Mega–Watt statt Mühlenwald

WINDKRAFTANLAGEN - Leistungsstarke Windturbinen der neuesten Generation im Multimegawatt-Bereich gelangen zunehmend auf den Markt. Sie eignen sich besonders für den Einsatz vor der Küste. Im Offshore-Bereich bereiten aber vor allem noch Fundamente und Wartungsfähigkeit Probleme.

29. September 2005

Nach den Vorstellungen der Bundesregierung sollen erneuerbare Energien bis 2010 mindestens 12,5 % zum Stromverbrauch beitragen und der Anteil der Windenergie an der Stromversorgung bis 2030 auf etwa 25 % wachsen. Dies sind zweifellos anspruchsvolle Ziele, die sich aber in Anbetracht immer knapper werdender Aufstellungsplätze an Land nur mit einer neuen Generation von Windenergie-Anlagen erreichen lassen: Die weiterentwickelten Windräder haben mehr als 4 MW Nennleistung und Rotoren mit einem Durchmesser zwischen 110 und 130 m.

Diese jetzt aufkommenden Multimegawatt-Anlagen können an einem Tag so viel Strom erzeugen wie eine Windenergie-Anlage aus dem Jahr 1990 in einem ganzen Jahr. Großes Plus: „Die spezifischen Stromgestehungskosten sind bei solchen Superpower-Kraftwerken einfach niedriger“, weiß Felix Losada, Sprecher des Anlagenanbieters Nordex. Die größte Windenergieanlage (WEA) der Welt vom Typ Repower 5M entsteht gegenwärtig in Brunsbüttel. Sie soll nach einer Studie der Universität Bochum einen jährlichen Energieertrag von zirka 17,6 Mio. kWh liefern. Die Türme, welche die Kraftwerke tragen, sind mittlerweile auf 130 m gewachsen. Mit Rotorblättern von 130 m Durchmesser misst der Koloss bis zur Rotorblattspitze immerhin gewaltige 200 m. Der Anlagentyp wurde vom Hersteller von vornherein auch für den Offshore-Bereich ausgelegt.

Konkurrent Enercon kann mit solchen Kalibern schon Erfolge aufweisen: Bereits fünf WEA des Typs E-112 mit 4,5 MW sind inzwischen in Deutschland in Betrieb. Auf den im Jahr 2002 in Egeln bei Magdeburg errichteten Prototypen folgten eine E-112 in Wilhelmshaven (onshore) und drei in Emden. Eine weitere entsteht an markanter Stelle in Hamburg-Altenwerder. Das Novum der E-112: der Rotor treibt direkt ohne Getriebe einen Ringgenerator. Dies bedeutet eine höhere Zuverlässigkeit, da sich Drehzahlwandler in der Vergangenheit oft als größte Schwachstelle erwiesen.

Das bevorzugte Einsatzgebiet der neuen Hochleistungswindräder liegt aber in Zukunft eindeutig im offshore-Bereich: Ab 2005/2006 soll 40 bis 100 km vor der deutschen Küste mit der Errichtung der ersten Anlagen begonnen werden. Die Bundesregierung verfolgt auch hier ehrgeizige Ziele: bis 2030 sollen rund 60 % des Windstroms offshore produziert werden. Dieses Ziel lässt sich wohl nur mit Multimegawatt-Anlagen erreichen.

Redundante Auslegung

Gerade die maritimen Windparks stellen jedoch besondere Ansprüche an die Technik: auf hoher See sind eine redundante Auslegung wichtiger Komponenten, eine permanente Betriebsüberwachung sowie ein überaus zuverlässiger Korrosionsschutz unerlässlich. Und bei größeren Wassertiefen müssen andere Konstruktionen mit einem steiferen Schwingungsverhalten verwendet werden. Zudem sind eventuell aufwändige Bodenarbeiten auf dem Meeresgrund erforderlich. Und nicht zuletzt: je weiter eine Anlage vom Land entfernt ist, umso höhere Nebenkosten kommen hinzu, bei der Installation, für Fundamente oder den Netzanschluss.

„Die Anpassung der heutigen Anlagen und der nächsten Generation der Multimegawatt-Anlagen an die extremen Bedingungen des Offshore-Einsatzes wird eine ziemliche Herausforderung sein“, glaubt Experte Prof. Henry Seifert von der Hochschule Bremerhaven.

