Windrad bauen leicht gemacht

Eine Modell-Windturbine dringt mit 15 Megawatt in eine neue Leistungsklasse vor. Auf ihre Datensätze haben Forscher in aller Welt freien Zugriff.

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(Bild: TimSiegert-batcam/Shutterstock.com)

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Start-ups, Universitäten und Forschungseinrichtungen, die an den Windrädern von morgen tüfteln, sind auf verlässliche Modelle angewiesen. Wie soll ein junges Unternehmen etwa ein tragfähiges Fundament entwickeln, wenn es gar nicht weiß, welchen Belastungen die Mühlen künftig darauf ausüben werden? Analog dazu können Wissenschaftler viel leichter neue Flügelgeometrien erforschen, wenn sie Daten über den Rest der Anlage haben.

Doch solche Modelle sind rar. Die Industrie behält ihre Entwicklungen in der Regel für sich. Aus diesem Grund hat das National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Colorado, eines der führenden staatlich finanzierten US-Forschungsinstitute für erneuerbare Energien, im Februar eine sogenannte Referenz- Windturbine präsentiert. Die „IEA 15-MW“ ist eine reine Offshore-Anlage und sowohl für in den Meeresboden gerammte als auch für schwimmende Fundamente gedacht. Sie hat eine Nennleistung von 15 Megawatt. Der Rotordurchmesser beträgt 240 Meter, der Turm ist 150 Meter hoch.

Die Referenzanlage dringt damit in eine neue Leistungsklasse vor. Der aktuelle Rekord liegt bei zwölf Megawatt und 220 Metern Rotordurchmesser. Letzten Herbst hat der US-Konzern General Electric einen solchen Riesen im Hafen von Rotterdam installiert. Ab 2025 jedoch sollen 15 und mehr Megawatt Nennleistung das Maß der Dinge für Offshore-Windparks sein.

Neben ihren beeindruckenden Eckdaten hat die Turbine noch eine weitere Besonderheit: Sie ist Open Source. Zwar ist IEA 15-MW kein reales Konstrukt aus Beton und Stahl, das tatsächlich Strom produzieren könnte. Die Anlage existiert nur als Datensatz für Simulationen und Konstruktionstests. Aber schon das virtuelle Modell ermöglicht es, Leistungen und Kosten für die Entwicklung eines Prototyps zu bewerten.

Entworfen hat das NREL die Experimentierturbine gemeinsam mit der Technischen Universität Dänemarks, der University of Maine und der Internationalen Energieagentur IEA. Veröffentlicht haben die Entwickler ihre Daten auf der Plattform GitHub. Gute Erfahrungen mit diesem Weg gibt es aus früheren Projekten. Datensätze für andere Referenzturbinen sind bereits seit Längerem frei zugänglich. So hatte das NREL bereits vor etwa zehn Jahren eine Fünf-Megawatt-Referenzturbine veröffentlicht. Auch die Technische Universität Dänemarks hatte früher schon eine 10-Megawatt-Referenzanlage in Umlauf gebracht. „Da entsprechende Daten der Hersteller von Windrädern nicht zur Verfügung stehen, sind generische Modelle unerlässlich“, fasst Philipp Thomas, Gruppenleiter Gesamtanlagendynamik am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme in Bremerhaven, den Nutzen des verbesserten Systems zusammen.

TR 5/2020

Po Wen Cheng, Windkraftspezialist an der Universität Stuttgart, nutzt die Daten der IEA 15-MW bereits im EU-Projekt Corewind. Darin geht es um Verkabelung und verlässliche Vertäuungssysteme für schwimmende Windenergieanlagen, also die Art und Weise, wie die Maschinen an Ort und Stelle gehalten werden. Die neue Referenzanlage sei „eine gute Sache“, resümiert Cheng. Denn die angewandte Forschung brauche dringend „vernünftige Modelle, um zukünftige Erträge und Lasten verlässlich bestimmen zu können“.

(bsc)