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Schwimmende Plattformen: Eine vielversprechende Zukunft für Offshore-Erneuerbare Energien?

Schwimmende Plattformen: Eine vielversprechende Zukunft für Offshore-Erneuerbare Energien?

Der Prototyp einer schwimmenden Windfloat-Windkraftanlage in Agucadora, Portugal [Bildquelle: Wikimedia Commons]

Wie Trevor English über Interesting Engineering berichtet, bauen Solarenergieunternehmen wie das japanische Unternehmen Kyocera zunehmend neue Solaranlagen auf schwimmenden Plattformen, die auf Seen und Stauseen installiert sind. Kyocera hat bereits drei davon in Betrieb und bereitet ein neues Megaprojekt für den Einsatz in einem Trinkwasserreservoir hinter dem Yamakura-Damm, 32 Kilometer östlich von Tokio, vor.

Wie Trevor English erklärt, hilft schwimmende Sonne neben der Stromerzeugung, die Paneele zu kühlen, wodurch sie effizienter werden, und schattiert und kühlt das Wasser, wodurch die Ausbreitung potenziell schädlichen Algenwachstums verhindert oder eingeschränkt wird. Diese Projekte tragen auch dazu bei, die Verdunstungsrate des Wassers zu verlangsamen und so den Wasserstand in immer heißeren Sommern zu erhalten.

Die Japaner sind nicht die einzigen, die mit dem Einsatz von schwimmender Solarenergie begonnen haben. Im Jahr 2014 baute Indien 50 MW schwimmende Solarenergie auf einer Fläche von 1,27 Millionen Quadratmetern und begann mit der Umsetzung ähnlicher kleinerer Projekte auf den verschiedenen Kanälen im Bundesstaat Gujarat. Auch Singapur hat sich auf dieses Spiel eingelassen.

Die Gründe für diese Projekte sind mehr oder weniger identisch - Platzmangel für den Einsatz konventioneller terrestrischer Solarenergie. Das Prinzip der schwimmenden Plattform ist jedoch nicht auf Solarenergie beschränkt. In der Tat setzt der globale Windenergiesektor seit einigen Jahren schwimmende Windparks ein, die Technologie eignet sich auch für Meeresenergieprojekte und es gibt eine Reihe genialer Hybridkonstruktionen, die mit multitechnologischen Ansätzen wie Wind „herumschweben“ und Solar.

Vor dem jüngsten Erscheinen dieser schwimmenden Solarprojekte wurden schwimmende Plattformen hauptsächlich zur Datenerfassung verwendet, um Kosten zu senken. So setzte das französische Unternehmen Nass & Wind Offshore 2014 eine schwimmende Plattform mit einem Durchmesser von 12 Metern ein, die eine Reihe von Messinstrumenten enthält, um Daten zu Windgeschwindigkeiten und Seebedingungen vor der Küste der Bretagne zu sammeln. Etwa zur gleichen Zeit setzte Mainstream Renewable Power das erste kommerzielle schwimmende LiDAR-Windmessgerät der Nordsee auf der Offshore-Anemometrie- und Forschungsplattform Narec vor der Küste von Northumberland ein.

Das schwimmende Datenerfassungssystem FLS200, basierend auf LiDAR, entwickelt von Eolos Solutions [Bildquelle: Eolos]

Schwimmende Windkraftanlagen sind sicherlich nicht neu, aber sie stecken noch in den Kinderschuhen und sind weitgehend auf verschiedene Demonstrationsprojekte beschränkt. Die Idee gibt es seit mindestens 2006, als Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und am National Renewable Energy Laboratory (NREL) eine solche Turbine mit Stahlkabeln entwarfen, die die Ecken der Plattform am Meeresboden befestigten. Japan übernahm 2009 die Führung mit einem Demonstrationsprojekt vor der Küste Norwegens und einem weiteren vor der Küste Portugals im Jahr 2011. Derzeit sind in Japan drei schwimmende Offshore-Windprojekte in Betrieb, darunter das erste schwimmende Umspannwerk der Welt. Weitere Demonstrationsprojekte sind in Vorbereitung.

Die USA folgen mit Plänen zur Entwicklung eines vorkommerziellen schwimmenden Turbinenarrays vor der pazifischen Westküste. Die drei am stärksten von schwimmendem Offshore-Wind betroffenen europäischen Länder sind Frankreich, Portugal und Schottland.

Im Juni 2015 identifizierte das Energy Technology Institute (ETI) schwimmenden Offshore-Wind als eine der führenden Technologieoptionen für die Dekarbonisierung des britischen Energiesystems und stellte eine Offshore-Winderzeugungskapazität von etwa 8 bis 16 GW bereit.

Schwimmende Offshore-Windparks könnten über ihre herkömmlichen Cousins ​​hinaus eine Reihe von Vorteilen haben. Zunächst einmal wird jeder Windpark, der in tieferen Gewässern eingesetzt wird, außerhalb der Küstengebiete außer Sichtweite sein, wodurch der Widerstand gegen ihre Entwicklung verringert wird. Sie werden auch in der Lage sein, stärkere Winde weiter draußen auf dem Meer zu nutzen - normalerweise 30 bis 100 Meilen vom Ufer entfernt - und dadurch mehr Energie zu erzeugen. Herkömmliche Tiefwasserprojekte sind jedoch vor allem wegen der Kosten für Stiftungen teuer. Schwimmende Offshore-Windplattformen vermeiden dies. Darüber hinaus können sie nicht vor Ort gebaut, sondern an Land montiert und auf See abgeschleppt werden, wodurch die Baukosten gesenkt werden, insbesondere im Hinblick auf die Anforderungen an Schwerlast-Installationsschiffe.

