Trotz der Tatsache, dass Offshore-Windturbinen erst viel später entwickelt wurden, ist ihre Grundkonstruktion nahezu identisch mit der von Onshore-Windturbinen. Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede in der Konstruktion, und die meisten davon beginnen von Grund auf.

Die Umweltfaktoren, die bei der Konstruktion von Offshore-Windturbinen berücksichtigt werden müssen, machen die Produktionseffizienz auf offenem Wasser zu einer schwierigen Angelegenheit. Aber die Technologie wird immer besser, und die steigende Nachfrage nach kostengünstiger und effizienter Windenergie treibt die Innovationen bereits voran.

Onshore Vs. Offshore-Windturbinenkonstruktion – Unterschiede und wichtige Überlegungen

Fundamente

Windturbinen, die an Land gebaut werden, verwenden normalerweise Betonfundamente. Offshore-Windturbinen erfordern je nach Tiefe des Standorts mehr Kreativität bei den Fundamenten.

Die größte Schwierigkeit bei der Konstruktion von Offshore-Windturbinen ist nicht die Turbine selbst. Onshore-Turbinen können weitgehend für den Offshore-Einsatz nachgebaut werden. Das Problem besteht darin, dass einige Standardkonstruktionsoptionen für den Einsatz in tiefen Gewässern unerschwinglich sind, insbesondere bei mehreren Windturbinen. Viele Fundamentlösungen, die für Anwendungen im Binnenland üblich sind, eignen sich nicht für Tiefseeanwendungen.

Die Art und Weise, in der Offshore-Turbinen aufgestellt werden, ist sehr unterschiedlich. Einige werden auf Unterwassertürmen errichtet, andere sind schwimmend oder halbtauchend und verankert. Alles hängt vom idealen Standort ab, an dem der Wind eingefangen werden kann.

Ein Großteil der Technologie, die für die Strukturen und Fundamente von Offshore-Turbinen verwendet wird, stammt aus der Öl- und Gasindustrie. Die Basis und die Halbtauchertechnologie sowie die Anker und die Standardpraktiken für die Aufrechterhaltung der Stabilität stammen direkt aus dem Lehrbuch dieser Branche, die seit Jahrzehnten Offshore-Strukturen instand hält.

Das Fundamentdesign ist derzeit ein heißes Thema in der Offshore-Windenergieproduktion. Es wird derzeit viel darüber diskutiert, wie man die Konstruktion dieser Fundamente revolutionieren kann, um das Potenzial des Offshore-Marktes besser auszuschöpfen. Günstigere Strukturen senken die Gesamtkosten der erzeugten Energie und machen Projekte möglich.

Wassertiefe &Abstand vom Ufer

Die Errichtung einer Onshore-Windkraftanlage ist in der Regel viel einfacher als die einer Offshore-Anlage. Beim Bau von Offshore-Windkraftanlagen müssen Sie die Wassertiefe für die Unterwasserstruktur und die Entfernung von der Küste für die Verlegung von Kabeln berücksichtigen, um den Strom auf den Markt zu bringen.

In der Welt der Windenergieerzeugung gilt als Flachwasser alles, was nicht tiefer als 30 m ist – in der Regel handelt es sich dabei um herkömmliche Turmstrukturen, die auf den Meeresboden gesetzt werden. Sobald man über 30 m hinausgeht, befindet man sich in einem Übergangsbereich, in dem eine Gitterstruktur für den unterseeischen Teil des Turms verwendet würde. Sechzig Meter und tiefer gelten als Tiefwasser, und Windturbinen werden hier als Halbtaucher verankert.

Die Rotorgröße in der Turbine nimmt zu, je weiter man sich von der Küste entfernt.

Turmgröße & der Pitch-Antrieb

Alle Offshore-Windturbinen sind pitch-gesteuert, weil mit der Pitch-Steuerung der Blätter mehr Leistung pro Turm erzielt werden kann (einprägsam, nicht wahr?). Offshore-Turbinen sind in der Regel größer, weil sie nicht nur gut für konstante Brisen auf See geeignet sind, sondern weil ein Offshore-Fundament einen viel größeren Prozentsatz der Gesamtkosten der Turbine ausmacht (im Vergleich zu Land) und es wichtig ist, jedes mögliche Megawatt aus der Struktur herauszuholen, bevor die nächste gebaut wird.

Die Kosten für ein Pitch-Steuerungssystem steigen nicht wesentlich von Onshore- zu Offshore-Anwendungen. Die Leistungsstufe wird vielleicht größer, aber das Gehirn bleibt das gleiche. Aus diesem Grund macht der Pitch-Stellantrieb einen größeren Anteil an den Kosten aus, wenn die Turbine kleiner wird, aber auch das Gegenteil ist der Fall, wenn die Turbine größer wird. Mit anderen Worten, die Kosten für einen hochmodernen Pitch-Antrieb sind bei Offshore-Projekten ein Tropfen auf den heißen Stein.

Verlässlichkeit der Windressourcen

Der größte Vorteil der Offshore-Windkraft ist, dass sie verlässlich und gleichmäßig ist. Selbst in flachen Gewässern ist der Wind in der Regel zuverlässiger als an Land. Stetige Passatwinde tragen zu einer hohen Stromproduktion an Offshore-Standorten bei.

Im Binnenland muss der Wind auch mit folgenden Faktoren konkurrieren:

• Hügel
• Bäume
• Menschengemachte Strukturen

Verschleiß

Der stetige Wind auf dem Meer bedeutet, dass die Turbine wahrscheinlich einem höheren Verschleiß unterliegt. Durch die Verwendung stabiler, gut gefertigter Komponenten mit langer Lebensdauer wird die Instandhaltung von Offshore-Turbinen zu einem geringeren Problem.

Ein problematischer Teil der Abschreibung von Turbinen auf See ist die unvermeidliche Salzwasserkorrosion, die mit diesem Gebiet einhergeht. Die Materialien der Turbine müssen für die Schifffahrt geeignet sein – selbst die Komponenten der Pitch-Steuerung, die nicht direkt dem Wetter ausgesetzt sind, müssen extrem korrosionsbeständig sein.

Wartungsbedarf

Jede Windturbine sollte so wartungsfrei wie möglich sein – minimale Ausfallzeiten bedeuten maximalen Profit. Doch bei Offshore-Windkraftanlagen ist der Bedarf an einem reibungslosen Betrieb am größten. Abgesehen von den unvorhersehbaren Wetterbedingungen und den logistischen Herausforderungen beim Erreichen der Turbinen ist die Wartung von Offshore-Türmen schwierig und viel teurer als an Land.

Eine gute Lösung für die Pitch-Steuerung ist bei Offshore-Anwendungen besonders wichtig. Die besten digitalisierten Aktuatormodelle auf dem heutigen Markt sind wartungsfrei: Sie müssen nur sauber gehalten werden, damit die Wärme abgeleitet werden kann.

Bridging the Gap in Offshore Potential

Das Innenleben von Offshore- und Onshore-Windturbinen ist weitgehend identisch. Der Unterschied liegt im Standort, an dem die Samen für den Betrieb gepflanzt werden.

Zwei Entwicklungen tragen dazu bei, die Lücke zwischen den Windturbinenunternehmen und dem Offshore-Potenzial zu schließen. Die erste ist die kontinuierliche Innovation bei Tiefwasserfundamenten. Die zweite ist die Verwendung vielseitiger Blattverstellsysteme, die an größere Turbinen angepasst werden können und die riskante Wartung minimieren.