Pictures of the Future   Herbst 2007

Strom vom weißen Riesen

Bei Windkrafträdern auf offenem Meer ist Siemens Wind Power nicht nur Weltmarktführer. Das Unternehmen stellt in Dänemark auch 52 m lange Rotorblätter aus einem Guss her und hat mit einer 3,6-MW-Maschine die größte, jemals in Serie produzierte Windturbine im Portfolio.

Hier im Norden herrscht kein gutes Wetter. Laut Wetterbericht jedenfalls: Der Himmel ist mit tiefen, dunklen Wolken verhangen und erinnert an Strandspaziergänge im Ostfriesennerz, jener quietschgelben Regenjacke, zu der die Eltern ihren Kindern auch noch passende Gummistiefel verabreichen. Claus Burchardt, Leiter der Forschung und Entwicklung bei der Sparte Wind Power von Siemens Power Generation (PG), sieht dies allerdings anders als ein Meteorologe: "Gutes Wetter ist für uns, wenn wie heute ein ordentlicher Wind weht. Denn ohne diesen hätten wir kaum Aufträge."

Statt an einem Strand sitzt Burchardt in seinem Büro am Rande von Aalborg, der drittgrößten Stadt Dänemarks an der nördlichen Spitze des skandinavischen Landes. Er und seine 3 200 Kollegen von Wind Power bauen riesige Windkrafträder, deren Energieleistung innerhalb einer halben Minute eine Badewanne voll eiskalten Wassers zum Kochen bringen könnte. Dabei sind die einzelnen Bauteile so gigantisch, dass sie aus logistischen Gründen zum Teil auch außerhalb Dänemarks produziert werden müssen – zum Beispiel in Fort Madison im US-Staat Iowa, wo Siemens Ende September 2007 eine neue Rotorblattfabrik eingeweiht hat. Aber auch bestimmte Infrastrukturmerkmale sind für einen Produktionsstandort ausschlaggebend. In Aalborg ist der Hafen mit seinen besonders langen Kais der Grund, warum hier 700 Mitarbeiter die tonnenschweren und teilweise über 50 m langen Flügel herstellen, die sich an einem Windrad mit der Leichtigkeit einer Spielzeug-Windblume drehen – auch wenn nur ein laues Lüftchen weht.

"Das ist die Crux, der wir uns hier stellen", erklärt der Ingenieur. "Unsere Blätter sollen mit einem Gewicht von bis zu 16 t stets die vom Kunden gewünschte Performance erreichen, ohne dass wir in der Lebenszeit von 20 Jahren auch nur eine nachträgliche Neuausrichtung oder Verbesserung vornehmen müssen." Dafür müssen die Flügel trotz ihrer Größe bis auf den kleinsten Winkel optimal aerodynamisch geformt und vor allem widerstandsfähig sein. Denn viele von ihnen werden weit draußen auf dem Meer in Offshore-Windparks installiert, wo Reparaturen sehr kostenintensiv sind.

Viele Wettbewerber haben sich daher aus dem Offshore-Geschäft zurückgezogen, so dass Siemens mittlerweile nicht nur der weltweit erfahrenste, sondern auch der größte Anbieter für Offshore-Windturbinen ist. "Eine Reparatur auf offener See kostet den Hersteller im Vergleich zu Onshore-Anlagen ungefähr das Zehnfache", erklärt Burchardt. "Dort pressen nahezu täglich Windgeschwindigkeiten von 10 m/s Luftmassen mit einem Gewicht von bis zu 100 t durch die Blätter – und das erfordert einen extrem robusten Flügel."

Der Ort, wo die enorm zuverlässigen Rotorblätter gefertigt werden, ist eine 250 m lange Produktionshalle. Hier stehen mehrere, riesigen Sandkasten-Backformen ähnelnde Schalen mit Flügelblatt-Form auf dem Boden oder hängen verkehrt herum an der Decke. Burchardt erzählt: "Wir haben vor einigen Jahren ein Verfahren erfunden, mit dem wir die Flügelblätter geschlossen und in einem Stück herstellen können. Mit dieser IntegralBlade genannten Technologie kommen wir vollkommen ohne Klebstoffe aus. Damit setzen wir unsere Mitarbeiter keinen giftigen Dämpfen aus, halten die Halle immer pieksauber und erschaffen wortwörtlich in einem Guss einen Flügel, der absolut keine Nahtstellen hat und somit um einiges robuster ist als andere Blätter."

Am Ende der Halle bleibt der Forscher an einer der Schalen stehen, die ein Mitarbeiter mit weißen Stoffbahnen auslegt: Ein fein gewobener Teppich, der sich wie Plastik anfühlt. "Das ist Fiberglas, ein Faser-Kunststoffverbund", erläutert Burchardt. "Im Gegensatz zu Blättern von Wettbewerbern enthalten unsere kein problematisches PVC und stellen nach ihrer 20-jährigen Lebenszeit auch kein Abfallproblem dar. Denn zu 90 % bestehen die Flügel aus diesem wiederverwertbaren Stoff."