Zu den Offshore-Windmärkten, die sich zunehmend mit dem Ansatz der schwimmenden Plattform befasst haben, gehören Japan, die USA und eine Reihe europäischer Länder sowie Großbritannien. Potenziell könnte schwimmender Offshore-Wind besonders auf das Mittelmeer und die Atlantikküste anwendbar sein. Leider steckt die Technologie noch in den Kinderschuhen und muss daher noch in großem Maßstab vollständig demonstriert werden. Gegenwärtig befinden sich weltweit über 30 schwimmende Offshore-Windprojekte in der Entwicklung, von denen jedoch nur fünf in vollem Umfang demonstriert wurden (über 1 MW).

Wie bei anderen aufkommenden Technologien muss die Regierung ihre volle potenzielle Entwicklung unterstützen. Wenn dies vorgesehen ist, deuten eine Reihe von Kostenprojektionen darauf hin, dass schwimmender Offshore-Wind irgendwann in den 2020er Jahren die Kostenparität mit herkömmlichem Offshore-Wind mit festem Boden erreichen könnte, mit einem Energiekostenpegel (LCOE) von 85 bis 95 GBP pro Jahr MWh für kommerzielle Großprojekte. Im Laufe der Zeit könnten weitere Kostensenkungen erzielt werden.

Eine weitere Technologie, die den Ansatz der schwimmenden Plattform übernommen hat, ist die Wärmeenergie. Erst kürzlich hat das Dienstleistungsunternehmen Bureau Veritas (BV) die grundsätzliche Genehmigung (AiP) für eine neue 6,700 Tonnen schwere 4-Deck-1-MW-Schwimmplattform erteilt, die als Ocean Thermal Energy Converter (OTEC) bezeichnet wird und Strom aus Wärme erzeugen kann im Ozean.

Die Technologie wurde vom Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO) entwickelt, obwohl das Prinzip seit vielen Jahren diskutiert wird und erstmals in den 1880er Jahren diskutiert wurde. Vor dem Erscheinen dieses neuen koreanischen Projekts war das einzige OTEC-Gerät in Betrieb, das von der Saga University in Japan überwacht wurde. Laut Pelc und Fujita (2000) könnten pro Jahr bis zu 88.000 Terawattstunden Strom erzeugt werden, ohne die thermische Struktur des Ozeans zu beeinträchtigen, in dem diese Geräte eingesetzt werden. Geräte können kaltes Wasser als Nebenprodukt erzeugen, das zur Klimatisierung und Kühlung verwendet werden kann. Japan war die wichtigste Nation, die zur Entwicklung der OTEC beigetragen hat, seit etwa 1970, als die Tokyo Electric Power Company ein OTEC-Projekt vor der Insel Nauru errichtete. Die USA haben auch OTEC-Projekte entwickelt, insbesondere vor der Küste von Hawaii, und Indien hat 2002 ein Pilotgerät in der Nähe von Tamil Nadu getestet.

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Das neue OTEC-Gerät kann rund um die Uhr betrieben werden. Es nutzt den Temperaturunterschied zwischen kaltem Wasser in der Tiefe und wärmerem Wasser in der Nähe der Oberfläche, um Strom über einen geschlossenen Kreislauf von Arbeitsflüssigkeit zu erzeugen. Dieser wird verdampft und treibt einen Turbogenerator an, der die Energie erzeugt. Es wird dann kondensiert und durch das System geleitet.

Die OTEC wird zunächst vor der Küste von South Tarawa im Südpazifik in einer Tiefe von 1.300 Metern eingesetzt. Wenn das Projekt erfolgreich ist, wird es auf ein kommerzielles 100-MW-Gerät skaliert.

Wenn die Technologie erfolgreich demonstriert werden kann und die Regierungen bereit sind, sie bei ihrer Entwicklung zu unterstützen, hat schwimmende erneuerbare Energie eine glänzende Zukunft. Mehrere Stimmen innerhalb des Sektors sind optimistisch, insbesondere Professor Carl Ross von der University of Portsmouth, der Anfang dieses Jahres vorschlug, dass in Zukunft schwimmende Inseln mit Solar-, Wind- und Gezeitenenergietechnologien Energie erzeugen könnten, um weit zu sehen, wo Sie wären immun gegen Widerstände in Bezug auf Lärm und Unansehnlichkeit und könnten möglicherweise sogar kleinen Gemeinschaften von Menschen ein Zuhause bieten. Diese Inseln würden durch röhrenförmige Säulen am Meeresboden verankert und könnten Windturbinen mit Sonnenkollektoren tragen, die die Oberfläche bedecken, und Gezeitenenergiegeräte darunter. Geeignete Einsatzgebiete könnten die Nordsee vor der Westküste Schottlands und möglicherweise die ersten Abschnitte des Ärmelkanals sein.

Dies ist eine faszinierende Vision, aber es besteht kein Zweifel daran, dass schwimmende erneuerbare Energien eine äußerst aufregende Technologie mit viel Potenzial für die Transformation des globalen Energiesystems sind, wenn sie erfolgreich entwickelt und kommerzialisiert werden können.


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