Forschende aus Kiel erhöhen Leistung von Offshore-Windanlagen DBU fördert Projekt für mehr klimafreundliche Energie

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Die Energiewende in Deutschland ist in vollem Gange. Laut
Statistischem Bundesamt (Destatis) machten erneuerbarer Energien 2024 mehr
als 59 Prozent des hiesigen Strommixes aus. Den größten Anteil daran
leistet die Windenergie mit 31,5 Prozent. Die Bedeutung der Windkraft
betont auch die European Wind Energy Association (EWEA) mit dem von ihr
ins Leben gerufenen Global Wind Day am 15. Juni. Besonders Offshore-
Windkrafträder sollen in Deutschland und Europa in den kommenden Jahren
massiv ausgebaut werden.

Um die Leistung der klimaschonenden
Energieerzeugung zu erhöhen, hat die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
ein Projekt der Fachhochschule Kiel zur aerodynamischen Optimierung von
Rotorblättern mit rund 235.000 Euro gefördert.

Ehrgeizige Ausbauziele für die Offshore-Windkraft

Der Wind über dem Meer weht stetiger und im Mittel stärker als an Land.
Daher ist der auf Meeresflächen erzeugte Strom, die sogenannte Offshore-
Windkraft, beim Ausbau erneuerbarer Energien besonders gefragt. In den
deutschen Hoheitsgewässern in Nord- und Ostsee waren laut dem
Bundesverband Windenergie (BWE) Ende 2024 insgesamt 1.639 Windräder mit
einer Gesamtleistung von 9,2 Gigawatt (GW) installiert. Die Ausbauziele
sind ehrgeizig: Das 2017 bundesweit in Kraft getretene Windenergie-auf-
See-Gesetz sieht vor, dass bis 2030 mindestens 30 GW, bis 2035 mindestens
40 GW und bis zum Jahr 2045 mindestens 70 GW Energie aus dem Offshore-
Bereich stammen soll. 70 GW Offshore-Windenergie würden dann dem
Bundesverband Windenergie Offshore (BWO) zufolge jährlich etwa 220
Terawattstunden (TWh) Strom erzeugen. Zum Vergleich: 2024 wurden in
Deutschland laut Destatis – aus allen Energiequellen kombiniert – 431,5
Terawattstunden ins Stromnetz eingespeist.

Windkraft ökologisch ausbauen und optimieren

DBU-Generalsekretär Alexander Bonde: „Diese Pläne zum Ausbau der Offshore-
Windparks sind ein entscheidender Faktor in der Energiewende und können in
Zukunft einen großen Teil des deutschen Strombedarfs decken.“ Relevant
seien dabei ein „ökologisch verträglicher Ausbau der Windparks“ und die
„Optimierung der Windkraftanlagen durch innovative Technologien“, so
Bonde. Auch die Europäische Union (EU) zieht bei dem ambitionierten Ausbau
mit: Zahlen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW)
zufolge ist in der EU bisher 35 GW Offshore-Windleistung installiert. Die
Ausbauziele in der EU sind gleichfalls hochgesteckt: 163 GW bis 2030 und
300 GW bis 2050.

Kleine Änderungen ermöglichen große Leistungssteigerung

Die Effektivitätssteigerung bestehender Technologien ist für die Umsetzung
der Ausbauziele ein wichtiger Grundpfeiler. Dieser Aufgabe hat sich auch
ein von der DBU mit rund 235.000 Euro gefördertes Projekt der FH Kiel
verschrieben. Das Team um Projektleiter Prof. Dr. Alois Schaffarczyk
arbeitete an einer aerodynamischen Optimierung der Rotorblätter von Mega-
Windkraftanlagen. Schaffarczyk: „Moderne Windräder sind zwar schon nach
aerodynamischen Gesichtspunkten designt – doch besonders für den inneren
Teil der Rotorblätter an der Rotornarbe gibt es Optimierungspotenzial.“ In
Kooperation mit dem Unternehmen Deutsche Windguard Engineering GmbH aus
Varel und der Aerovide GmbH aus Rendsburg untersuchten die Forschenden ein
Rotorblatt der Zehn-Megawatt-Klasse. Diese Windkraftanlagen sind speziell
für den Offshore-Einsatz konzipiert, was auch an ihren beeindruckenden
Abmessungen deutlich wird: Die Nabenhöhe beträgt über 140 Meter, der
Durchmesser der Rotoren von der Laufbahn einer Spitze zur anderen umfasst
rund 200 Meter, die Rotorblätter sind mehr als 90 Meter lang. Der vom Team
untersuchte Bereich betrifft die inneren 15 Meter des Rotors, so der
Projektleiter. Schaffarczyk: „Bei solchen Dimensionen können auch schon
kleine Änderungen eine große Steigerung der effektiven Leistung
ermöglichen.“

Speziell gefertigte Rotor-Hinterkante: Forschenden gelingt
Leistungssteigerung durch Innovation

Genau dies ist dem Team um Schaffarczyk während der Projektlautzeit
gelungen: Dem Projektleiter zufolge reduziert eine speziell gefertigte
Rotor-Hinterkante den Widerstand im inneren Teil des Blattes deutlich:
„Alle Berechnungen und auch die Versuche im Windkanal haben belegt, dass
wir so eine Leistungssteigerung der Anlage um bis zu vier Prozent
erreichen.“ Außerdem habe das Team zusätzliche aerodynamische Hilfsmittel
verwendet, die beispielsweise bei Wartungsarbeiten auch nachträglich
installiert werden könnten und ebenfalls die Leistung steigerten.
Projektleiter Schaffarczyk: „Wenn die Ausbauziele für erneuerbare Energien
auch nur annähernd erreicht werden sollen, ist bereits die Steigerung der
Stromerträge um ein bis vier Prozent unverzichtbar. Denn allein dadurch
können zahlreiche zusätzliche Haushalte mit klimafreundlichem Strom
versorgt werden.“ Das sei ein „wichtiges Puzzleteil der Energiewende“. Die
Ergebnisse ihrer Untersuchungen haben die Forschenden frei zugänglich im
Internet veröffentlicht. Zudem plant das Unternehmen Aerovide die
Anwendung des innovativen Designs. Im Rahmen einer kommerziellen
Konzeptstudie wurde es laut Firmenangaben bereits in ein Rotorblatt
integriert, um eine komplette Anlagensimulation durchzuführen.