SIEMENS

Strom aus Windkraft soll noch in diesem Jahrzehnt vielerorts billiger sein als Strom, der im Kohlekraftwerk erzeugt wird. Ein ehrgeiziges Ziel, das nur erreicht werden kann, wenn die Energieausbeute neuer Anlagen steigt und gleichzeitig die Produktionskosten sinken – eine große Herausforderung für die Material- und Fertigungsexperten. Bei Siemens Wind Power soll deshalb in den USA ab 2012 eine neue Generation von Rotorblättern in Serie gehen. Sie basieren auf der sogenannten Aeroelastic Tailored Blade(ATB) Technologie.

Dabei sind die Rotorblätter leicht geschwungen wie ein arabisches Schwert. Durch die Krümmung wird folgender Effekt erreicht: Biegt sich das Blatt unter der Windlast, verdreht es sich gleichzeitig. Mithilfe hoch entwickelter Modellierungs-Methoden konnte erreicht werden, dass die Verdrehung so beschaffen ist, dass die Belastung auf den Rotor reduziert wird. Diese Eigenschaft ist ein wesentlicher Vorteil verglichen mit den heutigen starren Blättern: Treffen beispielsweise auf offener See Winde mit Luftmassen von mehr als 100 Tonnen je Sekunde aus unterschiedlichen Richtungen auf die Rotoren, reagieren die neuen Blätter elastisch und können sich besser und flexibler dem Wind anpassen. Die Druckbelastung wird deutlich reduziert – das Material verschleißt weniger, und die Lebensdauer steigt. Oder die andere Alternative: Ohne dass die aerodynamische Belastung wesentlich zunimmt, können Rotorblätter dank dieser neuen Form größer werden und damit mehr Energie produzieren. „Unser neues Rotorblatt ist mit 53 Metern vier Meter länger als das Vorgängermodell, dies bedeutet fünf Prozent mehr Energieausbeute“, erklärt Henrik Stiesdal, der Cheftechnologe der Windsparte. Beim Design der neuen Rotoren legte Stiesdal viel Wert darauf, weniger Material einzusetzen, um damit das Eigengewicht zu verringern und die Belastungen durch den Wind so gering wie möglich zu halten. „Gegenüber seinem Vorgänger ist das neue Rotorblatt je nach Materialauswahl länger und gleichzeitig bis zu 500 Kilogramm leichter.“

Dabei war die größte Herausforderung, trotz geringerem Gewicht und Materialeinsparung, die notwendige Stabilität zu gewährleisten. „Es hat uns einige Entwicklungsarbeit gekostet, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem wir die Blattstabilität unter sämtlichen Windbedingungen berechnen und so den Rotor optimieren konnten“, sagt Stiesdal. Die verbesserten aerodynamischen Eigenschaften sind daher vor allem der computerbasierten Optimierung der äußeren Form der Rotorblätter und vielen Tests unter realen Bedingungen zu verdanken.v

Parallel dazu wird derzeit der Herstellungsprozess verbessert. Bislang werden zahlreiche Lagen aus Glasfasergewebe noch in Handarbeit ausgelegt, geformt, verklebt und in riesigen Schalen, die Sandkastenformen ähneln, gebacken. In Zukunft soll dies verstärkt automatisiert werden. Damit sollen die Produktionskosten der Flügel um 40 Prozent sinken – die Windanlage wird kostengünstiger und der Preis pro Kilowattstunde Windstrom sinkt.

Darüber hinaus beschäftigen sich die Windexperten auch mit der Frage des Recyclings, die sich in etwa fünf Jahren stellen wird, denn heute werden noch mehr Windkraftanlagen auf- als abgebaut. „Rotorblätter könnten geschreddert und als Zusatzstoff für Beton verwendet werden“, schlägt Stiesdal vor. Auch einen Pyrolyseprozess hat das dänische Unternehmen ReFiber, das eng mit Siemens Wind Power zusammenarbeitet, bereits entwickelt. Dabei werden bei 700 Grad Celsius große Stücke der Rotorblätter über thermochemische Spaltung zersetzt. So entsteht ein Gas, das zum Heizen verwendet werden kann. Als Reststoff bleibt das Fiberglas, das sich als Glaswolle und damit Dämm- und Isoliermaterial für Gebäude einsetzen lässt.

Auch neue Materialien, die auf pflanzlicher Basis beruhen, stehen schon auf der Agenda. „Wir forschen zusammen mit Universitäten in Dänemark und den USA an Faserverbundstoffen für die Rotorblätter aus Pflanzenfasern sowie Bio-Kunststoffen aus pflanzlichen Ölen“, sagt Stiesdal. Er rechnet mit solchen „Bio-Rotorblättern“ jedoch erst in etwa zehn Jahren. Doch spätestens dann werden Windkraftanlagen auch hinsichtlich ihrer Materialien endgültig zu grünen Riesen.