Einsatz auf hoher See

Offshore-Windkraftanlagen im Härtetest

Scheinbar schwerelos drehen sich die gewaltigen Rotoren der Windenergieanlagen an der deutschen Nordseeküste. Doch bevor die Stromerzeuger mit ihren bis zu 60 Meter langen Rotorblättern einsatzreif sind, müssen sie extreme Härtetests bestehen.

Stromzähler© Gina Sanders / Fotolia.com

Bremerhaven (ddp.djn/red) - Die Rotoren seien wegen der sich ständig ändernden Lastwechsel von Wind und Wetter höchsten Anforderungen ausgesetzt, sagt Hans-Gerd Busmann. Er leitet das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven, das für die Prüfung und Optimierung von Windkraft-Rotoren zuständig ist. Hier wird im Auftrag der Industrie so manches Rotorblatt bis an die Grenzen seiner Belastbarkeit gebracht: "Wir testen hier sowohl virtuell am Computer, als auch ganz real auf dem Prüfstand, wie sich die Rotorblätter einer Windenergieanlage optimal an die extremen Einsatzbedingungen anpassen lassen", sagt Busmann. Rund 50 Mitarbeiter sind in dem Institut beschäftigt.

Nach Datenvorgaben von Kunden würden ganze Windkraftanlagen am Computer berechnet, berichtet Busmann. Dabei würden sie unterschiedlichen Belastungen durch Wind, Wetter und Seegang ausgesetzt. Die rechnerischen Messergebnisse würden dann mit jenen Daten verglichen, die durch praktische Tests in einer benachbarten zweiten Prüfhalle des IWES gewonnen werden.

Was ein Rotorblatt auf hoher See aushalten muss

Hier sind Rotorblätter in einen Monolithen aus 2100 Kubikmeter Spezialbeton eingespannt. Sie werden mit Kräften bis zu 50 Mega-Newtonmeter belastet. Diese Kräfte, bei denen sich die Flügelspitzen bis zu 18 Metern durchbiegen könnten, entsprächen einer Last von 100 Tonnen an einem 50 Meter langen Hebelarm, erläutert Busmann. Dieser enormen Belastung würden die einzelnen Rotorblätter bis zu sechs Millionen Mal ausgesetzt, um dadurch ein realistisches Abbild eines "Rotorlebens" zu erzielen. Auf diese Weise lasse sich die durchschnittliche Laufzeit eines Rotorblatts von 20 Jahren auf rund zwei Monate "komprimieren". Messinstrumente spürten Veränderungen und Ermüdungen im Material auf.

Dass in Bremerhaven nicht allein aus akademischem Interesse geforscht wird, erklärt sich schon aus der wachsenden Zahl geplanter Offshore-Windkraftanlagen. Damit diese Windparks zuverlässig und vor allem praktisch wartungsfrei arbeiten können, müssten zuvor alle Komponenten optimiert werden, erläutert Busmann. Schließlich seien Reparaturen auf hoher See nicht nur kostenintensiv, sondern auch gefährlich.

Allerdings sind es nicht nur die Rotoren, die im Betrieb auf hoher See besonderen Belastungen ausgesetzt sind. Auch die Steuersysteme einer Windenergieanlage sind durch die feuchte, salzhaltige Luft bedroht. Aus diesem Grund prüfen Busmann und seine Mitarbeiter auch in Außenstellen des IWES auf Helgoland und am Leuchtturm "Alte Weser" die weitgehend selbstständig arbeitende Steuerelektronik auf deren Zuverlässigkeit unter schwierigsten Bedingungen.

Rotorblätter mit bis zu 90 Meter Länge

Schwerpunkt der Arbeiten in Bremerhaven wird auch künftig die Optimierung von Offshore-Windenergieanlagen bleiben, die für eine noch höhere Stromausbeute mit immer größeren Rotoren ausgestattet werden. "Noch sind Rotorblattlängen von 60 Meter die Norm", sagt Busmann. Allerdings seien Rotoren mit einer Blattlänge von 80 oder gar 90 Meter bereits im Gespräch.

In Bremerhaven stellt man sich auf diesen Trend ein. Im nächsten Jahr wird dort eine neue Prüfhalle entstehen, die für Rotorblätter bis 90 Meter ausgelegt ist. Dort wird es dann noch härter zur Sache gehen: Einzelne Windflügel könnten dort mit Lasten von bis zu 120 Mega-Newtonmeter geprüft werden, sagt Busmann.