SIEMENS

Die gewagte Idee hatten Ingenieure bereits in den 1990er-Jahren – ein Rotorblatt zu bauen, das elastisch auf die Belastung durch atmosphärische Turbulenzen und extreme Windbedingungen während Stürmen reagiert. Damit würde sich die Haltbarkeit verbessern, größere Rotordurchmesser wären möglich und die Stromproduktion würde steigen.

Doch lange Zeit hatte die Fachwelt kein Mittel zur Hand, das Zusammenspiel von Aerodynamik und struktureller Verformung akkurat zu modellieren. Vor drei Jahren nahm dann erstmals ein dreißigköpfiges Team in Boulder, Colorado, die Herausforderung an – dank einer neuen Simulations-Software und der geballten Expertise der Forscher in dem 2008 gegründeten Kompetenzzentrum von Siemens. „Es ist die innovativste Rotortechnologie von Siemens. Mit ihr können wir die Windausbeute größer machen und so die Kosten für Windstrom weiter senken“, sagt Andy Paliszewski, Direktor des Boulder Forschungs- und Entwicklungszentrums für Windkraft. Das erklärte Ziel der Experten: Dank Innovationen den Windstrom kostengünstiger zu machen als Strom aus fossilen Brennstoffen. Was folgte, war eine enorme kreative Kraftanstrengung. Weil sich nahezu das komplette Team dieser Aufgabe widmete, gelang es der Boulder-Mannschaft in Abstimmung mit ihren Kollegen in Dänemark innerhalb von nur wenigen Monaten, das Design eines 53 Meter langen Rotorblattes zu komplettieren – das „Aerolastic Tailored Blade“ (ATB). Es ist gekrümmt wie ein arabisches Schwert, das sich unter der Windlast verdreht und so die Belastung auf den Rotor, auf die Gondel, den Turm und das Fundament reduziert. Gleichzeitig ermöglicht das ATB-Design längere Rotorblätter und damit eine höhere Stromproduktion.

In der Vergangenheit ließen sich Windenergieanlagen der 2,3-Megawatt(MW)-Leistungsklasse nur mit Rotorblättern bis zu 49 Metern Länge bestücken. Mit dem ATB-Design können sie dagegen mit neuen, vier Meter längeren Blättern rund acht Prozent mehr Energie erzeugen. Die ersten Prototypen werden seit 2012 im Mittleren Westen der USA unter unterschiedlichsten Wetterbedingungen erfolgreich eingesetzt. Das Interesse der US-Energieunternehmen an den neuen Anlagen ist daher groß.

Siemens Wind Power ist heute von Internationalität geprägt. Vor wenigen Jahren stellte sich die Division freilich noch ganz anders dar. Sie war vor allem eines: dänisch. In den dänischen Städten Brande und Aalborg arbeiten zwar bis heute viele Mitarbeiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Doch in den letzten Jahren kam viel Bewegung in die Sparte. So ist die Zentrale von Wind Power nach Hamburg umgezogen, und weltweit wurden neue Zentren mit technologischen Kernkompetenzen eröffnet. Während etwa Boulder sich vor allem auf das Feld der Rotortechnologie konzentriert, fokussiert sich eine Dependance im britischen Keele auf die Stromumwandlung. Eine Außenstelle im deutschen Aachen entwickelt Elektrotechnik, Elektronik und Getriebe weiter.

Auch die Produktion neuer Rotorblätter findet längst nicht mehr nur in Aalborg statt. Um die beiden größten Windkraftmärkte der Welt vor Ort bedienen zu können, stellt Siemens heute auch in Fort Madison, Iowa, und in Shanghai Rotorblätter her. Die Entscheidung, 2008 in Boulder ein Kompetenzzentrum zu eröffnen, basierte indes nicht allein auf dem Wunsch nach mehr Marktpräsenz. „Für Boulder sprachen mehrere Gründe“, erklärt Henrik Stiesdal, Cheftechnologe der Windsparte mit Sitz in Brande. „In den USA gibt es eine große Zahl exzellent qualifizierter Ingenieure und Wissenschaftler, die wir, obwohl einige selbst aus dem Ausland kommen, nur schwer überzeugen könnten, nach Europa oder gar Brande mit seinen wenigen Tausend Einwohnern überzusiedeln. Für diese Talente ist Boulder ein attraktiver Standort.“

