Technologie

Wie Windkraft wachsen kann

01.11.2019 - Wichtige Faktoren zum weiteren Ausbau der Windenergie identifiziert.

Welche Innovationen sind erforderlich, damit Wind zu einer der weltweit wichtigsten Quellen für kostengünstige Strom­erzeugung werden kann? Unter Federführung des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums hat ein internationales Team von Wissenschaftlern die drei größten Herausforderungen für die Wind­­energie­forschung identifiziert. Joachim Peinke und Stephan Barth vom Zentrum für Wind­energie­forschung (ForWind) an der Universität Oldenburg gehören zum Autorenteam, das seine Ergebnisse nun veröffentlichte.
 

„Dank intensiver Forschung sind in den letzten Jahrzehnten technologisch fort­schrittliche Systeme entwickelt worden, um Windenergie zu erzeugen. So konnte Wind zu einer etablierten Energiequelle werden“, sagt Stephan Barth, Geschäftsführer von ForWind. „Doch um das ganze Potenzial der Windenergie auszuschöpfen und die globale Nachfrage nach sauberer Energie decken zu können, sind weitere Innovationen erforderlich.“

Windexperten aus den USA, Deutschland, Dänemark, Finnland, Schweden, Spanien und Norwegen haben in ihrer Studie Science die drei größten Heraus­forderungen formuliert, vor denen die Wind­energie­forschung heute steht. Die insgesamt 29 Forscher um die drei Hauptautoren, Katherine Dykes von der Technischen Universität Dänemark sowie Paul Veers und Eric Lantz von NREL, identifizieren darin die wichtigsten Aufgaben für die wissenschaftliche Gemeinschaft, um weitere Fortschritte zu erreichen.

Um mehr Energie zu gewinnen, werden Windenergieanlagen immer höher und in größeren Entfernungen zueinander aufgebaut. Wissenschaftler müssen daher erstens die Dynamik des Windes in diesen Höhen und Größenordnungen verstehen. Bisher verwenden Betreiber vereinfachte physikalische Modelle und einfache Beobachtungs­technologien, mit denen sie Windenergieanlagen in unterschiedlichen Geländearten installieren konnten. Allerdings bestehen große Wissenslücken über Windströmungen in komplexem Gelände. Gelingt es der Wissenschaft, diese unterschiedlichen Bedingungen präziser zu berechnen, können Wind­energie­anlagen wirtschaftlich und technisch weiter optimiert und an den geeigneten Standorten installiert werden.

Windenergieanlagen sind heute die größten flexiblen, rotierenden Maschinen der Welt, mit Blattlängen von deutlich über achtzig Metern und Türmen von weit über hundert Metern Höhe. Zum Vergleich: In die vom Rotor einer Wind­turbine durchstrichene Fläche passen Nase an Nase drei der größten Passagier­flugzeuge vom Typ Airbus A380-800. Da die Turbinen immer größer werden, sind also zweitens neue Materialien und Herstellungs­verfahren nötig, um Probleme bei Skalierbarkeit, Transport und Recycling zu lösen. Viele vereinfachende Annahmen, unter denen frühere Generationen von Wind­energie­anlagen konzipiert wurden, sind nicht mehr gültig. Wind­energie­forscher müssen nicht nur die Atmosphäre verstehen, sondern auch abschätzen, wie sich bauliche Sicherheit und effiziente Strom­erzeugung gleichzeitig gewährleisten lassen.

Höhere Einspeisungen aus Wind- und Sonnenenergie werden die Stromnetze der Zukunft drastisch verändern. Innovative Regelungs­konzepte könnten die Eigenschaften von Wind­energie­anlagen nutzen, um den Energieertrag zu optimieren und gleichzeitig die Netzstabilität zu unterstützen. Durch Auswertung von Sensor­messungen lassen sich die Energie­ausbeute verbessern, die Kosten senken und der Betrieb an die Netzanforderungen anpassen. Um diese Zukunftsvision realisieren zu können, braucht es umfangreiche Forschungs­arbeiten. Im Mittelpunkt stehen deshalb drittens die Simulation atmosphärischer Strömungen, die individuelle Turbinen­dynamik und die Anlagen­regelung im Zusammenspiel mit dem übergeordneten Stromsystem.

Um sich diesen Herausforderungen stellen zu können, müssen sich die Wissenschaftler auf internationaler Ebene und über Fachdisziplinen hinweg zusammenschließen. „Ich sehe mit Freuden, wie sich Forscher zusammentun, um diese komplexen Heraus­forderungen der Windenergie anzugehen“, sagt ForWind-Wissenschaftler Joachim Peinke. „Wir müssen die großen Fragestellungen mit neuen wissenschaftlichen Methoden angehen, dies erfordert zunehmend eine eigenständige Grundlagen­forschung im Windenergie­bereich.“ 

U. Oldenburg / DE
 

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