Rotorfertigung Composites sorgen für mehr Strom mit weniger Windkraftanlagen

Autor / Redakteur: Dr. Thomas Isenburg / Peter Königsreuther

Energiewende und -bedarf verlangen nach immer leistungsfähigeren Windkraftanlagen, deren Kernstück der Rotor ist. Effizientere Anlagen brauchen aber auch größere Rotoren, die ihre Eigenlast und die Kräfte von Wind und Wetter aushalten müssen. Eine Kluft, die zu überbrücken, im Moment nur leichte Faserverbundwerkstoffe in der Lage sind.

Firmen zum Thema

Mit immer größeren und leistungsstärkeren Anlagen steigen auch die Anforderungen an die Konstruktionsmaterialien für größere Rotoren. Außerdem sollen sie eine immer höhere Lebensdauer aufweisen, und das unter schwierigsten Bedingungen, wie etwa im Offshore-Bereich.
Mit immer größeren und leistungsstärkeren Anlagen steigen auch die Anforderungen an die Konstruktionsmaterialien für größere Rotoren. Außerdem sollen sie eine immer höhere Lebensdauer aufweisen, und das unter schwierigsten Bedingungen, wie etwa im Offshore-Bereich.
(Bild: Isenburg)

In Deutschland hat die Windkraft eine lange Tradition. Noch um 1900 standen allein in Nordwestdeutschland rund 30.000 Windmühlen. Im Jahr 2012 betrieben die Deutschen 23.030 Windkraftanlagen mit 31.308 MW Leistung und deckten so 7,3 % der deutschen Stromversorgung. Dabei gibt es positive Zeichen für die Akzeptanz der Windenergie bei der deutschen Bevölkerung. Laut einer Meinungsumfrage von TNS Infratest aus dem Sommer 2012 befürworten 73 % aller Deutschen Windenergieanlagen – auch und gerade in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft.

36 % des Strombedarfs könnte mit Windkraft gedeckt werden

Im Zuge der Energiewende entstanden Modellrechnungen wie etwa diese: Würden bundesweit 2 % der Landesfläche für die Windenergienutzung ausgewiesen, so ließen sich darauf Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von 198.000 MW errichten. Der potenzielle Energieeintrag läge dann bei 390 Mrd. Kilowattstunden. Zum Vergleich: Im Jahr 2012 lag der Bruttostromverbrauch in Deutschland bei knapp 600 Mrd. Kilowattstunden.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 10 Bildern

Eine andere Rechnung zeigt, dass die Windenergie den deutschen Stromverbrauch schon zu 36 % decken kann. Hierzu müssten 20.000 Anlagen im Durchschnitt 4 MW leisten. Diese skizzierten Rahmenbedingungen des deutschen Marktes unterstreichen die Forderungen nach noch leistungsfähigeren und gleichzeitig günstigeren Windkraftanlagen. Das Kernstück der Windkraftanlage ist zweifellos der Rotor, mit dem die kinetische Energie des Windes in Rotationsenergie umgewandelt wird. Das treibt den Generator zur Umwandlung in elektrische Energie an.

Kosten für Rotoren steigen schneller als der Ertrag

Ein Trend geht daher zur Leistungssteigerung. Waren 1980 noch Windenergieanlagen mit einer Leistung von 30 KW der Standard, so liegt die durchschnittlich installierte Leistung heute bei 2,5 MW. Zur Verfügung stehen auch schon 7,5-MW-Anlagen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei nach Aussagen des Windenergiereportes des Fraunhofer Institutes IWES für Deutschland von 2012 das Square-Cube-Law.

Danach steigt die Leistung einer Anlage mit dem Quadrat der Rotorblattlänge. Das Rotorblatt wächst dabei in drei Dimensionen, nämlich in der Länge, der Breite und der Höhe. Masse und Kosten steigen im Zuge dessen mit der dritten Potenz der Blattlänge. Doch obwohl die Hersteller versuchen, diesem Effekt entgegen zu wirken und die Fertigungsqualität zu verbessern, stiegen bei großen Blattlängen die Kosten schneller als der Ertrag.

(ID:42328009)