Vor allem da Boulder ohnehin ein Zentrum für die Windkrafttechnologie ist. Hier finden sich Institutionen wie das „National Renewable Energy Laboratory“ (NREL) oder das „National Center for Atmospheric Research“ (NACAR), mit denen Siemens kooperiert. Zudem offeriert auch die US-Bundesregierung Zuschüsse für die Erforschung erneuerbarer Energiequellen. Von Beginn an war der Arbeitsauftrag in Boulder klar: die Optimierung der Rotoren. Die ATB-Technologie war eines der ersten großen Projekte, das zwar in Abstimmung mit Dänemark, aber weitgehend eigenständig von dem Team in Boulder entwickelt wurde. „Wenn man ein Forschungszentrum in einer völlig anderen Zeitzone betreibt – der Unterschied zwischen Boulder und Brande beträgt acht Stunden –, muss man einen Weg finden, diesen Nachteil wettzumachen“, ist Stiesdal überzeugt. „Teil der Lösung ist, dass unser Entwicklungsteam in Boulder seine Projekte in eigener Verantwortung verfolgt. Aber auch bei unseren anderen internationalen Kompetenzzentren funktioniert dieser Ansatz sehr gut.“

Zusammenarbeit über Zeitzonen. Das in sie gesetzte Vertrauen bestätigte das Boulder-Team um Kevin Standish eindrucksvoll. Die größte Herausforderung war die Kommunikation mit der Zentrale in Dänemark. Zum einen kamen etliche Experten für längere Zeit aus Dänemark nach Boulder, zum anderen erschienen die Ingenieure in Boulder oft früher zur Arbeit, genauso wie ihre Kollegen in Dänemark länger im Büro blieben, um zumindest zwei Stunden gemeinsam telefonisch oder über Videokonferenz Probleme besprechen zu können. Die zweite Herausforderung war, neue Designprogramme zu entwickeln und neue Wege zu finden, so unterschiedliche Gebiete wie Aerodynamik, Software und Materialwissenschaften zu integrieren. Dies gelang, weil die entsprechenden Experten enger als je zuvor zusammenarbeiteten. Und schließlich musste am Produktionsstandort im dänischen Aalborg das erste ATB-Rotorblatt auch gebaut werden – nur sechs Monate, nachdem es entworfen worden war. Dabei kam die Siemens-eigene „Integral Blade“-Technologie, mit der Rotorblätter in einem Guss und ohne Nahtstellen produziert werden können, ebenso zum Einsatz wie neue Materialien und andere Herstellungstechnologien. Inzwischen feilen die Ingenieure schon an der Weiterentwicklung der neuen Werkzeuge, Prozesse und Herstellungsverfahren. „Unsere Mannschaft hat gerade erst angefangen, die Möglichkeiten der ATB-Technologie kennen zu lernen“, sagt Standish. „Sie wird künftig zweifellos helfen, die Kosten von Windstrom weiter zu senken.“

Windkrafträder wachsen derweil immer höher in den Himmel. Weiße Riesen mit weit über 100 Meter Rotordurchmesser sind keine Seltenheit mehr. Mehr noch, das erste Rotorblatt, das bereits einige Elemente der ATB-Technologie integrieren konnte, ist „B75“, das längste Rotorblatt der Welt, das Siemens eigens für sein derzeitiges Flaggschiff, ein 6-MW-Windkraftwerk, geschaffen hat. „Ohne die bei der Entwicklung der ATB-Technologie gewonnenen Erkenntnisse wäre das Design der B75 nie möglich gewesen“, sagt Standish.

Die ersten dieser Windflügel wurden im August 2012 in einer Offshore-Anlage vor der Küste Westdänemarks installiert. Doch die Entwicklung wird noch weitergehen. „In Zukunft wird es wahrscheinlich auch 10-MW-Turbinen mit 100 Meter langen Rotorblättern geben“, verrät Stiesdal. „Und diesem Ziel hat uns die ATB-Technologie aus Boulder zweifellos ein Stück näher gebracht.“