 Am Ende der Halle bleibt der Forscher an einer der Schalen stehen, die ein Mitarbeiter mit weißen Stoffbahnen auslegt: Ein fein gewobener Teppich, der sich wie Plastik anfühlt. "Das ist Fiberglas, ein Faser-Kunststoffverbund", erläutert Burchardt. "Im Gegensatz zu Blättern von Wettbewerbern enthalten unsere kein problematisches PVC und stellen nach ihrer 20-jährigen Lebenszeit auch kein Abfallproblem dar. Denn zu 90 % bestehen die Flügel aus diesem wiederverwertbaren Stoff."

Doch wie kann eine solch schlabberige Stoffbahn dem Windflügel seine enorme Robustheit verleihen? "In die Schale legen wir etliche Bahnen Fiberglas – insgesamt 7 t bei einem 45 m langen Flügel und 12 t bei einem 52-m-Exemplar. Zur Verstärkung legen wir eine Innenlage aus Holz zwischen die Kunststoffbahnen." Er deutet auf eine Holzmatte, die fein säuberlich in der Mitte des mehrschichtigen Gelages eingebettet ist. "Die zweite Seite des Flügels belegen wir mit den gleichen Zutaten und legen beide zusammen. Statt sie jedoch zu verkleben, füllen wir den Innenraum mit Lufttaschen aus und spritzen mehrere Tonnen flüssiges Epoxidharz hinein, das sich seinen Weg zwischen Taschen und Fiberglas sucht und beide Flügelseiten gleichmäßig vereint. Danach backen wir alles bei 70 °C für acht Stunden, wie eine riesige Pizza Calzone."

In diesem Moment surrt via Kran eine zweite Schablone herab und verschließt beide Flügelseiten nahtlos. Erst jetzt sind die riesigen Aggregate auf den Rücken der Formen zu erkennen. Im geschlossenen Zustand entpuppen sie sich als überdimensionale Backformen mit integriertem Ofen, der die Fiberglasmatten schmelzen und mit dem Epoxidharz zu einem Stück backen lässt. Die Taschen im Inneren des Flügels verhindern, dass das Blatt während des Backvorgangs in sich zusammenfällt. "Mit dieser Technik benötigen wir vom Rohbau bis zum Backen statt einiger Tage nur noch 48 Stunden", erklärt Burchardt stolz. "Danach wird der Flügel justiert und weiß lackiert – Hightech in Handarbeit." Ist alles fertig, liefern die Flügel-Spezialisten die fertigen Blätter in die ganze Welt – auf Lkw oder Schiffen; bis in die USA oder nach Japan – wo sie sich Jahrzehnte lang drehen werden.

Zwei Millionen Schwingungen. Vor der Auslieferung werden die Kunststoff-Flügel in Stichproben mit statischen und dynamischen Tests in die Mangel genommen: Zunächst belasten die Experten die Flügel mit dem 1,3-fachen der maximalen Betriebsbelastung. Um die Materialermüdung innerhalb der Lebenszeit von 20 Jahren zu simulieren, versetzen sie die Blätter an speziellen Testständen rund zwei Millionen Mal in Schwingung, um dann mit dem Gewicht erneut die Materialbeständigkeit zu prüfen.

In Brande – einem 6 000-Seelen-Ort rund 150 km südlich von Aalborg – stellt Siemens mit etwa 2 000 Mitarbeitern das Herz jeder Windkraftanlage her: die Maschinen der Turbinen. Während der Autofahrt durch die Wiesen- und Felder-Landschaft mit ihren Farmen und einigen der landesweit etwa 3 500 Windrädern, fragt man sich unwillkürlich, warum die größten Windanlagen-Bauer ausgerechnet in Dänemark sitzen.

Die Antwort gibt Henrik Stiesdal, Cheftechnologe von Siemens Wind Power: "Das hat historische Gründe. Um die Erdölabhängigkeit nach der ersten Energiekrise 1973/74 zu reduzieren, sollten in Dänemark Kernkraftwerke gebaut werden. Engagierte Ingenieure entwickelten daraufhin die ersten Windkrafträder. Als dann Mitte der 80er-Jahre mehrere Länder Steuerabschreibungs-Regelungen eingeführt haben, entwickelten sich die Windräder zu einem lukrativen Geschäft. Und da zu dieser Zeit nur wir Dänen die Maschinen bauen konnten, gab es hier einen regelrechten Boom, der bis heute anhält."

