Energieunternehmen weltweit entwickeln langlebigere und effizientere Anlagen für erneuerbare Energien, um die globale grüne Wende zu beschleunigen. In den letzten Jahrzehnten wurden erhebliche Fortschritte erzielt, mit größeren und widerstandsfähigeren Windrädern sowie resilienteren Solarmodulen. Da diese Forschung weitergeht, könnten mehrere aufkommende Innovationen die Produktion erneuerbarer Energien in den kommenden Jahren deutlich steigern.

Die globalen Neuinstallationen an Windenergie werden voraussichtlich 160 GW im Jahr 2026 erreichen, da Länder weiterhin in saubere Energie investieren, laut einer Januar-Analyse von Wood Mackenzie. Dies entspricht einem Rückgang von 6 Prozent gegenüber 2025, als ein Rekordwert von 170 GW installiert wurde. Die Forschungsberatung führte den Rückgang teilweise auf den Abschluss eines fünfjährigen Entwicklungszyklus in China zurück. Die Vereinigten Staaten werden voraussichtlich 46 GW neue Windenergiekapazität zwischen 2025 und 2029 hinzufügen, allerdings könnten politische Maßnahmen der Trump-Regierung, die die Windenergieentwicklung behindern, den US-Windsektor negativ beeinflussen.

In den letzten zehn Jahren haben umfangreiche Investitionen in Forschung und Entwicklung bedeutende Fortschritte in der Windturbinentechnologie vorangetrieben. Forscher haben das Rotorblattdesign verbessert, während Unternehmen Offshore- und Schwimm-Technologien, Smart-Grid-Integration und Batteriespeicher eingesetzt haben, um die saubere Energieerzeugung zu steigern. Diese Bemühungen wurden durch günstige politische Rahmenbedingungen in mehreren Ländern unterstützt, die sowohl Onshore- als auch Offshore-Windprojekte fördern.

Moderne Windturbinen bestehen in der Regel aus einem Rotor mit zwei oder drei Rotorblättern, die auf einer Nabe montiert sind. Diese Blätter sind aerodynamisch so konstruiert, dass sie die kinetische Energie des Windes beim Drehen einfangen. Der Wind versetzt den Rotor in Rotation und wandelt Windenergie in mechanische Energie um, die über eine Welle in ein Getriebe übertragen wird, welches die Drehzahl erhöht und einen Generator antreibt. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie für die Netzeinspeisung um.

Das Rotorblattdesign hat sich dramatisch verbessert. Neue Turbinen verfügen über größere, leichte Rotorblätter, die selbst bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten mehr Windenergie einfangen können, was die Bandbreite geeigneter Standorte erweitert. Einige der größten Turbinen der Welt, wie die GE Haliade-X, haben einen Rotordurchmesser von 220 Metern. Forscher haben zudem fortschrittliche Technologien in die Blätter integriert, darunter Sensoren und Aktuatoren, die den Blattwinkel in Echtzeit anpassen, um die Energieerzeugung zu optimieren. Auch werden Turbinen immer höher, wobei einige eine Höhe von 150 Metern überschreiten. Moderne Turbinen erzielen mittlerweile über 15 MW pro Einheit, was bedeutet, dass weniger Turbinen benötigt werden, um große Mengen an sauberem Strom zu erzeugen. Die Vergrößerung der Turbinen ist zu einer zentralen Strategie zur Senkung der Stromgestehungskosten von Windenergie geworden, da größere Einheiten die Kapital- und Installationskosten über eine höhere Stromerzeugung verteilen.

Bei der Offshore-Windenergie sind besonders bedeutende Fortschritte zu verzeichnen. Das spanische Start-up Optimised Generators hat im Rahmen des von der EU geförderten LIGHTWIND-Projekts einen 15-MW-Windturbinengenerator entwickelt, der kostengünstiger, leichter und einfacher zu reparieren ist als aktuelle Modelle. Diese Entwicklung wird voraussichtlich die schwimmende Offshore-Windtechnologie voranbringen.

Ein Großteil des weltweiten Potenzials für Offshore-Windenergie liegt in Gewässern tiefer als 60 Meter – zu tief für fest verankerte Turbinen. Länder wie Japan, die Vereinigten Staaten und mehrere europäische Nationen verfügen über bedeutende Tiefwasserküsten, wo Schwimmtechnologie Ressourcen erschließen könnte, die für fest verankerte Anlagen unerreichbar sind. Unternehmen setzen zunehmend schwimmende Offshore-Turbinen in diesen Gewässern ein, jedoch haben Herausforderungen wie komplexe Installationen, hohe Reparaturkosten und top-schwere Gondeln eine breitere Einführung eingeschränkt. Das OptiGen-Design könnte Energieunternehmen helfen, einige dieser Hindernisse zu überwinden und die weitere Entwicklung von schwimmenden Windparks zu fördern, laut dem EU-Forschungsportal CORDIS.

In China haben Forscher erfolgreich eine luftgestützte Turbine getestet, die in der Höhe schwebend Strom erzeugen kann. Das S2000 Stratosphere Airborne Wind Energy System wurde in 2.000 Metern Höhe in der südwestchinesischen Provinz Sichuan getestet, wobei Forscher demonstrierten, dass das Gerät Strom erzeugen und über Freileitungen vom Himmel zum Boden in das Stromnetz einspeisen kann. Die Technologie funktioniert als luftgestütztes Kraftwerk, bestehend aus einer Luftschiff-Plattform mit Windturbinen. Höhenwinde sind im Allgemeinen stärker und beständiger als solche in Bodennähe, weshalb mehrere Forschungsgruppen weltweit luftgestützte Systeme entwickeln, die auf Windressourcen zugreifen können, die für herkömmliche turmmontierte Turbinen nicht verfügbar sind.

Ein weiteres Design, das Aufmerksamkeit erregt, ist die blattlose Turbine. Das Start-up Vortex hat eine 3 Meter hohe blattlose Turbine entwickelt, die aus einem vertikal befestigten Zylinder mit gewölbter Oberseite auf einer elastischen Stange besteht. Das Gerät ist so konzipiert, dass es innerhalb des Windbereichs oszilliert und aus der Vibration Strom erzeugt. Vortex stellt sich vor, dass seine Technologie in städtischen und Wohngebieten eingesetzt wird, in denen herkömmliche Turbinen unpraktisch sind – im Einklang mit einem breiteren Branchentrend hin zu dezentraler Stromerzeugung, die große Windparks durch kleinere, lokalisierte Anlagen ergänzt.

David Yáñez, der Erfinder von Vortex Bladeless, erklärte: "Wir sind nicht gegen traditionelle Windparks… Unsere Technologie hat unterschiedliche Eigenschaften, die helfen können, die Lücken zu schließen, wo traditionelle Windparks vielleicht nicht geeignet sind."

Forscher haben in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte im Design und der Entwicklung von Windturbinen erzielt und damit die Effizienz und Produktionskapazität von Windparks weltweit verbessert. Mehrere neue Windenergietechnologien sollen in den kommenden Jahren zum Einsatz kommen, darunter innovative schwimmende Windturbinen, luftgestützte Kraftwerke und blattlose Turbinen.

Von Felicity Bradstock für Oilprice.com