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.

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 Energieerzeugung 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 Maschine, die mit einer neuartigen 'WaveSpring'-Phasensteuerung betrieben wird, haben die Vorhersagen des digitalen Zwillings für die verwendeten Maschineneinstellungen leicht übertroffen. Die erste Betriebsphase wurde erfolgreich abgeschlossen, indem die C4-Anlage 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 eine künftige Ausweitung auf Wellenparks im Nutzmaßstab zu unterstützen.

Nach Abschluss des ersten Kontroll- und Wartungszyklus an Land wird die C4 am Standort Agucadoura wieder eingesetzt und das Demonstrationsprogramm fortgesetzt. Weitere Einzelheiten zu den Ergebnissen der ersten C4-Betriebsphase sind nachstehend aufgeführt.


Überlebensfähigkeit bei Stürmen

Die Überlebensfähigkeit des C4 WEC wurde durch die Bewältigung von vier schweren Stürmen verifiziert, wobei nach jedem Sturm die Fähigkeit zur Wiederaufnahme des Betriebs und zur Stromeinspeisung in das Netz bestätigt wurde. Zur Erinnerung: CorPower C4 hat die Stürme Babet und Aline zuverlässig überstanden (corpowerocean.com). Die energiereichste Periode war der 4. November, als der Sturm Domingos mit Wellenhöhen von bis zu 18,5 m den Standort erreichte.Das Hydrographische Institut von Portugal meldete einen historischen Rekord für die nördliche Region. Die CorPower C4 stellte einen neuen Rekord für die Überlebensfähigkeit bei Stürmen auf (corpowerocean.com)

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. In der nachstehenden Grafik zeigt die blaue Kurve die von den bordeigenen Sensoren am 4. November 2023 geschätzte Wellenhöhe mit Wellen von bis zu 18,5 m, während die grüne Kurve die von den Getriebegebern gemessene Maschinenbewegung mit einer Genauigkeit von höchstens einigen Dezimetern anzeigt.

Die geringe Maschinenbewegung (im Dezimeterbereich) bei diesen extremen Wellen bestätigt die Wirksamkeit des Verstimmungsprinzips des Überlebensmodus, bei dem die Maschinenbewegung im Vergleich zu den einfallenden Wellen um fast zwei Größenordnungen geringer ist. 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.


Abgestimmter Betrieb

Die Ergebnisse zur Überlebensfähigkeit können mit den gemessenen Daten verglichen werden, wenn C4 in einem abgestimmten Modus betrieben wird, bei dem eine Bewegung der Maschinen von bis zu 3 m bei einer einfallenden Welle von 1 m beobachtet wurde. Durch die Aktivierung der WaveSpring-Phasenkontrolltechnologie beginnt das System in Phase mit den Wellen zu schwingen, was nachweislich die Reaktion der Anlage auf die einfallenden Wellen stark verstärkt.


Abstimmen und Verstimmen - ein Schlüsselmerkmal für wettbewerbsfähige Wellenenergie

Die Fähigkeit, die Anlage entsprechend den Meeresbedingungen abzustimmen und zu verstimmen, um die Reaktion auf Stürme zu begrenzen und die Bewegung und die Energiegewinnung 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 Schlüsselergebnis des HiWave-5-Demonstrationsprojekts angesehen.

Die Abstimmungs- und Verstimmungsfunktion 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 sind davon überzeugt, dass eine solche Funktion bei der Wellenenergie der Schlüssel dazu ist, sie zu einer zuverlässigen und wettbewerbsfähigen Quelle für saubere Energie zu machen.


Leistung

Während der Inbetriebnahme 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 eine Leistungsabgabe von bis zu 600 kW Spitzenleistung gemessen.

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 Leistung auf 850 kW zu erhöhen. Aufgrund des begrenzten Bewegungsumfangs 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 Leistungsabgabe 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 Leistungsumwandlungskette genau dargestellt wird, wobei eine enge Übereinstimmung zwischen gemessenen und simulierten Daten besteht, die eine typische Anpassungsgüte im Bereich von 96-99 % aufweist. Dies deutet darauf hin, dass die Komponenten des Nebenantriebs mit den entsprechenden Verlusten und Wirkungsgradkarten genau dargestellt werden. Es hat sich herausgestellt, dass die hydrodynamischen Modelle die Leistungsabsorption durch die Meereswellen in den WEC-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 den gemessenen Seegang und die verwendeten 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 zur Fernüberwachung und -steuerung wurden vom Kontrollzentrum von CorPower Ocean aus verifiziert. 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 auf einem sandigen Meeresboden in 45 m Tiefe installiert. Weitere Einzelheiten zu dieser geotechnischen Innovation finden Sie hier CorPower Oceans kommerzieller UMACK-Anker im Einsatz. 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 mit dem Wellenenergiekonverter von CorPower Ocean in Portugal erfolgreich demonstriert. Danach konnten die Methoden für den bemannten Offshore-Zugang zum System von externen 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 Freisetzen und Zurückschleppen des Geräts für einen geplanten Kontroll- und Wartungszyklus an Land erfolgreich demonstriert. Das Lösen erfolgt durch die Fernbetätigung eines Schnellverschlusses, der sich zwischen dem Boden des Verankerungssystems und dem UMACK-Anker befindet und das Auftauchen des Geräts ermöglicht. Die Betriebszeit hat wertvolle Erkenntnisse über O&M-Methoden für einen effizienten und kostengünstigen Betrieb von Wellenkraftwerken in Nutzgröße 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.