mini|Hywind, der erste Prototyp einer schwimmenden Multimegawatt-Windenergieanlage mit Serviceponton (2009)
Eine schwimmende Windkraftanlage ist eine Windkraftanlage (WKA), die als schwimmendes Bauwerk in einem Gewässer ausreichender Tiefe von hydrostatischem Auftrieb eines Auftriebskörpers an der Gewässeroberfläche gehalten wird.
Schwimmende Windkraftanlagen werden typisch nur in stehenden Gewässern, also Meeren und Stillgewässern, errichtet. Sie können Orte mit größerer Wassertiefe, also ferner von Küsten und Ufern, nutzen als am Gewässergrund stehende Offshore-Windkraftanlagen, die nur in flacheren Randmeeren wie der Nordsee platziert werden können.
Ortsfest gehaltene Bauwerke in Fließgewässern können Leistung eher aus der Nutzung der Gewässerströmung gewinnen.
Damit sich eine typisch unter Wasser verlaufende elektrische Leitung (mehrpoliges Kabel oder mehrere einpolige Kabel, hohe elektrische Spannung) nicht verdrillt, muss die WKA verdrehfest gehalten werden.
Damit die Wasserwellen weniger Angriffsfläche finden, wird der Auftriebskörper von Ankerseilen rundum ein Stück unter die Wasseroberfläche gezogen, sodass nur der schlanke Mast die Wellenzone durchdringt.
Allgemeines
Schwimmende Windkraftanlagen spielen bisher weltweit nur eine geringe Rolle: Ende 2021 betrug die weltweit installierte Gesamtleistung aller schwimmenden Windkraftanlagen 139 MW, verglichen mit insgesamt mehr als 55.000 MW an installierter Offshore-Windkapazität. Mitte 2020 hatte die kumulierte Leistung noch bei 73 MW bzw. 84 MW in 16 Projekten gelegen, wobei die Gesamtleistung der damals geplanten Projekte weltweit bei 7,66 GW lag. In den Meeresgebieten um Schottland wurde im Januar 2022 eine Gesamtleistung von rund 15 GW an schwimmenden Anlagen ausgeschrieben. Insgesamt waren Stand Dezember 2022 schwimmende Offshorewindparks mit einer Gesamtleistung von 185 GW in Planung.
Technik mini|Verankerungsmethoden in der Erdöl- und Erdgas-Industrie
Die verschiedenen Konzepte unterscheiden sich zum einen darin, ob eine schwimmende Struktur eine einzelne Windkraftanlage oder mehrere Windkraftanlagen trägt, und zum anderen in der Art der Stabilisierung der Plattform gegen Kippmomente: ballaststabilisierte Spierenbojen (), formstabile Halbtaucher oder steif verankerte Tension-Leg Plattformen (TLP), alle bereits in der Erdöl- und Erdgasindustrie üblich.Die Firma Bladt baut Fundamente für gesamte Offshore-Infrastruktur: Gas, Öl und Wind
Projekte für Einzelanlagen Siehe auch diese Liste der schwimmenden Windkraftanlagen.
Bei Einzelanlagen wird eine einzelne Windkraftanlage auf eine schwimmende Unterkonstruktion gesetzt und am Meeresboden verankert. Die Anlagen verfügen über die klassische Windrichtungsnachführung. Die niederländische Blue H Technologies erprobte 2008 eine TLP mit Schwereankern in 113 Metern Tiefe, 21 km vor Brindisi. Mit ihrem 80-kW-Generator gilt sie als erste schwimmende Windkraftanlage, wenn auch ohne Netzanschluss.Armin Lessner: Wie ein Korken im Wasser. Erneuerbare Energien, Februar 2010. Nach einer Designstudie für eine 5-MW-Anlage 2009/2010ETI: Deep Water – Executive Summary. 2011, doi:10.5286/UKERC.EDC.000805. wurde das Konzept nicht weiter verfolgt.Blue H Engineering: Blue H Engineering – Introduction. März 2017. Der norwegische Erdölkonzern Equinor setzt mit seinem Hywind-Projekt auf Spierenbojen: Hywind Demo wurde 2009 im norwegischen Åmøy-Fjord bei Stavanger installiert. Auf dem zylindrischen Schwimmkörper mit 100 m Tiefgang und 5300 t Wasserverdrängung hat die verwendete Windkraftanlage des Typs Siemens SWT-2.3-82 (82 m Durchmesser; 2,3 MW Nennleistung) eine Nabenhöhe von 65 m. In den Folgejahren lief die Anlage ohne größere Zwischenfälle bei Windstärken bis 44 m/s und Wellenhöhen bis 19 m und lieferte im windreichen Jahr 2011 10,1 GWh (entsprechend etwa 4400 