Neuer Schub für die Windkraft

Schwimmende und fliegende Windkraftanlagen könnten schon bald stationäre Windräder ergänzen – und helfen, den Stromhunger der Elektromobilität zu stillen.
 

Erneuerbare Energien sind mehr denn je gefragt und Windkraft spielt dabei eine zentrale Rolle. Doch die Digitalisierung sowie die Elektrifizierung von Verkehr und Wärmeversorgung werden den Stromverbrauch in den kommenden Jahren so stark erhöhen, dass der Ausbau der regenerativen Erzeugung kaum hinterherkommt. Da trifft es sich gut, dass zwei neuartige Typen von Windkraftanlagen kurz vor dem Durchbruch stehen. Sie „ernten“ Wind in tiefen Gewässern und in großen Höhen – und erschließen damit ganz neue Bereiche.

Vorteil auf hoher See

Schwimmende Windräder bekommen mehr Wind ab als klassische Offshore-Anlagen.

Zwar hat bereits die Ausweitung vom Land auf das Meer die Windenergie massiv vorangebracht. Doch Windparks können nicht in jeder Wassertiefe gebaut werden, weil ab 50 Metern Tiefe die Installation im Boden unwirtschaftlich ist. Den Ausweg könnten schwimmende Windräder bieten, die ohne aufwändig am Meeresgrund errichtete Fundamente auskommen. Sie müssen lediglich „an die Kette gelegt“ werden, damit sie nicht davonschwimmen. Solche Ketten lassen sich auch in tieferen Gewässern verankern.

Schwimmende Windräder schaffen mehr

Die Anlagen sind aber nicht nur einfacher zu errichten, sie greifen auch nicht so stark in den Meeresboden ein. Und da der Wind auf der offenen See stärker weht, drehen sich ihre Rotoren viel öfter. Ein schwimmender Test-Windpark in Schottland verzeichnete innerhalb eines Jahres eine Einsatzzeit von 57 Prozent. Klassische Offshore-Anlagen hingegen schaffen nur 39 Prozent. Die neuen, auch als „Floating Wind“ bezeichneten Anlagen können allerdings nicht beliebig weit ins offene Meer gesetzt werden. „Dann werden die Unterwasser-Kabel, die den Strom zum Land leiten, zu teuer“, sagt Diplom-Ingenieur Peter Vennemann, Professor für regenerative Strom- und Wärmeerzeugung an der Fachhochschule Münster.

Zurzeit gibt es weltweit 50 Floating-Wind-Projekte. Dazu gehören kleine Testanlagen, aber auch erste Parks mit bis zu 8,4 Megawatt starken Windrädern wie vor der Küste Portugals. Doch langfristig trauen Experten den Anlagen sogar zu, die herkömmliche Offshore-Windenergie zu überholen und neuer Standard der Branche zu werden. Laut einer Weltbank-Studie könnten Windparks auf dem Meer in Zukunft theoretisch eine Leistung von insgesamt 71 Terawatt erreichen. Damit ließe sich rein rechnerisch der weltweite Stromverbrauch gleich mehrfach decken. Doch nicht alle Ressourcen werden wirklich genutzt werden können. „Viele Bereiche sind aufgrund zu hoher Umsetzungskosten, schwieriger technischer Bedingungen oder ökologischer Erwägungen nicht geeignet“, erklärt Vennemann.

Flugwindkraftanlagen nutzen Höhenwind

Eine ganz neue Option für die Windkraft ist das Wachstum in die Höhe. Flugwindkraftanlagen nutzen den kräftigen und beständigen Wind in Höhen von mehreren hundert Metern. Ihr großer Vorteil: Sie produzieren auch dann Energie, wenn in Bodennähe nichts weht. Ihre Strom-Ausbeute ist mindestens doppelt so hoch wie die der konventionellen Windräder. Die Anlagen greifen zudem weniger in die Natur ein. Einige fliegen wie Drachen, andere ziehen wie Segelflugzeuge ihre Runden. Nur ein dünnes Seil verbindet sie mit dem Boden.

Es gibt zwei verschiedene Ansätze, den Höhenwind in Strom zu verwandeln: Beim ersten ist das Flugsystem mit einer Seilwinde am Boden verknüpft, in die ein Generator eingebaut ist. Sobald der Drachen aufsteigt, zieht er das Seil aus der Winde und der Generator produziert Strom. Danach sinkt der Flugkörper wieder nach unten. Das Seil rollt sich auf, anschließend beginnt der Ablauf von Neuem.

Bei der zweiten Variante wird der Strom direkt am Flugkörper erzeugt, der ebenfalls am Seil hängt und den man sich wie ein kleines Segelflugzeug vorstellen kann. Rotoren auf den Tragflächen drehen sich im Wind, ein Generator im Flieger macht daraus Strom. Dieser wird durch ein Kabel an die Bodenstation übertragen.