KUNDENHERAUSFORDERUNG
Das National Renewable Energy Centre (Narec, jetzt ORE Catapult) befindet sich im englischen Blyth in Northumberland an einem Küstenabschnitt der Nordsee und ist ein Kompetenzzentrum für die Forschung und Entwicklung von Offshore-Gezeiten- und Windturbinen. In einem Markt, der derzeit von einigen wenigen großen globalen Unternehmen dominiert wird, spielt ORE Catapult eine Schlüsselrolle, indem es neuen Marktteilnehmern hilft, Designs leichter zu evaluieren und zu validieren, was zu mehr Wettbewerb und Innovation in der Branche führt.
Laut Tony Quinn, Operations Director bei Narec, sind ein gewaltiges Hindernis für neue Marktteilnehmer die Zeit und die Kosten, die mit dem Testen neuer Turbinendesigns verbunden sind. „Traditionell war die einzige Möglichkeit für Entwickler, neue Turbinen zu testen, sie ins Meer zu setzen“, sagt Quinn. „Natürlich ist die Ausrüstung in der Regel nicht bereit für einen Offshore-Einsatz und kann leicht beschädigt werden. Das bedeutet, dass der Entwickler sie vom Meeresboden bergen, zurück an Land bringen, reparieren und wieder einsetzen muss – ein extrem teurer Prozess und ein großes Hindernis für den Markteintritt.“
Diese Methode ist nicht nur kostspielig und zeitaufwendig, sie ist auch nicht wiederholbar und liefert oft nur begrenzt verwertbare Daten; es gibt keine Garantie, dass selbst ein 12-monatiger Offshore-Versuch alle Bedingungen liefert, die für eine strenge Bewertung der Zuverlässigkeit und Haltbarkeit einer Turbine erforderlich sind. „Dieser Prozess ist sehr abhängig von den Wind- oder Gezeitenbedingungen, die das Gerät in diesem Jahr zufällig erlebt“, erklärt Quinn. „Sie warten auf bestimmte Gezeiten- oder Windereignisse, die ein paar Meilen vor der Küste oder auf dem Meeresgrund stattfinden. Das ist kein sehr robuster – oder schneller – Weg, um ein Design zu validieren.“
MTS-LÖSUNG
Um den Entwicklern von Gezeiten- und Windturbinen zu helfen, die Kosten und Unsicherheiten von Offshore-Tests zu überwinden, hat Narec einen Laborkomplex entwickelt, der zwei Einrichtungen umfasst, die in der Lage sind, Antriebsstränge für Turbinen bis zu 3 Megawatt (MW) bzw. 15 MW zu testen. Ausgestattet mit den innovativen Non-Torque-Lastaufbringungssystemen (NTL) von MTS ermöglichen diese Einrichtungen den Entwicklern, Antriebsstränge von Gezeiten- und Windturbinen in vollem Maßstab komplexen, realen Belastungen auszusetzen und eine breite Palette von Offshore-Bedingungen in kontrollierten und wiederholbaren Laborumgebungen genau zu replizieren.
„Mit den NTL-Systemen von MTS können wir ein Gezeitenereignis von 1:100 oder ein Windereignis von 1:100 nach Belieben nachbilden“, so Quinn. „Wir können Wind- oder Gezeitenkräfte in drei orthogonalen Achsen nachbilden, und wir können eine Kraft entlang einer beliebigen Achse oder ein Biegemoment um eine beliebige Achse in drei Dimensionen gleichzeitig aufbringen. Wir können die Turbinenkonstruktionen mit Hilfe eines Zeitverlaufs in nur sechs Monaten den realen Ereignissen von zehn Jahren unterziehen.“
NTL-Systeme verwenden die modernste Hydraulik und Steuerungen von MTS, um sehr große achsfremde (oder drehmomentfreie) Kräfte und Momente mit einem hohen Maß an Kontrolle und Präzision in einen rotierenden Turbinenantriebsstrang einzuleiten. Das NTL-System, das in der 3-MW-Anlage von Narec untergebracht ist, eignet sich besonders für Antriebsstränge von Gezeitenturbinen, während das im Bau befindliche System in der 15-MW-Anlage ideal für die Prüfung größerer Antriebsstränge von Offshore-Windturbinen sein wird.
Laut Quinn sind die außeraxialen Kräfte, die zum effektiven Testen von Turbinenantriebssträngen erforderlich sind, enorm. „Eine 7-MW-Windturbine hat einen Durchmesser von etwa 160 Metern und 80 Meter lange Flügel. Wie Sie sich vorstellen können, trifft der Wind mit voller Wucht auf das Blatt, und es entsteht ein enormes Kippmoment auf den Antriebsstrang. Bei Meeresturbinen ist der Effekt ähnlich, aber die relativen Kräfte sind noch höher, weil sie sich unter Wasser befinden.“ Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird das NTL-System, das in der 15-MW-Anlage von Narec arbeiten wird, in der Lage sein, ein Kippmoment von 56 Meganewtonmetern (MNm) aufzubringen, während das System in der 3-MW-Anlage eine Kraft von bis zu 15 MNm aufbringen kann.
Um solch leistungsstarke Geräte unterzubringen, verfügen beide Triebstranganlagen über massive, speziell konstruierte Fundamente. So steht die 15-MW-Anlage auf einem Fundament aus 1000 Tonnen Baustahl und 100 Pfählen, die 20 Meter tief in den Boden getrieben sind. „Wir mussten die Pfähle so tief eingraben, weil die Ausrüstung von MTS enorme Kräfte aufbringen kann“, so Quinn.
KUNDENVORTEIL ITS
Die Fähigkeit, reale Gezeiten- und Windereignisse in kontrollierten Umgebungen zu replizieren, ermöglicht es den Kunden von Narec, effizienter kritische Einblicke in die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit neuer Turbinenkonstruktionen zu gewinnen, was ihre Entwicklungs- und Validierungsprozesse erheblich beschleunigt. Dies hat Auswirkungen auf die Wettbewerbsfähigkeit der gesamten Offshore-Industrie für erneuerbare Energien sowie auf die Gesamtkosten pro Einheit für Wind- und Gezeitenenergie.
„Letztendlich wollen wir die Kosten für Offshore-Energie senken und sie wettbewerbsfähiger gegenüber Erdgas und Kohle machen“, sagt Quinn. „Je schneller die Entwickler ihre Produkte kennenlernen, desto schneller können sie die Zuverlässigkeit und die Kosten verbessern und desto schneller können wir die Energiekosten senken. Je höher die Zuverlässigkeit, desto größer ist das Vertrauen, das wir den Anlegern entgegenbringen, was sehr wichtig ist, und mehr Wettbewerb führt zu einem gesünderen Markt.“
Quinn lobt die gute Zusammenarbeit zwischen den Ingenieuren von Narec und MTS für die Einrichtung von Testmöglichkeiten für den Antriebsstrang. „Das gesamte Design ist eine fantastische Leistung zwischen uns und MTS“, sagt Quinn. „Wir nehmen einige technische Herausforderungen an, die offen gesagt von niemandem sonst auf der Welt angegangen wurden. Es hat wirklich weltweit führende Technik erfordert.“
