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Ausgabe 6-2024

Windenergie im Aufwind – zuverlässig und sicher

Christopher Weßelmann

Die Energiewende stellt eine der größten Herausforderungen und gleichzeitig eine der bedeutendsten Chancen für unsere Zukunft dar. Ein zentraler Bestandteil dieser Transformation ist die Wind­energie, sowohl offshore als auch onshore. Beide bieten erhebliche Potenziale, um eine nachhaltige Energieversorgung zu unterstützen. Doch einher gehen auch erhebliche technische Herausforderungen.

Offshore-Windparks sind aufgrund ihrer Lage auf dem offenen Meer extremen Bedingungen ausgesetzt. Eine der großen Herausforderungen besteht in der Installation und späteren Wartung und Instandhaltung der Windkraftanlagen sowie der weiteren betrieblichen Offshoreeinrichtungen. Die hohe Korrosionslast durch das salzhaltige Meerwasser und die starken Winde – für die Energiegewinnung gewünscht – erfordern den Einsatz robuster Materialien und innovativer Schutztechnologien. Ein weiterer technischer Punkt betrifft die Errichtung der Fundamente. Diese müssen nicht nur das Gewicht der Anlagen tragen, sondern auch den enormen Kräften von Wellen und Strömungen standhalten. Hier kommen zunehmend sogenannte Jacket-Fundamente und Schwimmplattformen zum Einsatz, die flexibler und anpassungsfähiger sind als traditionelle Fundamente.

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Cybersicher Energie liefern

Sandro Schmidt

Um zuverlässig optimale Erträge zu erwirtschaften, sind moderne Energieerzeugungsanlagen stark vernetzt. Das erhöht ihr Risiko für Cyberangriffe deutlich. Seit vergangenem Jahr gibt es neue gesetzliche Anforderungen an ihre Cybersicherheit: Unter anderem verschärft eine neue Technische Regel die Bedingungen für sicherheitsrelevante Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen. Die seit vergangenem Jahr verabschiedete Europäische Maschinenverordnung fokussiert zudem Sicherheits-Steuerungssysteme. TÜV SÜD bereitet Betreiber auf die neuen Pflichten vor und prüft Anlagen auf ihre Konformität.

Dynamische Rotorgeometriemessung – ein hochmodernes Verfahren zur Erkennung von aerodynamischen und Massenunwuchten -

J. Dietrich Mayer

Dynamische Rotor Geometrie Vermessung ist eine Methode zur Überprüfung des aerodynamischen Zustands und des aeroelastischen Verhaltens eines Windenergieanlagen-Rotors und des Turbinen-Turm-Systems. Das System ermöglicht die Vermessung von Rotorblättern im laufenden Betrieb, wodurch Ausfallzeiten der Windenergieanlage vermieden werden können. Rotorblattfehlstellungen sind eine Herausforderung für Windenergieanlagen, da sie zu erheblichen Mehrbelastungen durch aerodynamische Unwucht führen.

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Fuel Switch Stuttgart-Münster - Dekarbonisierung der Strom- und Wärmeerzeugung in der Praxis

Tim Breining und Julian Speiser

Auf dem Weg hin zur Klimaneutralität befinden sich bei EnBW Energie Baden-Württemberg AG drei H2-ready Fuel Switch-Projekte in der Umsetzung, bei denen kohlebefeuerte Anlagen durch hocheffiziente, gasbefeuerte KWK-Anlagen ersetzt werden. Diese leisten einen wesentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung der Strom- und Wärmeerzeugung, sowie zur Versorgungssicherheit. EnBW setzt bewusst auf die Brückentechnologie Erdgas, deren Beitrag zur Dekarbonisierung direkt ab dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme wirksam wird, während durch die geplante Umrüstung auf 100 % Wasserstoff die Investition in eine Sackgassentechnologie vermieden wird.

