Pictures of the Future Frühjahr 2008
Energie für Milliarden – Windkraftanlagen auf hoher See
Schwimmende Energiefabriken
Der norwegische Konzern StatoilHydro entwickelt mit Siemens das erste schwimmende Windrad der Welt. Damit können selbst auf hoher See Windparks errichtet werden.
Stabil im Sturm: 120 m tief soll ein Stahlrohr bei Windanlagen künftig ins Wasser ragen – dies wird zusammen mit drei Stahltrossen die Konstruktion so robust machen, dass Windräder selbst auf hoher See arbeiten können
Der Sturm türmt die Wellen zu haushohen Brechern. Schemenhaft dringt eine schlanke Silhouette durch die salzige Gischt: 80 m hoch ragt der Mast aus der tosenden Nordsee. Die Rotorblätter an seiner Spitze durchpflügen den Nachthimmel – angetrieben vom heulenden Wind. Obwohl ihn kein Pfeiler stützt und keine Stelze ihn im Meeresboden verankert, neigt sich der Mast nur sanft zur Seite. Es ist kaum zu glauben: Das Windrad schwimmt frei im Wasser.
Noch ist das Zukunftsmusik, aber die Pläne sind konkret. Ab 2009 soll ein Prototyp vor der Südwestküste Norwegens zeigen, dass er Wind und Wellen trotzen kann. Die "floating wind turbine" ist ein Kooperationsprojekt der Siemens-Division Renewable Energy – dem Weltmarktführer für Offshore-Windanlagen – und des norwegischen Energiekonzerns StatoilHydro. Da Norwegens windreiche Standorte oft unter Naturschutz stehen, drängt die Branche aufs Meer. Windparks auf See gibt es zwar in Dänemark seit gut 15 Jahren, doch bislang ausnahmslos nahe der Küste, mit Meerestiefen von weniger als 10 m. Eine Verankerung im Boden ist hier leicht, doch ein weiterer Ausbau ist problematisch, unter anderem wegen Fischgründen oder Vogelzug-Gebieten.
Siemens und StatoilHydro zieht es deshalb mit ihrem Projekt Hywind hinaus auf die hohe See. Dort weht der Wind auch stetiger und stärker als in Küstennähe. Nach Berechnungen des US-amerikanischen National Renewable Energy Laboratory ist allein das Windpotenzial innerhalb von 50 Seemeilen vor der US-Küste größer als die derzeit installierte elektrische Leistung aller US-Kraftwerke – mehr als 900 GW.
200 m Wassertiefe. Für den Test eines Prototyps ist Norwegen ideal, denn der Meeresboden fällt hier steil ab. 12 km vor dem Festland, wo das Windrad auf Position gehen wird, ist das Meer 200 m tief. StatoilHydro ist für den Unterwasser-Teil der Anlage zuständig, Siemens übernimmt Mast und Turbine. Beim Hywind-Prototyp setzt StatoilHydro auf das "Spar-Buoy-Konzept", einen unterseeischen Schwimmkörper aus Stahl und Beton mit Ballasttanks – eine Methode, die schon viele Jahre bei schwimmenden Bohrinseln eingesetzt wird.
Der Schwimmer, ein 120 m langes Stahlrohr, zieht die ganze Konstruktion so tief ins Wasser, bis ihr Schwerpunkt weit unter der Oberfläche liegt. Dies verhindert, dass das Windrad bei Wellengang wie ein Badewannen-Thermometer hin- und herschwankt. Dank der Ballasttanks lässt sich der Schwerpunkt exakt einstellen. Damit das Windrad nicht abtreibt, wird es mit drei flexiblen Stahltrossen an Ankern auf dem Meeresboden vertäut. Der Strom wird über ein Seekabel abtransportiert. Dank dieser einfachen Anker-Stahlseil-Konstruktion wird der Einsatz in großen Tiefen erst möglich. Eine massive Pfeiler-Lösung wäre spätestens ab 100 m Tiefe unerschwinglich.
"Wir hoffen, dieses Konzept bis zu einer Tiefe von 700 m einsetzen zu können", sagt Henrik Stiesdal, Chief Technology Officer bei Siemens im dänischen Brande. Erst bei noch größerer Tiefe wären die Kosten für Stahl und Anker so hoch, dass sich eine Anlage nicht mehr lohnt. "Das Potenzial ist riesig", sagt Stiesdal. Bis zu 200 Anlagen könnten in einem Offshore-Park schwimmen – ein solcher Park könnte dann fast eine Million Haushalte mit Strom versorgen. Doch bis zum Einsatz im großen Stil werden noch etwa zehn Jahre vergehen. Zunächst muss der Prototyp gebaut und getestet werden.
Damit das Windrad bei starkem Seegang nicht zu stark kippt und instabil wird, bauen Stiesdal und sein Team eine Elektronik für die Regelung ein. Damit lässt sich der Anstellwinkel der Rotorblätter und somit die gesamte Anströmung des Rads verändern. Die Windanlage kann so das Schwanken selbst ausgleichen. Eine weitere Idee ist, den Generator mitsamt der Nabe zu kippen. Auch durch diese Gewichtsverlagerung lässt sich das Schwanken ausbremsen. "Natürlich müssen wir derlei Dinge noch testen und optimieren", sagt Sjur Bratland, Projektchef bei StatoilHydro. "Wir entwickeln eine Technik für den Markt von morgen – und da ist Siemens mit seiner Expertise ein verlässlicher und vorausschauender Partner." Für Bratland ist die Hywind-Lösung "optimal für energiearme Regionen mit wenig verfügbarer Fläche am Festland, aber guten Windbedingungen auf See." Dabei denkt er weniger an Norwegen, sondern eher an Japan und die USA.
Tim Schröder