Energiewende-Forschung Open Source: Projekt zur Leistungssteigerung von Offshore-Windanlagen
Um die Leistung der Windenergie-Erzeugung auf See zu erhöhen, hat die DBU ein Projekt der FH Kiel zur aerodynamischen Optimierung von Rotorblättern gefördert. Die Ergebnisse ihrer Forschung hat das Team frei zugänglich im Internet veröffentlicht.
23.06.2025 – Laut Statistischem Bundesamt (Destatis) machten Erneuerbare Energien 2024 rund 59 Prozent des hiesigen Strommixes aus. Den größten Anteil daran leistet demnach 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. Offshore-Windkrafträder sollen demnach in Deutschland und Europa in den kommenden Jahren massiv ausgebaut werden, berichtet die Bundesstiftung Umwelt (DBU). Um die Leistung der klimaschonenden Energieerzeugung zu erhöhen, hat die DBU nun ein Projekt der Fachhochschule Kiel zur aerodynamischen Optimierung von Rotorblättern mit rund 235.000 Euro gefördert.
Ehrgeizige Ausbauziele für die Offshore-Windkraft
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 optimieren
„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,“ sagt DBU-Generalsekretär Alexander Bonde: 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 die Fachhochschule (FH) Kiel verschrieben. Das Team um Projektleiter Prof. Alois Schaffarczykarbeitete an einer aerodynamischen Optimierung der Rotorblätter von Mega-Windkraftanlagen. „Moderne Windräder sind zwar schon nach aerodynamischen Gesichtspunkten designt – doch besonders für den inneren Teil der Rotorblätter an der Rotornarbe gibt es Optimierungspotenzial“, erläutert Schaffarczyk. 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: „Bei solchen Dimensionen können auch schon kleine Änderungen eine große Steigerung der effektiven Leistung ermöglichen.“
Speziell gefertigte Rotor-Hinterkante: Forschenden gelingt Leistungssteigerung
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. „Wenn die Ausbauziele für Erneuerbare Energien auch nur annähernd erreicht werden sollen, ist bereits die Steigerung der Stromerträge um ein bis vier Prozent unverzichtbar“, sagt der Projektleiter. Denn allein dadurch könnten zahlreiche zusätzliche Haushalte mit klimafreundlichem Strom versorgt werden. Das sei ein „wichtiges Puzzleteil der Energiewende“.
Forschungsergebnisse Open Source
Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen haben die Forschenden frei zugänglich im Internet veröffentlicht. Zudem plant das Unternehmen Aerovide die Anwendung des innovativen Designs, berichtet das Forscherteam. Im Rahmen einer kommerziellen Konzeptstudie wurde es laut Firmenangaben bereits in ein Rotorblatt integriert, um eine komplette Anlagensimulation durchzuführen.