Ertüchtigung eines Gasturbinenbrenners für höhere Anteile von Wasserstoff im Brenngas

Dominik Waßmer und Bernhard Ćosić

Die Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas ist ein möglicher Weg zur Dekarbonisierung von Industriegasturbinen für Kraft-Wärme-Kopplungsanwendungen. Die schadstoffarme Verbrennung von hohen Wasserstoffanteilen in Gasturbinen ist herausfordernd. In diesem Beitrag wird eine Modifikation zur Verbesserung der Wasserstofffähigkeiten des emissionsarmen Advanced Can Combustion (ACC)-Systems für die MGT6000/MTG8000-Gasturbine vorgestellt. Experimentelle Ergebnisse werden für die Kalibrierung von CFD-Berechnungen (Computational Fluid Dynamics) verwendet, um die Bewertung unter verschiedenen Betriebsbedingungen und zukünftige Änderungen zu ermöglichen und die gefundene Verbesserung zu erklären.

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Der Weg der Entwicklung einer zuverlässigen Technologie zur Wasserstoffverbrennung in Gasturbinen

Dieter Bohn und Karsten Kusterer

Im Rahmen eines bereits im Jahre 2010 geschlossenen langjährigen Kooperationsvertrages der Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI), des Instituts für Dampf- und Gasturbinen (IDG) der RWTH Aachen und der B&B-AGEMA GmbH wurde die Entwicklung eines innovatives DLE-Wasserstoffverbrennungssystem zur Verbrennung von 100 Vol-% Wasserstoff auf den Weg gebracht. Hierfür war von zentraler Bedeutung, dass zu diesem Zeitpunkt bereits ein Hochdruck-Versuchsstand am der Forschungsstelle in Aachen verfügbar war. Der vorliegende Artikel zeichnet den erfolgreichen Entwicklungspfad dieser Technologie nach. Aufbauend auf den Ergebnissen der Grundlagenforschung für ein sogenanntes Mikromisch-Verbrennungsprinzip in Niederdruckanwendungen, wurden von der B&B-AGEMA durch anwendungsorientierte Berechnungen mehrere Testbrenner und Prototypen-Brennkammern in enger Zusammenarbeit mit KHI ausgelegt. Hierbei war es wichtig die Grundlagen der Mikromisch-Verbrennung durch validierte numerische Verbrennungssimulation auf die realitätskonformen Konditionen einer Hochdruckverbrennung zu transferieren.

Gasabtrennungstechnologien für die Energieerzeugung

Greg Kelsall

Die Trennung von Sauerstoff (O2) ist ein energieintensiver Prozess, der im Kontext der Energieerzeugung eine entscheidende Rolle spielt. Alle Optimierungen, die zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Luftzerlegungsanlagen (ASUs) und zur Senkung ihrer Kosten vorgenommen werden können, können einen maßgeblichen Einfluss auf die Einführung von Netto-Null-Technologien in Industrie- und Energieerzeugungsanwendungen haben. In diesem Bericht erfolgt eine Evaluierung der jüngsten Entwicklungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und industriellen Szenarien. Des Weiteren wird die Forschung zu modernen ASU-Technologien untersucht, die das Potenzial für eine schrittweise Verbesserung der ASU-Leistung bieten.

Infraschall von Windenergieanlagen – Viel Lärm um nichts

Stefan Holzheu

Infraschall hat es schon immer gegeben und Infraschall ist ungefährlich. Trotzdem war Infraschall lange Zeit eines der Hauptargumente von Windkraftgegnern, um Stimmung gegen neue Windkraftprojekte zu machen. Ausgehend von einigen physikalischen Grundlagen der Schallphysik wird die Entstehung und Intensität von Infraschall an Windenergieanlagen beleuchtet. Es wird geklärt, warum Infraschall zu einem Hauptargument der Windkraftgegner werden konnte und warum es inzwischen wieder deutlich ruhiger um das Thema geworden ist.

Bewertung der Ozondesinfektion im Vergleich zur Chlordesinfektion für Meerwasser eines Durchlauf-Kühlsystems im Pilotmaßstab

M. Ghazimirsaeid, M. Daneshfar, M. Salehloo, A. Ghamari und S. Hajibabaei

Im Rahmen des zugrunde liegenden Pilotvorhabens wird das Kraftwerk Pareh Sar vorgestellt, welches eine Direktkühlung aufgrund der Nähe zum Kaspischen Meer nutzt. Im Rahmen einer Pilotstudie wurde ein Vergleich zwischen Chlorierungs- und Ozonierungsmethoden durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Ozon in Bezug auf die Effizienz der Abtötung von Meeresorganismen effektiver ist und weniger Korrosion verursacht (Restmenge: 0,1 bis 0,2 ppm). Im Vergleich zur Chlorierungsmethode weist die Ozonierungsmethode eine höhere Energieeffizienz im Kondensator auf und ist aufgrund der Projektbedingungen, beispielsweise Salz, Reparaturen der Ausrüstung und niedrigen Strom- und Energiepreisen im Iran und im Kraftwerk, wirtschaftlicher. Dies betrifft insbesondere die Verbrauchskosten.

