Potenzial an Land und auf See

Hans-Ulrich Tschätsch Fachjournalist in Essen

Gute Standorte für Windkraftanlagen (WKA) werden rarer. Sie müssen daher optimal genutzt werden. Der Trend zu immer größeren installierten Leistungen ist folglich ungebrochen. Dies gilt besonders für den Offshore-Einsatz. In diesem Bereich liegt Europa weltweit an führender Stelle: Mehr als 90 % der derzeitigen Kapazitäten befinden sich in Nord-Europa. Die Windparks stehen in der Nord und Ostsee, der Irischen See und dem Ärmelkanal. Die Gesamtkapazitäten der europäischen Offshore-Anlagen erreichen schon jetzt rund 4 bis 5 GW. Die meisten der aktuell installierten Offshore-Windräder basieren allerding noch auf Techniken, die ursprünglich für eine Installation an Land gedacht waren und die lediglich an wenigen Stellen einigermaßen für den Betrieb auf hoher See angepasst wurden.

Alstom jedoch ist überzeugt, dass nur eine speziell auf die Bedingungen eines maritimen Umfelds zugeschnittene Technologie langfristig erfolgreich sein kann. Der französische Konzern bietet deshalb spezielle Offshore-Lösungen an, um insbesondere die Kosten für die Windkraftanlage und ihre Gründung zu verringern, und die Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit der Ausrüstung sicherzustellen. Das Unternehmen hat mit der „Haliade 150-6MW“ eine der zurzeit größten Offshore-Windkraftanlagen der neuen Generation entwickelt. Die Anlage ist so leistungsfähig, dass jedes für sich den Strom-Verbrauch von 5000 Haushalten decken kann.

Ein erster Prototyp der 6-MW-Maschine wurde zunächst im Jahr 2012 bei St. Nazaire, Frankreich an Land errichtet. Die erste Offshore-Anlage steht bereits im 35 m tiefem Wasser der Nordsee, im Windpark Belwind, 46 km vor der belgischen Küste. Es ist somit auch ein Standort, der hohe Ansprüche an die Logistik beim Aufbau sowie bei den späteren Inspektionen oder Wartungsarbeiten stellt. Um diesen Aufwand zu minimieren, haben sich die Alstom-Ingenieure eine Lösung überlegt, von der sie sich erhoffen, die Wartungsarbeiten oder Reparaturen entweder ganz zu vermeiden oder zumindest wesentlich zu erleichtern.

Mit einem speziellen Rotoraufnahmekonzept haben die Konstrukteure den Antriebsstrang von vornherein vor zu großer Biegebeanspruchung geschützt. So hofft man, den Service und Reparaturaufwand möglichst gering halten zu können. Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit sind in maritimer Umgebung zwei wichtige Eigenschaften, die die Wirtschaftlichkeit einer Offshore-Anlage wesentlich steigern können. Pure-Torque-WKA kommen ohne Getreibe aus. Der durch Permanentmagneten erregte Generator wird direkt angetrieben. Das spart viel Gewicht in der Gondel. Positiv macht sich bemerkbar, dass durch die Pure-Torque-Technologie die aus dem Wind resultierende Biegebeanspruchungen direkt auf den Turm abgeleitet wird.

Trotz der Offshore-Aktivitäten ist die Windenergie an Land nach wie vor eine treibende Kraft der Energiewende. Neben der Anzahl der Windräder ist vor allem auch die Leistungsfähigkeit der einzelnen Anlage entscheidend für den Erfolg der Windkraft insgesamt. Gegenwärtig stehen die meisten Windenergieanlagen in den nord- und mitteldeutschen Bundesländern. Doch aktuelle technologische wie auch politische Entwicklungen sorgen dafür, dass die Windenergie an Land auch zunehmend in Süddeutschland an Bedeutung gewinnt. In diesem Zusammenhang berichtete Markus Rieck, Geschäftsführer von Alstom Renewable Germany, von Aktivitäten seines Bereiches, den Ertrag von Windkraftanlagen an Land weiter zu steigern.

Die bisherigen Erfolge seines Unternehmens seien bisher durch die Windkraftanlagen der Plattformen ECO80 und ECO100 mit Leistungen von 1,67 bis 3 MW und mit Rotordurchmessern von 80 bis 122 m erzielt worden. Mit weiteren drei Anlagentypen der ECO-Klasse hat man darüber hinaus Plattformen für Standorte der Windklassen I bis III bereits gute Lösungen im Angebot. Inzwischen gibt es bereits ein weiteres stärkeres Modell, die ECO122, die jetzt als 3-MW-Modell verfügbar ist, und einen um 6 % höheren Ertrag als das 2,7-MW-Modell liefern soll. Dieses Modell eignet sich für niedrige bis mittlere Windgeschwindigkeiten.

Weil sich der Ertrag mit steigender Turmhöhe deutlich erhöhen lässt, hat Alstom für den noch effizienteren Einsatz der WKA ECO122 gemeinsam mit der Max Bögl Wind AG, einem führenden Planungs- und Bauunternehmen für Windkraftanlagentürme, einen 139 m hohen Hybridturm entwickelt. Die Konstruktion, die im unteren Teil aus Beton und im oberen Teil aus Stahl besteht, ist nach Aussagen von Rieck gut für Standorte mit geringen Windgeschwindigkeiten geeignet.

Wo üblicherweise zum Erstellen von Windkrafttürmen mobile Raupen­ oder Autokrane ihren Dienst verrichten, geht Max Bögl innovative Wege. In Bischberg in der Oberpfalz kamen für die Montage von drei hybriden Windenergieanlagen erstmals Turmdrehkrane der 3­MW­Klasse zum Einsatz, die mit den aufzubauenden Windkrafttürmen in die Höhe wachsen und als Standplatz das Betonfundament der Anlagen nutzen. Seit Jahrzehnten im Hochbau und Brückenbau bewährt, verlängern sich diese Krane quasi mit Turmstücken selbst. Dazu wurde in Zusammenarbeit mit dem Baumaschinenhersteller Liebherr ein modifizierter Turmdrehkran entwickelt, der mit nur einer einzigen Abspannung zum Windkraftturm eine Endhakenhöhe von über 150 m erreicht.

Die Konstruktion der hybriden Windkrafttürme ist konsequent auf die Errichtung mit dem Turmdrehkran ausgelegt. Auf dem Turm­Fundament der Windenergieanlage fest montiert, arbeitet der Kran bis zu einer Hakenhöhe von 98 m freistehend. In einer Höhe von etwa 85 m wird der Turmdrehkran am Übergangsstück des Windkraftturms, dem Übergang von Beton auf Stahl, abgespannt. Der Betonturm wird mit externen Spanngliedern, die am Übergangsstück verankert sind, vorgespannt. So wird eine stabile Betonkonstruktion erreicht, in die die Abstützkräfte aus dem Turmdrehkran eingeleitet werden können. •