Offshore-Windenergieanlagen: Beispiel regenerativer Technik

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1 Offshore-Windenergieanlagen: Beispiel regenerativer Technik 25. September 2012 WIND. ASSURING CONFIDENCE THROUGH COMPETENCE. Andreas Reuter

2 Fraunhofer IWES Nordwest und Kassel Forschungsgebiete: Windenergie von der Materialentwicklung bis zur Verbindung zum Stromnetz Energiesystemtechnik für alle erneuerbaren Energien Gründung: 2009 Jahresbudget: ca. 30 Mio. Euro Mitarbeiter: ca. 350 Forschungsverbund Windenergie IWES ForWind DLR IWES Bremerhaven Projektgruppe Oldenburg Universität Bremen Universität Oldenburg Projektgruppe Hannover Universität Hannover IWES Kassel Universität Kassel Fraunhofer Zentrale in München

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4 Auf dem Weg zur neuen WEA-Generation Der offshore-markt bis 2030 Rückblick auf 20 Jahre offshore-wind Große Anlagen für große Herausforderungen? Innovative Konzepte und integrierter WEA-Entwurf Neue Technologien: Beispiel Smart Blades Industrialisierung der Prozesskette: Fertigung von Rotorblättern Zuverlässigkeit: aus der Raumfahrt lernen? Der nächste Markt: schwimmende WEA

5 Offshore-Markt bis 2020: überdurchschnittliches Wachstum Quelle: EWEA 2012

6 Offshore-Markt : kontinuierlicher Zubau Quelle: EWEA 2012

7 Motivation: Wettbewerb der Erneuerbaren!

8 Zeitrahmen und Umfeld für neue WEA-Konzepte

9 Erste Projekte vor 20 Jahren in Dänemark

10 Pionierarbeit in Vindeby 450 KW, Vindeby Offshore Wind Farm, Dänemark, x 450 kw Bonus WEA

11 Deutsche Projekte sind anspruchsvoll Entfernung zur Küste und Wassertiefe sind die Herausforderung

12 Ein ungebrochener Trend - Big is beautiful? kw Ø 126m kw Ø 170m kw Ø 250m ww

13 Etwas Physik Grundlagen: Ähnlichkeitsgesetze Absolut Proportionalität Leistung P=ρ/2 cp(λ) v 3 R 2 π R 2 Drehzahl R -1 Gewicht R 3 Widerstandsfläche R 2 Gewichtsbeanspruchung R 1

14 Die Grenzen des Wachstums Große Anlagen sind schwerer als kleinere Anlagen Das Kostenoptimum liegt derzeit bei ca. 3 MW onshore und 6 MW offshore Wesentlich ist das Rating der Anlage, nicht die Generatorgröße Neuer Trend offshore: große Rotoren! Weiteres Wachstum der WEA-Größe erfordert Technologiesprünge Weiteres Wachstum erfordert eine durchgängige offshore-industrie

15 Integriertes WEA-Design als nächster Schritt Beispiel für ein Alternativkonzept: 2B-Energy-Anlage innerhalb des Konsortiums FLOW in den Niederlanden 6 MW m Rotor Leeläufer 2-Blatt-Rotor durchgängiger Gittermast Gleichstromverknüpfung Rating 0,481 kw/m 2

16 Technologie: Triebstrangkonzepte Konzepte im Wettbewerb: Aufgelöste Bauweise Direktantrieb Hybridlösung

17 Smart Blades für die smarte WEA Aktiver Vorflügel (Smart Droop Nose) EU-Projekte SADE, JTI-SFWA, SARISTU Aktives Rotorblatt (Actor, JTI Green Rotorcraft) Aktive Schwingungsregelung Smart Droop Nose Electric wire Compression rod Piezo - actuator Connecting tube Rod shaft Threated pressure plate pressure disk Aktives Fachwerk zur Schwingungsentkopplung Aktives Rotorblatt Piezokeramischer Aktuator 17

18 Automatisierung der Blattfertigung

19 Neue Technologien und Industrialisierung der Prozesskette Offshore-Wind entwickelt sich zur eigenen Branche Bedarf an Innovation ist vorhanden Die Verknüpfung von Windindustrie, maritimer Technologie und offshore-logistik schafft Innovation Eine durchgängige Industrialisierung der Prozesskette reduziert Kosten Theoretisch ist der Markt vorhanden und vor der Haustür Das Zeitfenster für die Umsetzung ist begrenzt!

