Um das für 2050 anvisierte Ziel einer kohlenstoffneutralen Energieversorgung zu erreichen, setzt die Offshore-Windindustrie auf die Entwicklung neuer Technologien. Alle Akteure dieser Branche – von Forschern in den Labors bis zu Technikern, welche die Windparks betreiben – versuchen derzeit weltweit, die Erträge zu optimieren. Vor allem in Europa werden beim Betrieb von Windparks immer häufiger neue Technologien eingesetzt und neue Systeme eingeführt. In diesem Artikel erklären wir von Alcimed diese Innovationen, welche die Zukunft der Offshore-Windenergie prägen werden.
Seit der erste Offshore-Windpark 2002 vor der dänischen Küste in Betrieb genommen wurde1European Commission – An EU strategy to harness the potential of offshore renewable energy for a climate neutral future. 19/11/2020, ist Europa ein Inkubator für ehrgeizige neue Projekte. Heute ist die Offshore-Windenergie eine ausgereifte Technologie und Europa verfügt über eine Kapazität von 25 GW, wovon fast die Hälfte im Vereinigten Königreich generiert wird.
Die Europäische Union hat sich ehrgeizige Ziele für die Entwicklung erneuerbarer Energien gesetzt, um ihre Verpflichtungen zur Kohlenstoffneutralität bis 2050 zu erfüllen, und setzt dabei auf den massiven Ausbau von Offshore-Windparks. Für das Jahr 2050 wird eine Offshore-Windkraftkapazität von 300 GW erwartet, die mehr als 20 % des europäischen Strombedarfs decken soll.2European Commission – An EU strategy to harness the potential of offshore renewable energy for a climate neutral future. 19/11/2020 Für Frankreich, das derzeit keine Offshore-Windparks in Betrieb hat, stellt die Offshore-Windenergie eine neue Herausforderung dar. Die ersten Windparks sollen in den kommenden Jahren vor der Küste der Normandie entstehen und bis 2030 eine Leistung von über 5 GW erreichen.3Ministry of Ecological Transition – Offshore wind power. 06/10/2021 Die Werft Aeolus hat bereits mit Bohrungen für die Errichtung von Offshore-Windkraftanlagen in der Bucht von Saint-Brieuc begonnen.
Eine der Herausforderungen bei der Nutzung der Offshore-Windenergie ist die Optimierung der Offshore-Arbeiten. Die Verbreitung der Onshore-Windenergie in allen europäischen Ländern hat es den beteiligten Akteuren ermöglicht, eine solide Expertise in Bezug auf die mit dem Betrieb von Windparks verbundenen Dienstleistungen zu entwickeln. Der Betrieb von Offshore-Windparks erfordert jedoch eine besondere Organisation, insbesondere für den Transport von Technikern und Ausrüstung auf See, auf den nur wenige Akteure vorbereitet sind. Der Offshore-Transport ist sehr teuer und die Arbeit auf See ist für die Techniker mit größeren Einschränkungen verbunden. Aus diesem Grund werden feste Teile (die weniger störanfällig sind) beweglichen Teilen oft vorgezogen und es werden zunehmend neue Technologien eingesetzt, um die Zahl der Wartungseingriffe zu verringern.
Sobald der Park in Betrieb ist, können die Sensoren digitale Zwillinge einspeisen, um die Veränderungen der Lasten auf den Anlagen in Echtzeit zu überwachen: So können die Wartungspläne entsprechend den erhaltenen Ergebnissen angepasst werden. Während der Betriebsphase der Parks können angeschlossene Kameras oder Überwachungsdrohnen eingesetzt werden, um Informationen über die Art der erforderlichen Eingriffe oder die bei den Eingriffen benötigten Geräte zu erhalten. All diese Technologien ermöglichen weniger, kürzere und weniger personalintensive Eingriffe.
