Im X-Energy-Teilprojekt X-Zweiblatt Floating wurden schwimmende zweiblättrige 20 MW Windenergieanlagen untersucht, um das Potenzial von Offshore-Windkraftanlagen noch weiter auszubauen.
Rund 80 Prozent des weltweit nutzbaren Offshore-Wind-Potenzials liegt in Gewässern, die tiefer als 50 Meter sind. Damit sind sie allerdings unrentabel für Windenergieanlagen, die am Meeresgrund verankert werden. Große schwimmende Windenergieanlagen bieten die Chance, auch in den tieferen und windreichen Gewässern Windenergieanlagen aufzustellen und dadurch die Menge an benötigtem grünem Strom weiter zu erhöhen. Diverse Pilotprojekte mit schwimmenden Anlagen wurden bereits realisiert, allerdings bislang meist mit dreiblättrigen Standardturbinen von bodenfesten Systemen. Gerade für schwimmende Anlagen könnte die Nutzung von nur zwei Rotorblättern jedoch große Vorteile bieten:
- Ein geringes Turmkopfgewicht, das die Trägheitskräfte bei schwankenden Systemen reduziert und durch einen niedrigeren Schwerpunkt den Materialaufwand zur Stabilisierung der schwimmenden Plattform verringert.
- Die besondere Möglichkeit für Pendelnaben, wodurch die Turmbewegung und die Rotorfläche entkoppelt werden und weniger Belastungen durch Seegang entsteht.
- Weniger Teile (ein Blatt mitsamt Blattlager und –aktuator weniger) und damit geringere Ausfallraten und weniger Aufwand bei der Wartung, der Herstellung, der Errichtung und dem Abbau der Anlage.
Jedoch sind Zweiblattanlagen typischerweise durch ihre geringere Laufruhe geprägt, d.h. sie laufen aufgrund der schlechteren Verteilung der aerodynamischen Kräfte und ihrer Rotorgeometrie unruhiger als eine Dreiblattanlage.
Ergebnisse
Für das Teilprojekt X-Zweiblatt Floating wurden die Ergebnisse aus dem abgeschlossenen Teilprojekt X-Rotor Zweiblatt genutzt und weitergeführt.
Im Projekt X-Zweiblatt – Floating wurden hochauflösende servo-aero-hydro-elastische Simulationen von schwimmenden Zwei- und Dreiblattanlagen durchgeführt und die Ergebnisse verglichen. Bei den schwimmenden Anlagen zeigte sich, dass die Zweiblattanlage durch die fast verdoppelte Turmeigenfrequenz einen Vorteil gegenüber der schwimmenden Dreiblattanlage hat. Es wurde gleichzeitig beobachtet, dass sich der Betrieb nahe an der ersten Turmeigenfrequenz bei schwimmenden Anlagen nicht so drastisch auf die Lasten auswirkt, was mit den dämpfenden Eigenschaften des schwimmenden Fundaments zusammenhing.
Eine Kostenabschätzung für die Zweiblatt- gegenüber der Dreiblattanlage ergab ein Einsparpotenzial in der Größenordnung von 5% unter Annahme einer starren Nabe und von ca.10% unter Annahme einer Pendelnabe.
Fazit: In der Größenordnung 20 MW haben schwimmende Zweiblattanlagen hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens Vorteile gegenüber Dreiblattanlagen.
Für das Teilprojekt X-Zweiblatt Floating wurden die Ergebnisse aus dem abgeschlossenen Teilprojekt X-Rotor Zweiblatt genutzt und weitergeführt.