Innovationspotenzial der Windenergie

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1 Innovationspotenzial der Windenergie Beitrag für die FVEE Jahrestagung Berlin, 02. November 2016 Dr.-Ing. Cornelia Stübig, IWES Dr.-Ing. Jan Tessmer, DLR Prof. Dr.-Ing. Andreas, Reuter IWES

2 Innovationspotenzial der Windenergie Inhalt: Kostendegression vs. Größenwachstum Herausforderung Rotorblatt Innovative Triebstränge Neue Entwicklungsprozesse Der ganze Rest... 2

3 Kostendegression der Windenergie Beispiel USA Energiegestehungskosten per kwh Kostensenkung um Faktor 22 3

4 Wachstum der Anlagengröße in Deutschland Quelle: ForWind/IWES 4

5 Das Ergebnis: 5

6 Große Rotorblätter: Herausforderung Kosten Source: Vestas 6

7 Große Rotorblätter: Herausforderung Kosten Material Auswahl leistungsfähiger und kostengünstiger Materialkomponenten Anisotrope Materialsysteme und angepasste Modellierungsmethoden Testanlagen & Methoden zur Validierung Produktion Hohe Ablagerate und Richtungstreue durch Entwicklung und Qualifizierung von Direkt-Ablage- Technologien Automatisiertes Toleranzmanagement, z.b. in der Überwachung von Aushärteprozessen. Bild: Bishara (FW - H) Betrieb und Wartung Zuverlässigkeitsanalysen von Windturbinen mit Smart Blades Bild: Wieland (DLR) 7

8 Große Rotorblätter: Herausforderung Lasten Hohe Lasten & Lastwechsel, z.b. infolge turbulenter Windfeld-Anströmung Maximierung des Nennlast-Bereichs große Blätter für hohen Ertrag bereits bei niedrigen Windgeschwindigkeiten späte Abschaltung bei Sturm Bild: Bätge (IWES) Abhilfe mit intelligenten Rotorblättern (Smart Blades) Passive Technologien mit Biege-Torsion-Kopplung Aktive Technologien mit flinken Mechanismen an Vorder- oder Hinterkanten Optimierte Regelungsmethoden Konzeptvalidierung im BMWi Projekt SmartBlades2 Bild: Homeyer (FW OL) 8

9 Große Rotorblätter: Herausforderung Lärm Problem größere (längerer) Blätter Größere Blattspitzengeschwindigkeit u = f (L) Größerer Lärm: N = f(u^5) Ansatz: Technologien für Hinterkanten mit reduzierter Lärmabstrahlung Maßnahmen: RANS/CAA basierende Lärmvorhersage für Design2Noise Validierungsmessungen im akustischen Windkanal (AWB) z.b. derzeit im BMWi-Projekt BELARWEA Darüber hinaus geplant: Ausbau und Aufbau geeigneter Feld-Testund Validierungsanlagen Multidisziplinäre Integration von strukturdynamischen, aerodynamischen und akustischen Berechnungsmethoden im Blatt-Design Bild: Herr (DLR) 9

10 Große Anlagen = innovative Triebstränge Leistungsdichte Große Leistung führt zu sehr hohem Gewicht Höhere Integration führt zu höherer Leistungsdichte Unterschiedliche Märkte erfordern angepasste Lösungen (Onshore vs. Offshore) Konzepte Trend zu vielpoligen Generatoren und weniger Getriebestufen Supraleitende Generatoren werden relevant Kosten und Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit ist oberste Priorität, Problemschwerpunkt ist derzeit die Leistungselektronik 10

11 Generatorgewicht und Leistung Nachteil großer Leistung: Turmkopfmasse steigt kubisch mit Durchmesser, da stützenden Inaktivteile benötigt werden m = m 0 (D/D 0 )³ Leistung proportional dem Drehmoment Drehmoment proportional dem Volumen des Generators 11

12 Größenvergleich direktgetriebene Generatoren Enercon E126, 4,2 MW (2016) Enercon E82, 2 MW (2007) Enercon E101, 3 MW (2011) 12

13 Größe 10 MW-Generatoren Forschungsaktivitäten bzgl. WEA > 10 MW: Innwind (EU) MagnetRing 2 (IWES) ebenfalls Gegenstand von Untersuchungen: Supraleitende Generatoren 13

14 Forschungsprojekt MagnetRing II Ziel: besonders leichter 10 MW-Generator extreme Ringform des Generators leichte Struktur Dämpfung von Strukturschwingungen im Teillastbetrieb zur Schonung des Materials Test am im Projekt entwickelten Demonstrationsgenerator im Labormaßstab 14

15 Der Entwicklungsprozess wird sehr aufwändig s

16 Test und Validierung stellen die Zuverlässigkeit sicher Quelle: Adwen 16

17 Logistik, Installation und der ganze Rest... Quelle: Fred Olsen 17

18 Zusammenfassung Das Größenwachstum der Windenergie hat wesentlich zur Kostensenkung beigetragen Derzeit sind Windenergieanlagen die größten rotierenden Maschinen, die je gebaut wurden In allen Technologiebereichen sind zur weiteren Optimierung erhebliche Innovationsschritte erforderlich Fertigung, Transport, Errichtung und Betrieb sind extrem anspruchsvoll und können bei weiterer Optimierung noch große Kostensenkungsbeiträge leisten 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19