Mit der Entwicklung der Offshore-Windindustrie werden immer größere Windparks in Betracht gezogen und in immer größerer Entfernung von der Küste errichtet. Um dies zu erreichen, werden neue Anschlusstechnologien geprüft. Der Stromtransport durch Kabel über große Entfernungen führt nämlich zu erheblichen Verlusten, die durch eine Erhöhung der Spannung verringert werden können. Für Windparks mit großen Kapazitäten (ca. 1 GW) ist es daher möglich, Gleichstromsysteme (HVDC) anstelle von Wechselstromsystemen (HVAC) zu verwenden. Diese Technologien erfordern besonderes Fachwissen, was zu zusätzlichen Einschränkungen während der Betriebsphase führt. Aus diesem Grund haben nur wenige europäische Länder diese Systeme bereits eingeführt.
Um die zunehmende Entfernung der Windparks zu bewältigen und die Offshore-Windenergie in Gebieten mit zu tiefem Meeresboden zu entwickeln, konzentriert sich die Forschung auf schwimmende Windkraftanlagen. Bei den ersten Projekten handelt es sich derzeit nur um Prototypen. Viele sehen sie jedoch als Eintrittskarte für südeuropäische Länder in den Offshore-Windmarkt. Ihre Entwicklung wirft viele Fragen auf, insbesondere im Hinblick auf die Kompetenzen im Zusammenhang mit der Verankerung oder die schnelle Abnutzung der Kabel, die einer ständig wechselnden mechanischen Spannung ausgesetzt sind.
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Die Erleichterung des Anschlusses von Offshore-Windkraftanlagen an die nationalen Netze ist eine große Herausforderung, um die europäischen Ziele bis 2050 zu erreichen. Um dies zu erreichen, hofft die Europäische Union auf ein Verbundnetz zwischen allen Ländern, das konstante Energieflüsse und eine vollständige Verflechtung ermöglicht.4Le Figaro – Denmark advances in its mega-project of energy island in the North Sea Es gibt bereits verschiedene Netze, die mehrere Länder miteinander verbinden, z. B. die baltischen Staaten oder die skandinavischen Länder. Die Umsetzung auf europäischer Ebene ist eine echte Herausforderung, die eine Harmonisierung der Stromübertragungsstandards in allen Ländern und die Gewährleistung der Interoperabilität der Kontroll- und Verwaltungssysteme der einzelnen Länder erfordert.
Ein weiterer wichtiger Erfolgsfaktor künftiger Projekte ist die Verringerung der Unterbrechungen in der Energieerzeugung. Um dies zu erreichen, hat Dänemark kürzlich die Entwicklung einer Energieinsel angekündigt.5Le Figaro – Denmark advances in its mega-project of energy island in the North Sea Dank dieser mehr als 15 Hektar großen künstlichen Insel in der Nordsee können künftige Windenergieprojekte direkt an ein Energiespeichersystem angeschlossen werden, das vor allem Wasserstoff verwendet. Dadurch werden die Schwierigkeiten des Transports von intermittierenden Strömen umgangen. Andere europäische Länder sind dem Beispiel Dänemarks bereits gefolgt und haben begonnen, auf diese Energieinseln zu setzen.
Die Offshore-Windkraft hat seit ihren Anfängen ein exponentielles Wachstum erfahren und es wird erwartet, dass dies in den kommenden Jahrzehnten unvermindert weitergehen wird. Um die Arbeit auf See während des Betriebs von Windparks zu erleichtern, werden zahlreiche Strategien eingesetzt, darunter auch der Einsatz neuer Technologien. Die Entwicklung von immer leistungsfähigeren Projekten weit draußen auf dem Meer hat zu einem Systemwechsel geführt, sowohl bei der Stromerzeugung als auch bei der Stromübertragung.
Die Entwicklung der Offshore-Windenergie in größerem Maßstab erfordert, dass die Herausforderung der Verbindung mehrerer intermittierender Energiequellen angegangen wird. Die globale Windenergiebranche muss jedoch in den kommenden Jahrzehnten noch erheblich wachsen, um die ehrgeizigen Ziele für 2050 erreichen zu können. Haben Sie Fragen zu den neuen Technologien für die Offshore-Windenergie? Wir begleiten Sie gerne bei diesem Thema. Zögern Sie nicht, unser Team zu kontaktieren.
Über die Autorin,
Erika, Consultant in Alcimeds Energie-, Umwelt- und Mobilitätsteam in Frankreich
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