20 WEA im offshore-projekt ist nur ein Teil der Gleichung Typische Projektkostenstruktur Offshore... Die WEA ist nur mit 35% beteiligt... Operation & Maintenance 22% Decommissioning 2.8 % Wind turbine 35% Project management 1.5 % Offshore grid connection 15% [Opti-OWECS Projekt, 1997] Support structure & OWEC instal. 24%

21 Zuverlässigkeit der offshore-wea - ein altes Thema! Verfügbarkeit 100% 90% 80% 70% 60% Zuverlässigkeit grundlegend verbessert verbessert 50% 100 % (onshore) 80 % (küstennah) Zugänglichkeit 60 % (offshore) 40 % (Hochsee) Stand der Technik [Opti-OWECS Projekt, 1997]

22 Offshore-Umweltbedingungen sind zunehmend erfasst Ausgewählte Organismen der Fouling-Gemeinschaft Unterwanderung, verursacht durch Seepocken nach einer Versuchslaufzeit von 12 Monaten am Standort Helgoland

23 Das Problem Zuverlässigkeit verschiebt sich in Richtung Elektronik

24 Zuverlässige offshore-wea als Nahziel der Entwicklung Zuverlässigkeit von offshore-wea ist eine Herausforderung Erfahrungen mit Umweltbedingungen nehmen zu Fino-Plattformen und Alpha Ventus sind wertvolle Datenlieferanten Schwerpunkt derzeit Leistungselektronik Impulse aus der Raumfahrt sind vielversprechend

25 Bei der Systemoptimierung muss der Fokus erweitert werden Netzverträglichkeit Netzstabilität Netzbetrieb Netzzugang Netzanschlussregeln Netzausbau Netzstruktur lokal regional (inter-)national (trans-)kontinental Windenergieanlage Windparkcluster Verbundnetz Windpark Verteilnetz Transportnetz [Erneuerbare Energien 6/2004, ISET, EWEA]

26 Systemansätze für die nächste Generation von offshore-projekten Die WEA ist nur ein Baustein im Gesamtprojekt Zukünftige Entwicklungen müssen für einen breiteren Systemansatz optimiert werden Großskalige Nutzung der offshore-windenergie erfordert internationale Kooperation Erhebliches Kostensenkungspotenzial ist vorhanden

27 Schwimmend in die 2020er-Jahre HiPRwind: Next Generation Floating Turbine

28 Global 100 % erneuerbare Energien mit Energie-Inseln?

29 Schwimmende WEA für die globale offshore- Wind-Nutzung Die Nordsee mit den geringen Wassertiefen ist ein Ausnahme-Meer Weltweiter Bedarf an schwimmenden Konzepten Derzeitige Kosten als größte Herausforderung Visionär ausbaufähiges Konzept zur globalen Energieversorgung Perspektive 2030 für schwimmende WEA und 2050 für Energieinseln

30 Danksagung Das Fraunhofer IWES wird gefördert durch: Land Bremen Senator für Umwelt, Bau, Verkehr und Europa Senator für Wirtschaft und Häfen Senatorin für Bildung und Wissenschaft Bremerhavener Gesellschaft für Investitions-Förderung und Stadtentwicklung GmbH Land Hessen Land Niedersachsen und BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung mit Unterstützung durch Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) Niedersachsen EUROPÄISCHE UNION: Investition in ihre Zukunft Europäischer Fonds für regionale Entwicklung

31 Vielen Dank!