Forum Technologie – Revolution für Absperr- und Entwässerungs-Ventile

Volker Wurzer

Absperr- und Entwässerungsventile spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Bereichen, von der Industrie bis hin zu konventionellen und regenerativen Kraftwerks- und Petro-chemischen-Anlagen. Die Zukunft der Absperr- und Entwässerungsventile steht vor einer grundlegenden Transformation. Getrieben durch innovative Entwicklungen und fortschrittliche Technologien hat die aas GmbH eine neue Generation von Absperr- und Entwässerungsventilen entwickelt. Das neue Produkt AMODA-V, das bereits zum Patent angemeldet ist, symbolisiert einen Wendepunkt in der Effizienz und Funktionalität von Hochdruckarmaturen. Ein wesentliches Merkmal der neuen Ventilgeneration ist der Einsatz von Vollstellit für Sitzringe und Drosselkegel, was den FE-Anteil deutlich unter herkömmliche Werte senkt und eine außerordentlich hohe Warmhärte und Beständigkeit gegen Verschleiß gewährleistet.

GECF Globaler Ausblick für Gas 2050

Gas Exporting Countries Forum

Der GECF Global Gas Outlook 2050 ist eines der Flaggschiffe des Gasexportländer-Forums und bietet unschätzbare Einblicke in die Zukunft der globalen Energiedynamik. Die 8. Ausgabe des Outlooks befasst sich eingehend mit den komplexen Herausforderungen des Energietrilemmas und untersucht das Wirtschaftswachstum, die Energienachfrage, die Komplexität der Versorgung und die sich entwickelnde Erdgaslandschaft.

Resümee „DIHKW 2024 Energieversorgung Deutschlands – Chancen und Risiken“

vgbe energy

Um aktuelle und zukünftige energiepolitische Anforderungen mit bestmöglichen technologischen Entwicklungen anzugleichen, wurde die vgbe-Fachtagung „DIHKW 2024 Energieversorgung Deutschlands – Chancen und Risiken“ am 16./17. April 2024 in Garmisch-Partenkirchen durchgeführt. Seit vielen Jahren ist die DIHKW-Fachtagung ein Herzstück des vgbe energy e.V. Die vgbe-Community schätzt die qualitativ hochwertigen Vorträge und die inspirierenden Gespräche mit den Ausstellern.

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Editorial

Wess2000

Christopher Weßelmann

Chefredakteur vgbe energy

Windenergie im Aufwind – zuverlässig und sicher

Liebe Leserinnen und Leser,

die Energiewende stellt eine der größten Herausforderungen und gleichzeitig eine der bedeutendsten Chancen für unsere Zukunft dar. Ein zentraler Bestandteil dieser Transformation ist die Wind­energie, sowohl offshore als auch onshore. Beide bieten erhebliche Potenziale, um eine nachhaltige Energieversorgung zu unterstützen. Doch einher gehen auch erhebliche technische Herausforderungen.

Offshore-Windparks sind aufgrund ihrer Lage auf dem offenen Meer extremen Bedingungen ausgesetzt. Eine der großen Herausforderungen besteht in der Installation und späteren Wartung und Instandhaltung der Windkraftanlagen sowie der weiteren betrieblichen Offshoreeinrichtungen. Die hohe Korrosionslast durch das salzhaltige Meerwasser und die starken Winde – für die Energiegewinnung gewünscht – erfordern den Einsatz robuster Materialien und innovativer Schutztechnologien. Ein weiterer technischer Punkt betrifft die Errichtung der Fundamente. Diese müssen nicht nur das Gewicht der Anlagen tragen, sondern auch den enormen Kräften von Wellen und Strömungen standhalten. Hier kommen zunehmend sogenannte Jacket-Fundamente und Schwimmplattformen zum Einsatz, die flexibler und anpassungsfähiger sind als traditionelle Fundamente.

