Neue technische Ansätze rund um das Geschäftsszenario der Wellenenergie
Beim Stromabnehmer handelt es sich im Wesentlichen um ein System, das Bewegung in elektrische Energie umwandelt. Im Fall der Meeresenergie wird diese Bewegung von den Meereswellen verursacht, die einen Wellenenergiewandler passieren. Der im Inneren des Wellenenergiewandlerkörpers montierte Stromabnehmer erzeugt dann Elektrizität. Zentrale Herausforderung bei der Einführung dieser Technik war das Fehlen verfügbarer Daten über den in diesem aufstrebenden Sektor stattfindenden Einsatz in den Ozeanen. Der Investionsbereich war deshalb manchmal nicht von der Zuverlässigkeit der Technik und ihrer langsamen Einführung zu überzeugen. „Etabliertere Industriezweige wie etwa der Offshore-Öl- und Gasbereich und der Windkraftanlagensektor profitieren von einer großen Menge an realen Einsatzdaten“, erklärt der Projektkoordinator von WaveBoost (Advanced Braking Module with Cyclic Energy Recovery System (CERS) for enhanced reliability and performance of Wave Energy Converters), Matt Dickson, technischer Projektmanager bei CorPower Ocean, Schweden. „Dadurch können sie unzuverlässige Komponenten verwerfen und außerdem vorhersagen, wann und wie andere Bestandteile des Systems ausfallen werden, woraus sich effektive Instandhaltungsstrategien ableiten lassen. Auch wenn wir von einigen branchenübergreifenden Erfahrungen profitieren können, muss ein neues Gebiet wie die Meeresenergie ganz am Anfang beginnen, um dieses Verständnis aufzubauen.“
Echte Leistungsdaten
Das Projekt WaveBoost sollte diese zentrale, mit der Einführung verbundene Herausforderung mit der Bereitstellung realer Leistungsdaten meistern. Ziel war die Demonstration der Betriebssicherheit der Technik unter den rauen Bedingungen der Meeresumwelt. Zunächst betrachtete das Projektteam einige der Hauptgründe für einen Stromabnehmerausfall und stellte fest, dass der Bedarf an wasserdichten reibungsarmen Dichtungen ganz weit oben auf der Liste stand. „Der Körper eines Wellenenergiewandlers verfügt über stangenförmige Kolben, die sich bei Wellengang in dem Körper auf und ab bewegen“, erläutert Dickson. „Stellen Sie es sich ungefähr so vor, wie Federgabeln von Mountainbikes funktionieren; die Dichtungen müssen dicht sein, aber trotzdem eine Auf- und Abbewegung des Kolbens gestattet, sonst funktioniert die Vorrichtung nicht.“ Um an Informationen darüber zu gelangen, wie dieser technische Aspekt verbessert werden könnte, bauten die WaveBoost-Projektpartner einen maßgeschneiderten, hochmodernen Prüfstand auf und setzten verschiedene maßstabsgetreue Versionen dieser stangenförmigen Kolben ein. Es wurden verschiedene Werkstoffe und Beschichtungen erprobt, um Informationen über Reibung, Korrosion und Abdichtungseigenschaften zu sammeln. „Wir experimentierten mit führenden Dichtungslieferanten und gelangten schließlich zu einem völlig neuartigen Dichtungsdesign“, berichtet Dickson. „Die Dichtung ist in Bezug auf die Reibung optimiert, die im Vergleich zum früheren Stand der Technik um 70 % reduziert ist, und mindert sämtliche Undichtigkeiten.“ Das Dichtungssystem ist ein kleiner, aber sehr wichtiger Teil eines neuen Stromabnehmersystems, das außerdem ein revolutionäres Pneumatikmodul mit 80 % weniger Komponenten und 98 % weniger Strömungsverlust enthält. Auf diese Weise konnten die Komplexität reduziert und die Zuverlässigkeit der auf See eingesetzten Vorrichtung verbessert werden. Zudem verstärkt die Stromabnehmer-Wellenfedertechnik die Bewegung des Stromabnehmers und trägt somit zu einer bahnbrechenden Energieeffizienz bei, die bis heute noch nicht in diesem Sektor erreicht wurde. Abschließende Versuche ergaben, dass mit den neuen Dichtungslösungen in Kombination mit anderen projektinternen Fortschritten in der Stromabnehmertechnik eine Steigerung der jährlichen Stromproduktion um mehr als 27 % und eine Senkung der Wellenenergiekosten um 30 % möglich sein sollten, was die Wellenenergie zu einer kostengünstigen und effizienten Quelle erneuerbarer Energie werden lässt.
Industrieweite Auswirkungen
Die neue Stromabnehmertechnik von WaveBoost wurde derart ausgelegt, dass sie in einer Vielzahl von Wellenenergiewandleranlagen installiert werden kann. „Stromabnehmer sind das Herzstück der Wellenenergiewandler“, erklärt Dickson. „Unsere Entwicklungen können auf eine ganze Reihe von Gehäuseformen und -größen übertragen werden.“ Dickson hofft, dass dieser Fakt dazu beitragen wird, die Einführung und den Erfolg der Meeresenergietechnologie zu beschleunigen. „Dieses Projekt war die nötige Brücke zur vollmaßstäblichen Entwicklung“, fügt Dickson hinzu. „Diese Brücke musste stabil genug sein, damit wir sie alle überqueren konnten, und am Ende entwickelten wir ein besseres Stromabnehmerdesign, als wir es uns jemals hätten träumen lassen.“ Der erfolgreiche Abschluss von WaveBoost hat den Plänen von CorPower, im ersten Quartal 2021 vollmaßstäbliche Wellenenergiewandler einzusetzen, Auftrieb verliehen. CorPower hofft nun, bis Ende 2023 zertifizierte und mit allen Garantien versehene Produkte auf den Markt bringen zu können. „Wir konnten beweisen, dass Wellenenergie eine profitable Technologie ist, die der klassischen Projektfinanzierung im Bereich der erneuerbaren Energien würdig ist“, stellt Dickson abschließend fest.
Schlüsselbegriffe
WaveBoost, Meer, Energie, Welle, Stromabnehmer, Wellenenergiewandler, Offshore, erneuerbare Energien, Bohranlage, Dichtung
