Zuletzt"China Offshore Wind Power Engineering Technology Conference,"Der General Manager der Offshore-Produktlinie hielt eine Grundsatzrede. Er betonte, dass die aktuellen Engpässe bei Chinas Offshore-Windkraftanlagen in den Rotorblättern und Hauptlagern liegen. Angesichts der hohen Nachfrage nach Offshore-Windkraftanlagen ist es für Hersteller von entscheidender Bedeutung, sich auf die Bereitstellung von Lösungen zu konzentrieren, die Investitionsrenditen auf der Grundlage verfügbarer Lieferketten gewährleisten und so die nachhaltige Entwicklung der Offshore-Windenergie in China unterstützen.

Entwicklungsreise von Windturbinenblättern

Die Entwicklung der Rotorblätter von Windkraftanlagen in Europa und China wurde untersucht. Zwischen 1991 und 2015 war China hinsichtlich der Turbinenleistung und der Rotorblattgröße ein Mitläufer. Bis 2017 hatte China jedoch eine Windkraftanlage mit einem Durchmesser von 171 Metern entwickelt und damit den Durchmesser von 164 Metern in Europa übertroffen. Bis 2019 führten sowohl Europa als auch die USA noch größere Turbinen mit einem Durchmesser von 220 Metern ein. Diese Parität bei der Turbinengröße bedeutet, dass China und Europa bei der Entwicklung von Offshore-Windturbinen mittlerweile auf einem ähnlichen Niveau sind.

Herausforderungen und Innovationen in der Windenergie

Einem renommierten globalen Wissenschaftsmagazin zufolge steht der Windenergiesektor angesichts der zunehmenden Größe von Offshore-Windkraftanlagen vor erheblichen Herausforderungen in den Bereichen Aerodynamik, Strukturdynamik und Hydrodynamik. Die Forschung in diesen grundlegenden wissenschaftlichen Bereichen hat mit den wachsenden Turbinendurchmessern nicht Schritt gehalten. Im Gegensatz zur Luftfahrtindustrie, in der es auch nach einem Jahrhundert noch nie zu Flügelspannweiten von Flugzeugen über 80 Metern gekommen ist, hat die Windkraftindustrie in weniger als vier Jahrzehnten Turbinendurchmesser von 200 Metern erreicht.

Die Bedeutung schrittweiser Fortschritte im Ingenieurwesen und im technologischen Fortschritt wurde hervorgehoben. Die zunehmende Klingenlänge erfordert Durchbrüche bei Materialien und Fertigungstechnologien. Um die Weiterentwicklung der Offshore-Windkraft voranzutreiben, reicht es nicht aus, sich bei der Vergrößerung der Rotorblätter ausschließlich auf bestehende Technologien zu verlassen.

Der Bedarf an Kohlefaser-Schleiermaterialien

Um längere Offshore-Rotorblätter zu unterstützen, muss die Industrie den Schritt wagen"Neuland"aus Carbonfaser-Schleiermaterialien. Dieser Übergang spiegelt die Situation vor einem Jahrzehnt wider, als China Klingendesigns von europäischen Unternehmen lizenzieren musste, wobei Kernmaterialien und Ausrüstung von deutschen oder japanischen Unternehmen bezogen wurden. Große Werkzeuginvestitionen, lange Zeitpläne und unausgereifte Prozesstechnologien erschweren die Entwicklung zusätzlich und führen dazu, dass die Verarbeitungseffizienz übergroßer Klingen deutlich um das Drei- bis Vierfache geringer ist als die herkömmlicher Klingen. Dies stellt einen großen Engpass bei der Sicherstellung der Projektdurchführbarkeit im Rahmen der aktuellen Szenarien für die Installation großer Offshore-Windenergieanlagen in China dar. Kohlefaserschleier sind für die nächste Generation von Windkraftanlagen von entscheidender Bedeutung, da sie sowohl den Anforderungen an Festigkeit als auch an Leichtgewichtigkeit gerecht werden.

