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Das C4-Gerät von CorPower Ocean, das sich nun im kommerziellen Maßstab auf dem exponierten Atlantik-Testgelände bewährt hat, hat seine einzigartige Fähigkeit unter Beweis gestellt, sich je nach Seegang abzustimmen und zu verstimmen, die Reaktion auf extreme Sturmwellen (bis zu 18,5 m) zu begrenzen und gleichzeitig die Bewegung und die Energiegewinnung in normalen Wellen mithilfe einer neuartigen Phasensteuerungstechnologie zu verstärken.
Bereit zur Einführung
Dieser Fortschritt ist ein entscheidender Meilenstein für die Wellenenergie, da er die beiden größten Hindernisse aus dem Weg räumt, die einer kommerziellen Nutzung bisher im Wege standen: Überlebensfähigkeit und effiziente Stromerzeugung unter normalen Meeresbedingungen. Der Wendepunkt ist ein deutliches Signal dafür, dass die Wellenenergie für eine breite Einführung bereit ist.
Seit der Inbetriebnahme im August 2023 wurden alle Schlüsselaspekte der C4-Systemfunktionen erfolgreich verifiziert, einschließlich der Stromeinspeisung in das Netz, der automatischen Steuerung und Überwachung des Systems sowie der sicheren Betriebs- und Wartungsmethoden.
Die gesammelten Daten ermöglichten die Kalibrierung des digitalen Zwillings, eines umfangreichen numerischen Modells, das zur Vorhersage des Systemverhaltens verwendet wird. Die gemessenen Bewegungs- und Leistungsdaten der mit der neuartigen „WaveSpring“-Phasensteuerung arbeitenden Maschine übertrafen die Vorhersagen des digitalen Zwillings für die verwendeten Maschineneinstellungen leicht.
Die erste Betriebsphase wurde erfolgreich abgeschlossen, indem das C4-Gerät abgekoppelt und für den ersten geplanten Wartungszyklus zurück zur Landbasis von CorPower Ocean in Viana do Castelo geschleppt wurde. Diese Demonstration effizienter O&M-Methoden ist eines der Hauptziele des C4-Errichtungsprogramms, um in Zukunft den Ausbau von Wellenparks im Versorgungsmaßstab zu unterstützen. Nach Abschluss des ersten Kontroll- und Wartungszyklus an Land wird die C4 am Standort Agucadoura wieder eingesetzt und das Demonstrationsprogramm fortgesetzt.
Überlebensfähigkeit bei Stürmen
Die Überlebensfähigkeit des C4 WEC wurde durch die Bewältigung von vier großen Stürmen verifiziert, wobei die Fähigkeit zur Wiederaufnahme des Betriebs und der Stromeinspeisung in das Netz nach jedem Sturm bestätigt wurde. Zur Erinnerung: CorPower C4 arbeitete zuverlässig während der Stürme Babet und Aline.
Der energiereichste Zeitraum war der 4. November, als der Sturm Domingos die Anlage mit Wellenhöhen von bis zu 18,5 m überschwemmte, was nach Angaben des Hydrographischen Instituts von Portugal einen historischen Rekord für die nördliche Region darstellt. Die CorPower C4 stellte einen neuen Rekord für die Überlebensfähigkeit bei Stürmen auf.
CorPower Ocean und seine Partner des Pilot Access Program (PAP) konnten die Konstruktionsprinzipien für den robusten Betrieb bei extremen Wellen, die der Survival-Modus der CorPower C4 bietet, verifizieren. Beim Betrieb im verstimmten Survival-Modus, dem natürlichen Zustand des Systems, zeigte das Gerät eine sehr geringe Reaktion auf auftreffende Wellen, obwohl der WEC-Rumpf während dieser Stürme regelmäßig bei Wellenspitzen vollständig untergetaucht wurde.
Grafik 1 zeigt die blaue Kurve die von den bordeigenen Sensoren am 4. November 2023 geschätzte Wellenhöhe mit Wellen bis zu 18,5 m, während die grüne Kurve die von den Getriebegebern gemessene Bewegung der Anlage mit einer Genauigkeit von höchstens einigen Dezimetern zeigt.
