Oldenburg Ammerländer Heerstr. 136, Oldenburg T: E: martin.kuehn[at]forwind.de W: 27