Herausforderungen in der Hauptlager-Lieferkette

Das Hauptlager ist ein weiterer Engpass, der auf Designschwierigkeiten, Lieferkettenprobleme und Installationskomplexität zurückzuführen ist. Insbesondere steht die Lieferkette für die Hauptlager großer Offshore-Turbinen vor drei zentralen Herausforderungen:

1. Der Durchmesser des Hauptlagerrings übersteigt oft 2 Meter und übersteigt damit die Kapazität der meisten verfügbaren Werkzeugmaschinen.

2. Es gibt nur zwei Mainstream-Anbieter, die mindestens ein Jahr im Voraus Kapazitätsreservierungen verlangen.

3. Inländischen Zulieferern fehlen derzeit die Konstruktions- und Verarbeitungsmöglichkeiten für solch große Lager.

Lösungen und Innovationen in der Lagertechnik

Der Einsatz der Dual-SRB-Technologie für Hauptlagerkonfigurationen gewährleistet die Unterstützung von 5-6-MW-Turbinen mit einem Durchmesser von weniger als 1,5 Metern. Diese Lösung, die durch eine robuste globale Lieferkette unterstützt wird, ermöglicht die Einbindung lokaler Lieferanten in Design und Produktion. Im Gegensatz dazu stehen Technologien, die größere Durchmesser erfordern, wie Dual-TRB und DRTRB, vor erheblichen Kapazitäts- und Effizienzherausforderungen.

Optimierung der Leistung von Offshore-Windkraftanlagen

Trotz der Herausforderungen ist das Unternehmen weiterhin zuversichtlich, Offshore-Windkraftlösungen anzubieten, die positive Investitionsrenditen erzielen. Es wurde eine umfassende Karte der Energiegestehungskosten (LCOE) für Chinas Offshore-Windparks erstellt, die als Orientierung für die Turbinendefinition dient und Entwicklern dabei hilft, profitable Projekte zu identifizieren. Der Fokus liegt nicht auf der Turbinenkapazität, sondern auf den Stromgestehungskosten, wobei die Stromerzeugung der kritischste Faktor ist.

Regionale Anpassungen und LCOE-Sensitivitätsanalyse

Verschiedene Regionen erfordern unterschiedliche Kombinationen von Turbinenleistung und Rotordurchmesser, um die Stromgestehungskosten zu optimieren. Das Unternehmen führte LCOE-Sensitivitätsanalysen für windstarke Gebiete wie Fujian, windschwache Gebiete wie Guangxi und mittel-schwache Windgebiete wie Zhejiang durch. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass 6-8-MW-Turbinen optimal für Szenarien mit starkem Wind sind, während 4-6-MW-Turbinen am besten für Szenarien mit schwachem bis mittlerem Wind geeignet sind. Niedrigere Windgeschwindigkeiten erfordern größere Rotordurchmesser und umgekehrt. Der Einsatz von Kohlefaserschleier in diesen Turbinen ist entscheidend für die Erzielung der gewünschten Leistung und Effizienz.

Bekämpfung von Nachlaufverlusten in Offshore-Windparks

Chinas Offshore-Windparks sind aufgrund dichterer Anordnungen, geringerer Windgeschwindigkeiten und stabilerer Atmosphären mit größeren Nachlaufverlusten konfrontiert als europäische Pendants. Eine Auswertung von fast 1,5 GW Offshore-Turbinenkapazität ergab, dass die ersten Schätzungen der Nachlaufverluste etwa 2 % zu niedrig waren. Bemühungen zur Reduzierung von Nachlaufverlusten durch Technologie zur Gruppennachlaufkontrolle haben zu einer Steigerung der Stromerzeugung um 3–4 % geführt. Da Offshore-Windparks immer dichter werden, wird der Wert der Gruppen-Wake-Control-Technologie immer wichtiger. Die Implementierung eines Kohlefaserschleiers im Rotorblattdesign verbessert nicht nur die Leistung, sondern mildert auch die Auswirkungen von Nachlaufverlusten.