Volllaststunden).Nenad Keseric (Statoil): . Präsentation in: The 2nd Norway-Taiwan Joint Business Council Meeting, 14. Mai 2014, Oslo. Für Hywind Scotland, den weltweit ersten Windpark aus schwimmenden Windkraftanlagen, wurden 2017 fünf 6-MW-Anlagen (SWT-6.0-154) etwa 25 Kilometer vor der schottischen Küste verankert.Siemens liefert Offshore-Windturbinen für schwimmenden Windpark. In: Schiff & Hafen, Heft 1/2016, S. 29.Die Installation von Hywind Der Ertrag liegt über den Erwartungen.Floating wind farm records UK's top results for potential output again. BBC, 23. März 2021. Der 88-MW-Windpark Hywind Tampen aus elf Anlagen, verankert in bis zu 300 m Tiefe,Equinor: The Hywind Tampen project. Abgerufen am 21. August 2022. versorgt seit 2023Equinor: Equinor second quarter 2022. die norwegischen Öl- und Gasfelder Snorre und Gullfaks mit Strom. Das Projekt wurde zu mehr als der Hälfte öffentlich finanziertBusinessPortal Norwegen: Premierminister Støre präsentiert fünf Prinzipien bei der Entwicklung der norwegischen Offshore-Windindustrie. 8. Juni 2022. und kostete 7,4 Milliarden Kronen (640 Millionen Euro). Es wurde am 24. August 2023 offiziell eingeweiht.Norwegen eröffnet weltgrößten schwimmenden Windpark (dpa/AFP/Bloomberg) mini|Windfloat-Prototyp Das von EDP Renewables vorangetriebene Windfloat-Projekt setzt auf Halbtaucher mit drei Schwimmkörpern: Ein Prototyp mit einer 2-MW-Anlage von Vestas wurde 2011 bei Aguçadoura vor der Küste von Portugal installiert und über fünf Jahre erprobt.Principle Power's WindFloat Prototype - Das Windfloat-Konzept auf YouTube. Der Windpark Windfloat Atlantic umfasst drei 8,4-MW-Anlagen, die 2019/2020 in bis zu 100 m Tiefe 20 km vor dem portugiesischen Viana do Castelo verankert wurden, und lieferte im ersten Betriebsjahr 75 GWh. Das Projekt wurde öffentlich gefördert: 60 Mio. Euro Kredit von der Europäischen Investitionsbank, knapp 30 Millionen Euro aus dem EU-Programm NER300 und 6 Mio. Euro vom Staat Portugal.edp: Floating offshore wind-power generating platform. 2022. 50 MW: Mit Kincardine wurde 2021 der bis dahin weltgrößte schwimmende Offshore-Windpark in Schottland fertiggestellt. Er befindet sich 15 km vor der Küste von Aberdeen. Im Rahmen des Projekts Goto ocean energy des japanischen UmweltministeriumsStadt Gotō 「五島市海洋エネルギー」 (Japanisch, abgerufen am 8. Dezember 2013) wurden ab Juni 2012 ein 1:2-Modell (100 kW) und ab Oktober 2013 der Prototyp einer 2-MW-Anlage vor der Gotō-Insel Kaba () erprobt. Es handelt sich um einen Lee-Läufer mit 56 m Nabenhöhe auf einer hybriden Spar-Plattform (oben Stahl, unten Spannbeton) mit 76 m Tiefgang.Tomoaki Utsunomiya et al.: Design and Installation of a Hybrid-Spar Floating Wind Turbine Platform. Proceedings of the ASME 2015 34th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, Mai/Juni 2015, St. John’s, Newfoundland, Canada, doi:10.1115/OMAE2015-41544 (). Am Teststandort gab es nur eine 600-kW-Leitung. Für den kommerziellen Betrieb wurde die Anlage verlegt und liefert seit April 20164C Offshore: Events on Sakiyama 2-MW Floating Wind Turbine. 26. März 2016. der Gotō-Hauptinsel Fukue-jima Strom für umgerechnet 0,29 €/kWh. Im Rahmen von Fukushima FORWARD des japanischen Wirtschaftsministeriums entsteht ein Offshore-Windpark vor der Küste der Präfektur Fukushima. Er besteht zurzeit aus einer 2-MW-Anlage (seit Dezember 2013), einer 7-MW-Anlage (seit Dezember 2016) auf Halbtauchern sowie einer 5-MW-Anlage (seit März 2017) und einer Umspannplattform (22/66 kV, 25 MVA, seit 2013) auf Spar-Plattformen.Fukushima Floating Offshore Wind Farm Demonstration Project (Fukushima FORWARD)Japan Wind Power Association: . 