Das Ziel, mittels erneuerbarer Energien die CO2 Emmissionen deulich zu senken, wurde nicht erreicht.

(WK-intern) – Wenn man sich die Offshore Technik betrachtet, rücken einige Probleme in den Blickpunkt.

Die Installation der Anlagen ist nur in Wassertiefen bis 50 m wirtschaftlich sinnvoll.

Das heißt, diese Technik ist auf 99,9 % der Meeresoberfläche nicht einsetzbar. Die Energiewende kann aber nur gelingen, wenn Wind auf dem größte Teil der Meeresoberfläche genutzt wird. Dies kann nur mit schwimmenden Windrädern realisiert werden.

Hier stellt sich die Frage, wie sollen diese Anlagen stabilisiert werden. Prinzipiell ist dies möglich

• Durch die Schwerkraft. Masse unterhalb der Wasseroberfläche x Abstand zur Wasseroberfläche muss größer sein als die Masse oberhalb der Wasseroberfläche x Hebellänge. Hier wird schon ersichtlich, dass dies zu einem deutlich höherem Materialaufwand führt und die Montage vor Ort erfolgen muss.
• Stabilisierung durch Verankerung im Meeresboden. Hier sind die Massen geringer, doch die Gegenlager müssen im Meeresboden verankert werden. Auch hier ist mit einem hohen Montageaufwand am Einsatzort zu rechnen.
• Stabilisierung mittels eines Schwimmkörpers, dessen Dimensionen in der Ebene der Wasseroberfläche größer oder gleich der halben Wellenlänge der maximal auftretenden Wasserwellen sind. Dies bedeutet, die Dimensionen sollten ³ 170 m sein. Da diese Schwimmkörper nur einen geringen Tiefgang haben, können sie in einer Werft gefertigt und dann zum Einsatzort geschleppt werden. Auf der Werft kann der Schwimmkörper mit der WEA komplett gefertigt werden. Der Montageaufwand am Einsatzort ist gering (Verankerung des Schwimmkörpers mit WEA) gegen Abtreiben.

Hier zeigt sich, dass die letzte Variante die niedrigsten Kosten und den geringsten Materialbedarf verspricht.
Doch auch beim Rotor sehe ich Diskussionsbedarf. Form und Profil der Rotorblätter werden im wesentlichen durch die mechanische Belastung bestimmt. Die aerodynamischen Forderungen sind zweitrangig.

Hier ist zu diskutieren, ob durch einen 2-Komponenten-Rotor bessere Ergebnisse zu erwarten sind. Die erste Komponente erfüllt die mechanischen Anforderungen und könnte in Form eines Speichenrades ausgeführt werden.
Ein Speichenrad ist ein Konstruktionselement, welches höchste Festigkeit mit geringem Materialbedarf ermöglicht.

Dies wird deutlich, wenn man sich die Räder eines Rennrades betrachtet. Die zweite Komponente, das Rotorblatt sitzt auf der Speiche und gibt so alle auf das Rotorblatt wirkenden Kräfte an die Speiche ab. Die mechanischen Belastungen des Rotorblattes bleiben gering. Form und Profil des Rotorblattes werden nun ausschließlich durch die aerodynamischen Anforderungen bestimmt.

Da solche Rotorblätter auch verwindbar sein können, kann von der Nabe bis zum Ring der jeweils optimale Anstellwinkel eingestellt werden. Dies ermöglicht einen höheren Wirkungsgrad und eine sehr gute Steuerbarkeit.

Wenn der Ring nun den Generator direkt antreibt (z.B. durch einen aufgesetzten Zahnriemen), so kann mittels des Durchmesserverhältnisses Ring zu Ritzeldurchmesser die Drehzahl des Generators das 100-fache der Rotordrehzahl betragen, ein Getriebe ist nicht notwendig und es können die „einfachen“ stromerregten Generatoren genutzt werden.

Meines Erachtens sollte eine Offshore-WEA folgende Bedingungen erfüllen:

• Der Materialbedarf sollte minimal sein.
• Die WEA sollte möglichst vollständig in einer Werft in Serienfertigung hergestellt werden.
• Geringe Montageleistungen am Einsatzort
• Hohe Stabilität auch bei schwerer See
• Hoher Wirkungsgrad
• Möglichst geringer Wartungsaufwand
• Hohe Recyclingrate

Mit diesen Ausführungen möchte ich eine Diskussion anstoßen, die zu kostengünstigeren und effizienteren Anlagen führt.

Dr.-Ing. Ullrich Meyer