Wissenschaft

Anzeige

Branche im Größenwahn

Windräder mit mehr als hundert Meter langen Flügeln geplant

Die Flügel neuer Windräder messen bereits bis zu 80 Meter. Stromversorger wollen noch größere Anlagen bauen. Dabei stoßen sie an Grenzen der Technik - und auf gesellschaftlichen Widerstand.

Von

GE Power

Offshore-Windpark

Freitag, 10.08.2018   18:49 Uhr

Anzeige

Nur wenige Sekunden brauchen die mächtigen Flügel des Windrads vor der schottischen Ostküste, bis sie sich einmal im Kreis gedreht haben. Das genügt, um so viel Strom zu erzeugen wie ein durchschnittlicher Haushalt während eines ganzen Tages verbraucht.

Zwei solcher riesigen Hochsee-Kraftwerke hat der Energieversorger Vattenfall Anfang Juli nahe der Hafenstadt Aberdeen in Betrieb genommen. Die vom dänischen Unternehmen MHI Vestas gefertigten Anlagen kommen auf eine Nennleistung von je 8,8 Megawatt - neuer Weltrekord.

Anzeige

Damit hat die Windenergiebranche die Leistung von Offshore-Anlagen innerhalb von nur einem Jahrzehnt fast verdreifacht. Und die Entwicklung geht weiter: "Alle Hersteller arbeiten derzeit an Anlagen mit einer Leistung von zehn Megawatt und mehr", sagt Andreas Wagner, Geschäftsführer der Stiftung Offshore-Windenergie. So will etwa der US-Konzern General Electric im kommenden Jahr einen 12-Megawatt-Prototyp installieren. Die Turbine soll bis zu 16.000 Haushalte mit Strom versorgen können.

Gesamthöhe von 260 Metern

Der wichtigste Faktor für den Leistungszuwachs: Die Flügel der Anlagen werden immer länger. "Je größer die Fläche ist, die die Rotorblätter durchstreichen, desto mehr Energie lässt sich aus dem Wind holen. Das ist wirtschaftlich vorteilhaft, weil man bei vergleichsweise geringem Mehraufwand für Installation und Wartung der Anlagen deutlich höhere Stromerträge erzielt", erklärt Wagner.

Anzeige

Maßen die Rotorblätter von Hochsee-Windrädern noch vor wenigen Jahren maximal 60 Meter, so sind die Flügel der vor Aberdeen installierten Anlagen bereits 80 Meter lang - so viel wie die Spannweite eines Airbus A380. General Electric plant für seine 12-Megawatt-Anlage gar Rotorblätter mit 107 Meter Länge. Das entspricht etwa der Länge eines Fußballfelds. Insgesamt 260 Meter sollen diese Offshore-Anlagen in die Höhe ragen.

GE Power

Windrad

Ähnlich verläuft die Entwicklung bei den Windrädern an Land. Mancherorts sind heute bereits Anlagen mit einer Flügellänge von 70 Metern installiert. Solch riesige Rotorblätter kommen vor allem an windschwachen Standorten zum Einsatz. Sie stellen sicher, dass die Anlagen auch bei lauen Lüftchen viel Strom liefern.

"Harter Kampf gegen physikalische Gesetzmäßigkeiten"

Technisch gesehen ist die Verlängerung der Flügel eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe. "Rotorblätter länger zu machen, bedeutet einen harten Kampf gegen physikalische Gesetzmäßigkeiten", erklärt Martin Kühn, Vorstandsmitglied des Zentrums für Windenergieforschung ForWind der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen.

Ein Problem ist das Gewicht - die Masse der Flügel steigt mit der dritten Potenz der Blattlänge. Oder einfach gesagt: Wenn man das Rotorblatt verlängert, steigt das Gewicht der Flügel überproportional stark an. Dem begegnen die Hersteller, indem sie vermehrt Verbundmaterialien einsetzen, die neben den üblicherweise verwendeten Glasfasern auch leichtere Karbonfasern enthalten.

Die größere Herausforderung sind jedoch die enormen Lasten, die bei starkem Wind auf die Flügel einwirken. "Wenn Rotorblätter von einer Böe getroffen werden, biegen sie durch", erläutert Kühn. Damit besteht die Gefahr, dass sie dem Turm der Anlage zu nahe kommen. Je länger die Flügel sind, desto größer ist dieses Risiko.

Diese aerodynamische Belastung lasse sich vermindern, indem man das Material und die innere Struktur der Blätter so gestalte, dass sich die Räder bei einer Biegung schraubenförmig verdrehen, sagt der Wissenschaftler. "Dabei reicht bereits eine Verdrillung von wenigen Grad, um das Blatt aus dem Wind zu drehen und die Lasten effektiv zu reduzieren", so Kühn. ForWind führt dazu derzeit mit Partnern ein Forschungsprojekt durch. Einige Hersteller experimentieren ebenfalls mit dem Konzept.

Daneben, so Kühn, ließe sich die Belastung der Rotorblätter aber auch durch aktive Steuerungselemente verringern, wie sie in der Luftfahrt bereits seit Langem eingesetzt werden. "Dazu zählen zum Beispiel steuerbare Klappen an der Hinterkante der Blätter oder Vorflügel", so Kühn. Allerdings sei noch viel Forschungsarbeit nötig, bis die aktive Steuerung in der Praxis eingesetzt werden könne.

Logistik ist bereits auf längere Flügel ausgelegt

Bei Transport und Installation hat sich die Windkraftbranche bereits auf längere Flügel eingestellt. Spezialschiffe bringen die Anlagenteile in die Offshore-Windparks, ein Kran an Deck hievt sie in die Höhe. Neue Verfahren für die Verankerung garantieren einen sicheren Stand der Riesenräder. Für die Beförderung der Flügel an Land gibt es heute Schwertransporter mit Hubanlage, die das Rotorblatt aufrichtet, wenn eine enge Kurve genommen werden muss.

Damit diese XXL-Windräder tatsächlich in nennenswerter Zahl errichtet werden, muss aber zumindest an Land noch eine ganz andere Voraussetzung erfüllt sein: die Akzeptanz der Bevölkerung.

Schon heute ist der Bau neuer Anlagen vielerorts stark umstritten, Anwohner fürchten Lärm, Landschaftseingriffe und Einschränkungen für Tiere. Je länger die Flügel eines Windrads sind, desto stärker dominiert es das Bild der Region. Auch die Schallemissionen nehmen zu. Ein weiteres Wachstum der Anlagen dürfte daher bei den vielen Initiativen, die sich gegen die Windkraft organisiert haben, auf Widerstand stoßen.

Video: Windkraft ohne Saft (SPIEGEL TV 2014)

Weitere Artikel

Forum

Forumskommentare zu diesem Artikel lesen
Anzeige
© SPIEGEL ONLINE 2018
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung