Composites sorgen für mehr Strom mit weniger Windkraftanlagen

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Faserverbundwerkstoffe sind die richtige Wahl

Florian Sayer leitet die Abteilung Rotorblatt am Fraunhofer Institut IWES in Bremerhaven. Zu den verwendeten Materialien für diese Komponenten befragt, betont der Ingenieur, dass fast ausschließlich Faserverbundwerkstoffe eingesetzt werden. Üblich ist die Verwendung von Epoxidharzsystemen als Matrix, die mit Glas- oder Carbonfasern verstärkt sind.

Dabei ist die Windkraftindustrie aktuell der größte Abnehmer für Harzsysteme und Verstärkungsfasern im Bereich Faserverbundwerkstoffe. Die Epoxidharze liefert hierzu bislang meist die Dow Chemical Company, Momentive Special Chemicals oder die BASF, wie Sayer beschreibt.

Zur Formgebung der Rotorblätter hat sich gemäß seiner Aussage heute das Vakuuminfusionsverfahren etabliert. Bei diesem Prozess werden die Materialien trocken in eine Halbschalenform gelegt, mit Vakuum beaufschlagt und anschließend die Matrixharzsystem infundiert. Nach der Infusion folgt die Aushärtung der flüssigen Matrix. Unterschiedliche Faserarten und -gewebe werden dabei in vorher bestimmter Orientierung (maximale Verstärkung in Hauptbelastungsrichtung) abgelegt. Das ganze Teil benötigt noch Kernwerkstoffe und dazu werden neben Balsaholz auch Polymerschäume aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyvinylchlorid (PVC) eingesetzt.

Windkraftanlagen amortisieren sich schneller

Aktuelle Entwicklungstrends sind Materialien mit einer geringeren Dichte, höheren Festigkeit oder geringeren Werkstoffkosten, sodass beispielsweise größere Rotordurchmesser bei vertretbaren Mehrkosten gebaut werden können. Durch die größeren Rotoren kann außerdem die Nennleistung der Anlagen bei geringeren Windgeschwindigkeiten erreicht werden. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die schnelle ökologische Amortisierung der Anlage.

Um das zu erreichen werden die leicht und schnell zu verarbeitenden Materialien und Verfahren stets weiterentwickelt. Der Erfolg wird dann durch den ökologischen Footprint sichtbar gemacht: Die Energie und Ressourcen, welche in den Prozess eingeflossen sind, müssen schnell zurückgewonnen werden. Dieses ist nach einem halben bis zu einem Jahr der Fall. Hierzu merkt Sayer an, dass dies bei Windkraftanlagen schneller als bei vielen anderen erneuerbaren Energiequellen erreicht wird.

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