Die geringe Maschinenbewegung (im Dezimeterbereich) in diesen extremen Wellen bestätigt die Wirksamkeit des Verstimmungsprinzips, das im Überlebensmodus verwendet wird, mit einer fast zwei Größenordnungen geringeren Maschinenbewegung im Vergleich zu den einfallenden Wellen. Der Nachweis einer sehr geringen Reaktion auf Sturmwellen wird als eines der wichtigsten Ergebnisse der bisherigen C4-Ozean-Demonstration angesehen. Die Überlebensfähigkeit bei Sturm war in der Vergangenheit eine der größten Herausforderungen für Wellenenergieanlagen.
Abstimmung und Umstimmung – ein Schlüsselmerkmal für wettbewerbsfähige Wellenenergie
Die Ergebnisse zur Überlebensfähigkeit können mit den gemessenen Daten verglichen werden, wenn C4 im abgestimmten Modus betrieben wird, bei dem eine Maschinenbewegung von bis zu 3 m bei 1 m einfallenden Wellen beobachtet wurde. Durch die Aktivierung der WaveSpring-Phasenkontrolltechnologie beginnt das System in Phase mit den Wellen zu schwingen, was nachweislich die Reaktion der Maschine auf die einfallenden Wellen stark verstärkt.
Die Fähigkeit, das Gerät entsprechend den Meeresbedingungen abzustimmen und zu verstimmen, um die Reaktion auf Stürme zu begrenzen und die Bewegung und den Energiegewinn bei regelmäßigen Wellen zu verstärken, wurde während der Betriebszeit des C4 in Agucadoura deutlich demonstriert. Die Verifizierung der verstärkten Bewegung und des Leistungseinzugs durch das Phasenkontrollsystem wird als ein wichtiges Ergebnis des HiWave-5-Demonstrationsprojekts angesehen.
Die Abstimmungs- und Umstimmungsfunktion der WECs von CorPower Ocean kann mit Windturbinen verglichen werden, bei denen alle modernen Turbinen über eine Funktion zur Verstellung der Rotorblätter verfügen, um die Reaktion auf die Windbedingungen zu ändern und so die Belastung bei Stürmen zu begrenzen, während der Ertrag bei normalen Bedingungen optimiert wird. Wir glauben, dass eine solche Funktion auch für die Wellenenergie von entscheidender Bedeutung ist, um sie zu einer zuverlässigen und wettbewerbsfähigen Quelle für saubere Energie zu machen.
Leistung
Während des Inbetriebnahmezeitraums lag das Hauptaugenmerk auf der Überprüfung des sicheren und zuverlässigen Betriebs unter allen Meeresbedingungen und auf der strengen Prüfung aller Systemfunktionen. Das Gerät wurde mit einem begrenzten Bewegungsumfang betrieben, der zusätzliche Sicherheitsmargen durch Begrenzung der maximal zulässigen Geschwindigkeit und des Maschinenhubs bietet. Ein robuster, aber einfacher Leistungsregler wurde während des größten Teils des Zeitraums zur Steuerung der Maschine verwendet. Es wurde ein Leistungsexport von bis zu 600 kW Spitzenleistung aufgezeichnet (Grafik 2).
Es hat sich gezeigt, dass die Konfiguration des elektrischen Antriebsstrangs die Spitzenleistung auf etwa 600 kW begrenzt. Während des ersten Wartungszyklus an Land sind Anpassungen am Antriebsstrang geplant, um die Leistungskapazität auf 850 kW zu erhöhen. Aufgrund des begrenzten Bewegungsbereichs und der Leistungsbegrenzung auf 600 kW wurde der abgestimmte Betrieb während dieser ersten Betriebsperiode auf gemäßigte Seebedingungen beschränkt. In den Seegebieten, in denen der abgestimmte Betrieb verifiziert werden konnte, lag die gemessene Leistung leicht über den Vorhersagen des digitalen Zwillings bei gleichen Maschineneinstellungen.
