Offshore-Windenergie
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- Klara Esser
- vor 6 Jahren
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1 Offshore-Windenergie alte und neue Ideen zur Kostenreduktion Uwe Ritschel Stiftungslehrstuhl für Windenergietechnik (gestiftet durch Nordex SE) Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik der Universität Rostock Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 1
2 Inhalt Windenergie in MV und Lehrstuhl für Windenergietechnik Offshore Windenergie Technik und Gestehungskosten Kostenfaktor WEA IPC und Pendelnabe Kostenfaktor Fundament Projekt SoFuWEA Schlussbemerkungen Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 2
3 Quelle: Broschüre des WEN Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 3
4 Boombranche Windindustrie Deutschland 2015: Beschäftigte in der Windindustrie (Quelle: BWE) Durchschnittlich an die neue Arbeitsplätze in den letzten 15 Jahren MV: 8000 Beschäftigte in 200 Unternehmen (Quelle: Besonders im Großraum Rostock Hersteller von WEA (Nordex, Suzlon, ) Ingenieurgesellschaften Windpark- Projektierer Zulieferer für Offshore-Windindustrie (EEW, Nordic Yards, ) Wind Energy Network Quelle: Broschüre des WEN Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 4
5 Komplettentwicklung von WEA Ingenieurdienstleistungen für die Windindustrie (seit 2002) Verbindungsstr. 6, D Bad Doberan ( Wind Response Offshore: Waves Ground acceleration Schulungen Berechnungssoftware Vermessungen Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 5
6 Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik (LWET) Stiftungsvertrag (Nordex SE, Univ. Rostock, Bildungsministerium) 2011 Stärkung der Ingenieurausbildung im Bereich Windenergietechnik Lehrstuhl seit 2014 an der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik besetzt Zurzeit 11 MA (Haushalt, Stiftung, Drittmittel) Forschung und Lehre am LWET Simulation von WEA (Weiterentwicklung Simulation, Validierung der Simulationsergebnisse, simulationsgestützte Optimierung von WEA, ) Wirtschaftlichkeit (gewichts- und kostenoptimierte WEA, Rotorblätter, verbesserte Regelungskonzepte,...) Vermessung und Test (Windfeld, WEA, Forschungsanlage, ) 4 Lehrmodule zu Grundlagen und Spezialthemen der Windenergie (Vertiefungsrichtung) Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 6
7 Inhalt Windenergie in MV und Lehrstuhl für Windenergietechnik Offshore Windenergie Technik und Gestehungskosten Kostenfaktor WEA IPC und Pendelnabe Kostenfaktor Fundament Projekt SoFuWEA Schlussbemerkungen Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 7
8 kwh innerhalb 24 Std. Quelle: Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 8
9 Hersteller Typ Leistung [MW] Rotor [m] W/m² Status Adwen (Areva/Gamesa) AD , Triebstrangtest MHI/Vestas V164 8, Prototyp Samsung S7.0 7, Prototyp Senvion 6M 6, Serie Siemens (getriebelos) SWT6.0 6, Serie GE/Alstom Haliade 6, Prototyp Sinovel SL6000 6, Prototyp Adwen M5000 5, Serie Bard 5MW 5, Serie Siemens SWT3.6 3, Serie Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 9
10 Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 10
11 Skiba und Reimers, Energiewirtschaftliche Tagesfragen (2014) Investitionskosten Onshore 1.5 Mio EUR/ MW Reduktionspotenzial % Offshore Wind 3-4 Mio EUR/MW Reduktionspotenzial 40% Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 11
12 Inhalt Windenergie in MV und Lehrstuhl für Windenergietechnik Offshore Windenergie Technik und Gestehungskosten Kostenfaktor WEA IPC und Pendelnabe Kostenfaktor Fundament Projekt SoFuWEA Schlussbemerkungen Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 12
13 Wodurch wird die Maschine dimensioniert? Skalierung der Gondelmasse Drehmoment (Nennmoment) der WEA Quelle: MAKE Consulting 2013 P = M Ω R 2 ; Ω 1 R ; M P 3/2 (gleiche Flächenleistung u. Blattspitzengeschw.) Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 13
14 Wind auf Rotorfläche nicht konstant Höhenunterschied Turmvorstau Turbulenz Konsequenz: Luftkräfte auf einzelne Blätter unterschiedlich Unterschiede in einzelnen Schlag- und Schwenkmomenten der Blätter Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 14
15 Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) Zeit [sec] 15
![Schlagmomente dimensionierend für Blätter und Nabe Frequenzanalyse 1-p 2-p 3-p Frequenz [Hz]](/docs-images/67/56916874/images/16-2.jpg "Offshore Wind Solutions MV 16.06.2016 Prof. Dr.")
16 Schlagmomente dimensionierend für Blätter und Nabe Frequenzanalyse 1-p 2-p 3-p Frequenz [Hz] Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 16
17 Was wird auf die Gondel übertragen (Maschinenträger) Hauptlager Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 17
![Biegemomente Blatt 1 Yaw-Moment am HL Nick-Moment am HL Zeit [sec] Yaw und Nickmomente (Extrem- und Betriebslasten) dimensionieren Maschine](/docs-images/67/56916874/images/18-2.jpg "(Strukturbauteile) Yaw und Nickmomente proportional zu Nennmoment M Offshore Wind Solutions MV 16.06.2016 Prof. Dr.")
