Härtetests für Offshore-Windkraftanlagen

 

Busmann 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.

 

Hier sind Rotorblätter in einen Monolithen aus 2.100 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.

 

Auch wenn es die IWES-Kunden speziell in der Entwicklungsphase aus Gründen der Geheimhaltung nicht gerne sehen, dass über ihre Produkte gesprochen wird, kann Busmann doch zumindest eines über seine Klientel sagen: "Wir prüfen hier Produkte aller namhaften Hersteller und Zulieferer aus der ganzen Welt." Eines dieser Unternehmen ist die Firma Enercon aus Aurich, die schon mit einem der Ursprünge des IWES, dem Institut für Energiesystemtechnik (ISET) in Kassel zusammenarbeitete, wie Enercon-Unternehmenssprecher Volker Uphoff sagt. Derzeit stehen neue Untersuchungen für Enercon an. "Es soll ermittelt werden, wie auf dem Weg über ein Kombikraftwerk, einer dezentralen Verbindung von Wind-, Sonnen-, Biogas- und Wasserkraftwerken, eine Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien technisch und kostenseitig in optimaler Weise zu bewerkstelligen ist", sagte Uphoff.

 

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.

(ddp/thn/mwa)