Trotz des nach dänischer Art definierten guten Wetters ist Stiesdal offensichtlich froh, in seinem windgeschützten und warmen Büro zu sitzen. Aus einer Schublade holt er eine Zeitleiste der Windkraftentwicklungen. "Die ersten Maschinen, die wir in den frühen 80er Jahren bauten, hatten eine Leistung von 22 kW. Ungefähr alle vier Jahre hat sich diese dann verdoppelt. Heute leisten unsere Maschinen 2,3 und 3,6 MW und somit mehr als das Hundertfache. Die Kleinere macht dabei etwa 80 % unseres Geschäfts aus – jedenfalls noch."

Stiesdal zeigt auf eine überdimensionale Europakarte. "Erst kürzlich haben wir vor der Bucht von Liverpool den ersten Offshore-Park mit 3,6-MW-Turbinen und einer Gesamtleistung von 90 MW installiert – und das in nur anderthalb Monaten. Ab Ende 2007 versorgt die Windfarm Burbo über 80 000 Haushalte. Nächstes Jahr kommt ein Projekt mit 54 Windrädern und somit der weltgrößte Offshore-Park an der Ostküste Englands hinzu. Und weitere Aufträge für unser Schmuckstück sind bereits eingegangen. Dabei genießen wir die Exklusivität, der einzige Anbieter dieser Größenordnung zu sein."

Stiesdals Augen glänzen: "2007 werden wir Maschinen mit einer Gesamtleistung von 1 500 MW bauen. Das reicht für 4 Mrd. kWh im Jahr – ungefähr 12 % des Elektrizitätsbedarfs von Dänemark. Allein unser 165-MW-Offshore-Park Nysted vor der Südküste von Lolland generiert genug Energie, um meine Heimatstadt Odense mit 185 000 Einwohnern zu versorgen, und zwar alles: Haushalte, Industrie und Straßenbeleuchtung", erklärt er und bietet an, die Giganten der Wind- kraft in der Produktionshalle zu besichtigen.

500 Tonnen Gewicht. Aneinandergereiht stehen die Gondeln mit den 2,3-MW-Maschinen in der etwa 100 m langen Halle. Wir gehen auf einen dieser runden Riesen zu, dessen aufgeklapptes Dach einen Blick in den Koloss gewährt. "Ganz vorne ist die Antriebswelle, an die wir den Rotor und die drei Flügel von außen montieren – bei einer Offshore-Turbine geschieht das auf offener See wohlgemerkt. Dabei bauen wir die Türme an Land zusammen, bevor ein speziell für diesen Zweck entwickeltes Installationsschiff mit integriertem Kran die Türme, Turbinen und Rotorblätter zum Standort vor der Küste bringt, wo die insgesamt 500 t einer solchen Anlage innerhalb eines halben Tages installiert werden. Dreht sich dann der Rotor, überträgt er die Umdrehungen über die Antriebswelle auf das Getriebe, das die je nach Windstärke unterschiedliche Drehkraft auf den Generator umsetzt. Und der wandelt die Windkraft schließlich in Energie um."

Dass in dieser Größenordnung nicht mehr alles mechanisch abläuft, macht der langjährige Hobbysegler einem schnell bewusst: "Eine solche 2,3-MW-Turbine beinhaltet heutzutage ein komplexes System aus Prozessoren und Elektronik. Zwar sieht ihre Funktionsweise einfach und verständlich aus, je tiefer man jedoch blickt, umso komplizierter wird es." Etwa bei der 3,6-MW-Spitzenturbine. Auf dem Weg dorthin kreuzen wir die Freifläche der Fabrik. Wie in einem neuen Legokasten sind hier die Bauteile einer Windmaschine akkurat aufgestellt und warten auf ihren Einsatz. Links die großen Stahl-Nasen, die später das Gehäuse zieren werden, in der Mitte die Maschinengondeln und rechts die Rotornaben mit einem Einzelgewicht von 35 t – die Flügel aus Aalborg treffen erst am Installationsort ein. Die Teile für die bis zu 120 m hohen Türme kommen von Zulieferern – je nach Einsatzort aus Dänemark, Deutschland, USA oder sogar aus Korea.

In der Halle angekommen, ist sie kaum zu übersehen: die weiße 3,6-MW-Gondel, die im Gegensatz zur kleinen Schwester eckig und mit 13 m Länge sowie 4 m Höhe und Tiefe vor allem größer ist. Über eine Leiter geht es ins Innere der Maschine. Wie in einem kleinen Haus erstreckt sich der technische Inhalt über zwei Stockwerke. "In der 3,6-MW-Turbine ist alles etwas größer", sagt Stiesdal trocken und fügt zum Abschied hinzu: "Doch natürlich arbeiten wir auch bereits an noch größeren Turbinen. Bald werden sich an unseren Maschinen 60-m-Flügel drehen."
                                                                                                            Sebastian Webel