18 Biegemomente Blatt 1 Yaw-Moment am HL Nick-Moment am HL Zeit [sec] Yaw und Nickmomente (Extrem- und Betriebslasten) dimensionieren Maschine (Strukturbauteile) Yaw und Nickmomente proportional zu Nennmoment M Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 18
19 Vergleichmäßigung der Luftkräfte an den einzelnen Blättern Individuelle Blattwinkelverstellung (IPC) Passive smart blades Aktive smart blades Geringere Übertragung der Biegemomente auf die Maschine Pendelnabe bei 2-Blattrotoren Andere lastreduzierende Maßnahmen Vermeidung oder Dämpfung von Schwingungen Böenfrüherkennung mit LIDAR Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 19
20 Individuelle Blattwinkelverstellung (IPC) Vermessung der Blattbiegemomente mit optischen Verfahren (fibre optic sensing) Bestimmung der individuellen Korrektur zum kollektiven Blattwinkel Einstellung mit Pitch-System Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 20
21 Areva Moog Fraunhofer IWES Blattmomente 15% Maschine 5% Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 21
22 Masterarbeit Julia Warncke (2015) Untersuchung neuartiger Verfahren für die individuelle Blattwinkelverstellung bei WEA Perspektiven: Verbesserte Regelungsalgorithmen Veränderte Aktuatoren Partielle Blattwinkelverstellung Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 22
23 Eleon: 3 MW, 116 m Rotor (Estland) Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 23
24 Ming Yang Envision 2B Energy Condor/Seawind Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 24
25 Renaissance der 2-Blatt-Rotoren (mit neuen Materialien und mehr Erfahrung) Vorteile der 2-Blatt-WEA Geringere Kosten (wegen 2 statt 3 Blätter) Einfacher Transport Höhere Drehzahl kleineres Drehmoment bei gegebener Leistung Lastreduzierung durch Pendelnabe Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 25
26 MAN Growian (1983) hatte auch Pendelnabe Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 26
27 Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 27
28 Masterarbeit Kavin Periyasamy (2014): Comparison of concepts for two-bladed wind turbines Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 28
29 Ohne Pendelnabe Mit Pendelnabe Optimierung der Steifigkeit des Pendelmechanismus Starke Reduktion der Nick- und Yawmomente Untersuchung problematischer Lastfälle Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 29
30 Inhalt Windenergie in MV und Lehrstuhl für Windenergietechnik Offshore Windenergie Technik und Gestehungskosten Kostenfaktor WEA IPC und Pendelnabe Kostenfaktor Fundament Projekt SoFuWEA Schlussbemerkungen Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 30
31 Skiba und Reimers, Energiewirtschaftliche Tagesfragen (2014) Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 31
32 Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 32
33 Projekt SOFuWEA (6 MW) Simulation und Vorentwurf eines Fundaments für Offshore-WEA aus Stahl-Beton-Verbundbauteilen Verbundprojekt mit ESG GmbH (Stralsund) Gicon-Gruppe (Start 05/2016, Verbundprojekt gefördert durch das Ministerium für Wirtschaft, Bau und Tourismus des Landes Mecklenburg-Vorpommern mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklungen (EFRE) der Förderperiode Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 33
34 Aufgaben LWET im Verbundprojekt Hydro-aeroelastische Simulation, Einwirkung von Wind und Wellen Gesamtsystemsimulation, Dynamik, Eigenfrequenzen Lasten in WEA und Fundament Belastung auf Spannseile und Anker Dämpfung im Wasser Optimale Regelung der WEA Konzeptentwurf der Gründungsstruktur Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 34
35 Schlussbemerkungen Leichtere und kostengünstigere WEA Verbesserung der traditionellen 3-Blattrotoren mit IPC, viele Optionen um IPC weiter zu verbessern 2-Blattrotoren könnten an Offshore-Standorten mittel- und langfristig 3-Blattrotoren ersetzen. Deutliche Kostenreduktion zu erwarten. Schwimmende Fundamente mit Potenzial zur Kostenreduktion in den Bereichen Gründung und Installation Nach Größenentwicklung der letzten 20 Jahre konzeptionelle Entwicklung Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 35
36 Mitarbeiter LWET PD Dr.-Ing. habil. Evgueni Stanoev Dr.-Ing. Frank Adam Dr. -Ing. Ralf Tschullik M. Sc. Paul Schünemann M. Sc. Daniel Valia Dipl.-Ing. Nils Passow Dipl. Ing. Peter Dierken Hauke Hartmann Dipl. Ing. Gunar Freese Jessica Wiechmann Antje Barna Studentische Arbeiten Kavin Peryasani Nan Li Stephan Faustmann Yaroslav Kolyadych Julia Warnke Falko Budde Helge Kelting Jessica Westphal Peter Mönnig Helge Kelting Christoph Heye Felix Mutschler Benjamin Kasper Jascha Florian Berberich Anja Klemp Robert Kay Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 36
37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Lehrstuhl für Windenergietechnik Windrad Engineering GmbH Offshore Wind Solutions MV Prof. Dr. Uwe Ritschel (Stiftungslehrstuhl Windenergietechnik) 37
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