28. Februar 2017. Das Nautica-Konzept: Nautica Windpower verfügt als Lee-Läufer mit einem Zweiblattrotor über eine passive Windausrichtung, eine nicht drehbare (somit besondere robuste Gondel), zeichnet sich durch große Flexibilität und schnelle, kostengünstige Montage auf See aus.Nautica Windpower als ZweiflüglerVideo-Animation über Nautica Windpower V-förmige Ausleger nach Lee enden in halbtauchenden Auftriebskörpern, ein einzelnes Tension-Leg greift am nach unten verlängerten Turm an. SCDnezzy wurde von aerodyn entwickelt und 2014 vorgestellt, just als Lizenznehmer Ming Yang Wind Energy einen fest gegründeten 6-MW-Prototyp mit Zweiblattrotor installierte. Für die schwimmende Variante waren 8 MW auf einem Y-förmigen, von drei Bojen balancierten Halbtaucher angedacht, wobei die am Ende des längeren der drei Arme schräg angreifende Zugkraft der Verankerung in die Abspannung zum Turmkopf übergehen soll.Neue Energie: Schwimmende Windkraftanlage als Zweiflügler mit 8 MW Bisher wurde nur ein Modell im Maßstab 1:36 getestet. Vor kurzem wurde das bislang leistungsstärkste schwimmende Windkraftsystem mit einer Leistung von knapp 17 MW im Meer verankert. Zwei Rotoren auf einer schwimmenden Plattform mit einer Leistung von knapp 17 MW Ideol hat ein ringförmiges, schwimmendes Fundament mit quadratischem Grundriss entwickelt, das aus Beton oder Stahl hergestellt werden kann. Ein erster Prototyp aus Beton wurde im Rahmen des EU-geförderten Floatgen-Demonstrationsprojektes mit einer Vestas V80 Windenergieanlage vor der französischen Atlantikküste bei Le Croisic in 33 m Wassertiefe verankert und im August 2018 in Betrieb genommen. In Lizenz hat Hitachi Zosen einen weiteren Prototyp aus Stahl gebaut,Bruno Geschier (Ideol): Expertise Hub VIDEO: Concrete Floating Foundations More Durable and Cost-Effective (Ideol). 23. August 2017. der ebenfalls im August 2018 in Betrieb genommen wurde. In Frankreich werden drei 10-MW-Anlagen vor Gruissan installiert,Mariyana Yaneva: Quadran, Senvion consortium wins French tender for pilot floating wind power projects. Renewables Now, 25. Juli 2016. in Japan und Schottland sollen es gleich kommerzielle Windparks werden.Joshua S Hill: Macquarie signs up to co-develop Japanese floating wind farm. RenewEconomy, 1. Mai 2018.Buchan Offshore Wind, abgerufen im Juli 2023. Bei dem von der GICON GmbH entwickelten schwimmenden Offshore-Fundament (SOF) handelt es sich um eine spezielle Lösung einer Tension-Leg Platform.GICON-SOF 1 Das GICON-SOF besteht aus einem Tragwerk mit Auftriebskörpern aus Beton, das über Seile an einem schwimmfähigen Schwergewichtsanker aus Beton am Meeresboden verankert wird. Die Windenergieanlagen können bereits im Ausrüstungshafen auf die SOF montiert werden und schwimmend zu ihrem vorgesehenen Standort gebracht werdenTransport und Installation des GICON®-SOF, sodass durch den Verzicht auf den Einsatz von Errichterschiffen Kosteneinsparungen erreicht werden können.Frank Adam u. a.: Entwicklung eines Fundaments für Offshore-Windenergieanlagen aus Stahl-Beton-Verbundbauteilen. In: Schiff & Hafen, Heft 11/2016, S. 40–43, China betreibt mittlerweile ebenfalls einen ersten Prototyp einer schwimmenden Windkraftanlage im Meer. Erste schwimmende Windkraftanlage im chinesischen Meer Das X1-Konzept sieht einen Lee-Läufer an einem Dreibein vor, das passiv der Windrichtung folgend um eine TLP schwenkt. Ein 1:5-Modell (Vestas V29) wird vor Gran Canaria installiert.
Konzepte für Mehrfachanlagen Es existieren auch Konzepte, bei denen sich nicht Gondel und Rotor einer einzelnen Windkraftanlage in den Wind drehen, sondern die ganze schwimmende Plattform. Das erlaubt die Montage mehrerer Windkraftanlagen auf derselben Plattform ohne gegenseitige Windabschattung und die Verwendung von schlanken, abgespannten Masten mit aerodynamischem Profil. Die Ausrichtung der Plattform muss bei Ausfall einer (äußeren) Anlage oder bei unterschiedlichen Richtungen von Wind- und Meeresströmungen (Gezeiten) gegebenenfalls aktiv korrigiert werden.