Kalibrierung des digitalen Zwillings
Der digitale Zwilling (ein detailliertes numerisches Modell) des Systems wurde anhand der gemessenen Daten über Bewegung, Leistung und interne Maschinendynamik kalibriert. Es wurde festgestellt, dass die Energieumwandlungskette genau dargestellt wird, mit einer engen Übereinstimmung zwischen gemessenen und simulierten Daten, die eine typische Anpassungsgüte im Bereich von 96-99 Prozent aufweist. Dies deutet darauf hin, dass die Komponenten des Nebenantriebs mit den entsprechenden Verlusten und Wirkungsgradkennfeldern genau dargestellt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass die hydrodynamischen Modelle die Leistungsabsorption durch die Meereswellen in den WKA-Rumpf leicht unterschätzen, was dazu führte, dass die gemessenen Bewegungen und die Leistung im Meer leicht über den Vorhersagen des digitalen Zwillings lagen, und zwar für die gemessenen Seegänge und die spezifischen Maschineneinstellungen.
Es ist zu erwarten, dass die nichtlinearen Korrekturfunktionen des hydrodynamischen Modells in Zukunft auf der Grundlage der gemessenen Daten und der laufenden Forschung zur nichtlinearen Hydrodynamik in Zusammenarbeit mit führenden akademischen Gruppen angepasst werden.
Fernüberwachung und -steuerung
Die Funktionen für die Fernüberwachung und -steuerung wurden vom Kontrollzentrum von CorPower Ocean aus überprüft. Das C4-System wurde anfangs rund um die Uhr von Bedienern überwacht, was später auf regelmäßige Kontrollen reduziert werden konnte, da das Inbetriebnahmeprogramm fortschritt und das Überwachungssystem im Falle von Ereignissen, die Aufmerksamkeit erfordern, Alarme an die Bediener sendete.
Der Umack-Anker
Der erste kommerzielle Umack-Anker, der von CorPower Ocean in Zusammenarbeit mit europäischen Partnern entwickelt wurde, wurde am Standort Agucadoura mit einem sandigen Meeresboden in 45 m Tiefe installiert. Während des ersten Betriebszyklus, bei dem das C4-Gerät mit dem Umack-Anker verbunden war, wurde eine stabile Stationshaltung nachgewiesen.
Betrieb und Wartung (O&M)
Die Methoden für das Abschleppen und Anschließen des C4-Systems wurden im August 2023 beim Einsatz des Wellenenergiekonverters von CorPower Ocean in Portugal erfolgreich demonstriert. Danach konnten die Methoden für den bemannten Offshore-Zugang zum System von dritten Sicherheitsgutachtern überprüft und genehmigt werden, was es den Technikern von CorPower Ocean ermöglichte, vor Ort auf die Maschine zuzugreifen, um interne Inspektionen und kleinere Eingriffe vorzunehmen.
Nach Abschluss der Testfälle der ersten Inbetriebnahmephase wurden die Methoden zum Lösen und Zurückschleppen des Geräts für einen geplanten Kontroll- und Wartungszyklus an Land erfolgreich demonstriert. Zum Lösen des Geräts muss eine Schnellverbindung zwischen dem Boden des Verankerungssystems und dem Umack-Anker ferngesteuert werden, damit das Gerät auftauchen kann. Die Betriebszeit hat wertvolle Erkenntnisse über O&M-Methoden für einen effizienten und kostengünstigen Betrieb von Wellenkraftwerken im Versorgungsmaßstab in der Zukunft gebracht.
Nächste Schritte
Das C4-System durchläuft nun eine geplante Check-up-Sequenz an Land. Auf der Grundlage der Erkenntnisse aus dem ersten Betriebszyklus werden auch Anpassungen und Aufrüstungen vorgenommen. Nach Abschluss der Arbeiten wird das System in Agucadoura wieder in Betrieb genommen und eine Hochlaufphase durchlaufen, um die volle Leistungskapazität zu demonstrieren und weitere Fortschritte bei den Kontrollmethoden zu erzielen. Nach Abschluss des Inbetriebnahmeprogramms wird eine Leistungsbewertungsphase gemäß der Norm IEC/TS 62600-100 eingeleitet.
Dieser Artikel wurde mit Deepl aus dem Englischen übersetzt.