Onshore-Windenergie sieht sich ebenfalls mit Herausforderungen konfrontiert. Ein zentraler Punkt dabei liegt in der Standortwahl. Geeignete Standorte müssen nicht nur über ausreichende Windressourcen verfügen, sondern auch möglichst wenig Konfliktpotenzial mit Naturschutz- und Anwohnerinteressen aufweisen. Zudem erfordert die Errichtung von Windkraftanlagen auf unwegsamem Gelände spezielle Transport- und Errichtungsmethoden.

Zur Bewältigung der genannten Herausforderungen wurden in den letzten Jahren zahlreiche technologische Innovationen entwickelt. Im Offshore-Bereich gehören dazu fortschrittliche Korrosionsschutzsysteme, wie spezielle Beschichtungen und kathodischer Schutz, sowie die Entwicklung von Hochspannungsgleichstrom-Übertragungstechniken (HVDC), die eine effizientere Übertragung von Strom über weite Entfernungen ermöglichen.

Im Onshore-Bereich kommen zunehmend leistungsfähigere Windturbinen zum Einsatz, die zudem auch bei schwächeren Windbedingungen hohe Erträge liefern können. Desweiteren werden moderne Speichertechnologien wie Batteriespeicher und Power-to-X-Systeme entwickelt, die Überschüsse an Windstrom speichern und bei Bedarf wieder ins Netz einspeisen können – technische Lösungen zum Ausgleich der Volatilität von Wind.

Mit der zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung von Windenergieanlagen steigt auch die Bedeutung der Cybersicherheit sowohl für die vernetzten Offshore-Windparks mit gemeinsamer Infrastruktur als auch der Onshore-Windenergie. Windparks sind zunehmend auf digitale Steuerungs- und Überwachungssysteme angewiesen, die potenziell anfällig für Cyberangriffe sind. Um die Risiken zu minimieren, müssen robuste Cybersicherheitsmaßnahmen implementiert werden. Durch den Einsatz von Firewalls, Verschlüsselungstechnologien und regelmäßigen Sicherheitsupdates kann die IT-Infrastruktur gegen Angriffe abgesichert werden. Die kontinuierliche Überwachung der Netzwerke und Systeme auf verdächtige Aktivitäten sowie ein schnelles Reaktionsvermögen bei Zwischenfällen sind entscheidend, um Angriffe frühzeitig zu erkennen und abzuwehren. Die Schulung des Personals in Bezug auf Cybersicherheitsrisiken und -praktiken ist ebenfalls von großer Bedeutung, um menschliches Fehlverhalten zu minimieren.

Die Zukunft der Windenergie sieht vielversprechend aus. Technologische Fortschritte und sinkende Kosten machen Windkraftanlagen zunehmend wettbewerbsfähig. Zudem bieten neue Geschäftsmodelle wie Bürgerwindparks und Energiegemeinschaften die Möglichkeit, die Bevölkerung stärker in die Energiewende einzubeziehen und die Akzeptanz von Windenergieprojekten zu erhöhen.

Für die Energiewirtschaft ergeben sich somit zahlreiche und attraktive Chancen. Der Ausbau der Windenergie schafft nicht nur neue Märkte und Geschäftsfelder, sondern ermöglicht auch die Entwicklung innovativer Produkte und Dienstleistungen. Zudem bietet die Integration von Windenergie in intelligente Netze und die Kopplung mit anderen Sektoren wie Mobilität und Wärmeversorgung zahlreiche Synergien und Effizienzgewinne.

Insgesamt ist der Ausbau der Windenergie, sowohl offshore als auch onshore, ein zentraler Baustein für eine erfolgreiche Energiewende. Die technischen Herausforderungen sind erheblich, aber lösbar – vgbe energy e.V. und seine Mitgliedsunternehmen arbeiten an diesen und zeigen die technischen Lösungen durch erfolgreiche Gemeinschaftsinitiative auf. Mit innovativen Technologien und einem klaren politischen Rahmen können die Potenziale der Windenergie voll ausgeschöpft und ein entscheidender Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft geleistet werden.