Längere Wartungsintervalle

Die entfernte Lage der Standorte in der offenen See und die an ihnen anzutreffenden Wind- und Wellenbedingungen verlangen eine technische Anpassung. Durch die aufwändige und zeitlich begrenzte Zugänglichkeit müssen sie eine deutlich höhere Zuverlässigkeit als heutige Anlagen erreichen. Ebenso länger müssen die Wartungsintervalle sein. Die höheren Windgeschwindigkeiten mitten im Meer sollen aber die Kosten wieder hereinholen, glaubt Seifert.

Für den Prototyp der weltweit ersten, für den Offshore-Einsatz optimierten 5-MW-WEA vom Typ Multibrid M5000 fand kürzlich in Bremerhaven die Einweihungsfeier statt. „Die Konstruktionsvorteile der M5000 werden sich bei den weitaus schwierigeren Installationsbedingungen auf See mehrfach wettmachen“, glaubt Niels Erdmann von der Multibrid Entwicklungsgesellschaft.

Die Anlage vor der Küste wurde in einer für Prototypen der Multimegawatt-Klasse rekordverdächtigen Zeit von insgesamt nur acht Tagen errichtet. Basis für die bei Offshore-Installation nötigen schnellen Errichtungszeiten bildet der neuartige Antriebsstrang, der es ermöglicht, die komplette Gondel in nur einem Hub auf den vorbereiteten Turm zu montieren - so entfiel auf die gesamte Gondelmontage nur ein halber Tag.

Dass gerade die Offshore-Gründung der Windtürme nicht immer ganz unproblematisch ist, zeigte sich zuletzt im Nordsee-Watt bei Hooksiel/Wilhelmshaven, wo eine WEA vom Typ E-112 von Enercon 500 m vor der Küste im Bereich der Ölverladeanlage (Außenhafen) entsteht: Die Arbeiten mussten wegen technischer Probleme beim Einbringen des im Meeresgrund verankerten, so genannten Bucket-Fundamentes für geraume Zeit unterbrochen werden.

Zunächst verlief alles planmäßig und das Bucket konnte bis in eine Tiefe von 8 m in den Meeresboden eingebracht werden. Als dann jedoch mechanische Verformungen am Bucket auftraten, musste der Einsenkvorgang unterbrochen werden. Nach ihrer Fertigstellung wäre die WEA mit 4,5 MW Nennleistung eine der größten weltweit: Die Länge der Rotorblätter beträgt 53 m, und die überstrichene Fläche von 10.207m² entspricht einer Winderntefläche von der Größe eines Fußballfeldes.

Zur Beschleunigung der wetterabhängigen Außenarbeiten werden Komponenten bis zu einem Gewicht von 110 t vormontiert. Alleine der gewaltige Stahlturm, der an der breitesten Stelle 7,5 m misst, wiegt insgesamt 850 t.

Grenze bei 7 bis 8 MW

Noch größere Türme müssten wohl in Form von Stahlblechen auf die Baustelle gebracht werden. Um Gewicht zu sparen, geht der Trend bei den Rotorblättern ohnehin zu CFK-Verstärkung. Nach Fertigstellung der Hooksiel-Anlage wird ein Jahresertrag von rund 15 Mio. kWh erwartet -Strom für 15.000 Menschen.

Inzwischen sei längst klar, dass mit solchen Großanlagen technisches Neuland betreten werde, heißt es auch beim Informationsdienst Bine: Die neuen Rotoren müssten wegen ihrer Länge eine deutlich höhere Steifigkeit aufweisen.

Die Bine-Experten wollen allerdings in Zukunft nicht grundsätzlich noch größere Windenergieanlagen, etwa mit bis zu 7 bis 8-MW-Leistung ausschließen. Damit sei dann aber wohl erst mal das Ende der Fahnenstange erreicht, ist Nordex-Mann Losada überzeugt. Eines müssen den kommenden Superpower-Giganten aber selbst Windkraft-Skeptiker zugestehen: „Durch zwei oder drei der Multimegawatt-Anlagen kann ein ganzer Windmühlenwald locker ersetzt werden.“

Erschienen in Ausgabe: 09/2005