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Hoffnungsträger Multirotoren-Windanlagen
Im Interview erläutert Sven Störtenbecker, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der HAW Hamburg, das Potenzial von Multirotoren-Windanlagen.
EEHH: Bitte erläutern Sie uns das technische Konzept bzw. die Funktionsweise von Multirotoren-Windanlagen? Was ist das Besondere bzw. der Unterschied zu den herkömmlichen dreiflügligen Windanlagen?
Sven Störtenbecker: "Multirotor-Windenergieanlagen (MR-WEA) bieten die Möglichkeit, den Herausforderungen des stetigen Größenwachstums von Windenergieanlagen (WEA) entgegenzuwirken. Dazu gehören beispielsweise der wachsende Anteil des Eigengewichts bei den Blattlasten sowie die Fertigung und der Transport großer Komponenten. Anstatt eines großen Einzelrotors wird bei einer MR-WEA die gewünschte überstrichene Rotorfläche und damit Leistung durch mehrere, kleinere Rotoren erzielt. Aufgrund des sogenannten Square-Cube-Laws, das den Zusammenhang zwischen Oberfläche und Volumen von Körpern beschreibt und bereits von Galileo Galilei formuliert wurde, ist die Summe der Massen der kleinen Rotoren geringer als die des großen äquivalenten Einzelrotors. Allgemein und vereinfacht formuliert skaliert die Rotorfläche – und dementsprechend die Leistung und der Ertrag eines Rotors – mit dem Quadrat des Rotordurchmessers, während das Volumen – und damit die Masse sowie die Kosten – mit der dritten Potenz skaliert.
Alle Turbinen am Multirotor verfügen über einen eigenen Generator samt Regler und können so auf lokale Böen und Turbulenzen im Wind reagieren. Über einen Tragrahmen aus Stahl sind die Turbinen miteinander verbunden. Je nach Standort und Bedarf kann dieser Tragrahmen auf einer Floating-Plattform (Offshore) oder an einem Turm (On- oder Offshore) durch eine Fest-Loslager-Kombination angebracht sein. Die Windnachführung erfolgt über den gesamten Multirotor. Durch die Reduzierung der Masse an den Blättern werden insbesondere Faserverbundwerkstoffe eingespart. Der Stahl des Tragrahmens, der bei klassischen Einzel-WEA nicht vorhanden ist, ist gut recycelbar.
Mit einer nach heutigem Know-how designten Turbine von 0,5 bis 1 MW kann man je nach Bedarf seine Gesamtleistung zusammenstellen. Die Komponenten, insbesondere die Rotorblätter, sind kleiner und somit besser zu transportieren und zu fertigen. Skaleneffekte, wie man sie z. B. aus der Automobilindustrie kennt, würden dabei helfen, die Kosten und Fehlerraten der Komponenten durch Serienfertigung zu senken. Bei klassischen Einzelrotoren kann sich dieser Effekt aufgrund des stetigen Größenwachstums kaum einstellen. Untersuchungen, die auf hochaufgelösten Simulationen und Messungen basieren, zeigen, dass sich die Nachlaufströmungen (Wakes) hinter einer MR-WEA schneller erholen. MR-WEA könnten somit dichter in einem Windpark platziert werden, wodurch sich die knappen Aufstellflächen besser nutzen ließen."
EEHH: Wie sind Sie an der HAW Hamburg darauf gekommen, diese Multirotoren-Anlagen zu entwickeln? Was gab den Anstoß?
Sven Störtenbecker: "Das Multirotor-Thema ist durch Prof. Peter Dalhoff an die HAW Hamburg und das CC4E (Competence Center for Energy Transition) gelangt. Durch seine langjährige Arbeit beim Zertifizierer Germanischer Loyd, heutzutage DNV, wurde er durch den Forscher Peter Jamieson von Multirotoren begeistert. Im Forschungsprojekt „X-Multirotor“ wurden an der HAW Hamburg in Zusammenarbeit mit dem WEA-Hersteller Siemens Gamesa 20 MW Multirotor-Konzepte u. a. in Bezug auf die Anzahl der Rotoren und die Topologie sowie deren Auswirkung auf die Lasten beim Tragrahmen untersucht. In einem Folgeprojekt namens „X-Multirotor DfM (Design for Maintenance)” in Kooperation mit dem Energieversorgungsunternehmen EnBW lag der Fokus auf der Betriebs- und Wartungsphase von Offshore-Multirotoranlagen. Beide Projekte zeigten positive Aspekte sowohl bei den CAPEX als auch bei den OPEX von MR-WEA."
EEHH: Es hat sich zu diesem Thema eine kleine Community gebildet, die sich jährlich im Rahmen einer Konferenz trifft. Worum geht es genau bei diesen Events?
Sven Störtenbecker: "Im Jahr 2023 wurde von der HAW Hamburg in Zusammenarbeit mit der University of Strathclyde ein zweitägiges Multirotor-Seminar in Hamburg ausgerichtet. Die internationalen Vortragenden und Gäste kamen aus den Bereichen Forschung, Industrie und Zertifizierung. Das Seminar umfasste Vorträge aus aktueller Multirotor-Forschung, praktische Erfahrungen im Testen und Betrieb von Multirotoren sowie Podiumsdiskussionen und Networking. Nach weiteren Ausgaben 2024 in Strathclyde und 2025 in Hamburg wird die nächste Ausgabe Anfang 2027 wieder in Strathclyde durchgeführt werden. Die Folien der Präsentationen vom Multirotor-Seminar 2025 können auf dem HAW-Reposit abgerufen werden."
https://reposit.haw-hamburg.de/cris/events/events10400"
EEHH: Sehen Sie eine kommerzielle Zukunft für die Multirotoren? Gibt es eventuell bereits Länder bzw. Märkte, wo diese verstärkt eingesetzt werden?
Sven Störtenbecker: "Der chinesische WEA-Hersteller Mingyang hat 2024 einen Floating-Dual-Rotor mit 2*8,3 MW (OceanX) in Betrieb genommen und Ende 2025 Pläne für eine 2*25 MW Multirotor-Anlage auf Basis desselben Designs bekannt gegeben. Das zugrundeliegende Konzept wurde vom norddeutschen Ingenieurbüro aerodyn unter dem Namen nezzy² entwickelt und zunächst in kleinerem Maßstab in der Ostsee getestet.
Einen anderen Multirotor-Ansatz verfolgt das norwegische Unternehmen Wind Catching Systems. Dort wird in den nächsten Jahren mit staatlicher Förderung ein schwimmendes Offshore-Multirotor-System mit 40*1 MW entwickelt und voraussichtlich vor der norwegischen Küste errichtet. Weitere Beispiele aus der Industrie, die sich mit jeweils eigenen Ansätzen mit der Entwicklung und dem Betrieb von Multirotor-Systemen beschäftigen, sind EnerOcean und Myriad.
Multirotor-Windenergieanlagen zeigen also nicht nur aus Forschersicht das Potenzial, die Stromgestehungskosten zu senken; sie werden aktuell auch vonseiten der Industrie entwickelt und getestet."
Vielen Dank für das spannende Interview!
Quellen für weitere Informationen:
Über Astrid Dose
Reden, schreiben und organisieren – und das mit viel Spaß! So sehen meine Tage beim EEHH-Cluster aus. Seit 2011 verantworte ich die Öffentlichkeitsarbeit und das Marketing des Hamburger Branchennetzwerkes. Von Haus aus bin ich Historikerin und Anglistin, mit einem großen Faible für technische Themen.
