Windenergie

Bis zum Jahr 2030 ist ein jährlicher Zu­bau von mindestens neun Gigawatt Wind­energie notwendig, um genügend CO₂-frei erzeugten Strom für Deutschland zu pro­duzieren. Maßgeblich zur Erreichung der Ziele sind größere und leistungsstärkere Windenergieanlagen auf See, ebenso die Optimierung des Anlagenbetriebs und eine Verringerung der Ausfallzeiten.

Windenergie basiert auf einer techno­logisch hochentwickelten Anlagentechnik, die auch das Ergebnis einer Viel­zahl innovativer Forschungsprojekte ist. In den vergangenen fünf Jahren hat allein das Fraunhofer-Institut für Windenergie­systeme IWES an 500 Forschungsprojek­ten gearbeitet – vom Planungsprozess, der Entwicklung, der Errichtung sowie dem Betrieb, der Überwachung der Maschinen, der Reparaturprozesse, der Lebensdauer bis hin zum Abbau und der Wiederver­wertung aller Komponenten.

Um das Potenzial der Offshore-Tech­nologie voll auszuschöpfen, wird noch weitere Forschung nötig sein – schließlich sind die Bedingungen, unter denen die gi­gantischen Anlagen arbeiten müssen, ex­trem: Salzwasser, Orkane mit Windstärke 12, 15 Meter hohe Wellen. Hinzu kommen weitere Herausforderungen: Da das Fun­dament auf See sehr teuer ist, werden mög­lichst große Anlagen errichtet. Der aktuell größte Prototyp liefert bei einem Rotor­durchmesser von 222 Metern eine Maxi­malleistung von 14 Megawatt. Im Vorfeld sind umfangreiche und realitätsnahe Tests der Anlagen und ihrer Komponenten not­wendig. Das Fraunhofer IWES hat dazu die Prüfinfrastruktur aufgebaut und unter­stützt die Industrie mit dem Test der neu­esten Prototypen und der ständigen Wei­terentwicklung der Validierungsmethodik.

Aber nicht nur extreme Stürme sind eine Herausforderung für die Hightech-Anla­gen auf See – entscheidende Risiken für den Bau der riesigen Anlagen liegen auch verborgen im Meeresboden: Ein besonders großes Risiko stellen Objekte wie Findlin­ge im Boden dar, auf die die Gründungs­struktur beim Einsetzen in den Boden sto­ßen könnte. Würde sie dabei derart stark beschädigt, dass sie entfernt und ersetzt werden muss, können direkte Kosten von bis zu 15 Millionen Euro entstehen – mit zusätzlichen Folgekosten in mehrstelliger Millionenhöhe. Über ein Messverfahren des Fraunhofer IWES und der Universität Bremen lässt sich das Risiko nun deutlich minimieren. »Wir leiten akustische Sig­nale, erzeugt über eine elektrische Quelle oder eine Druckluftquelle, in den Boden ein. Befindet sich ein Objekt darin, wirft es den Schall zurück – was wir messen können«, sagt Dr. Benedict Preu, Abtei­lungsleiter Baugrunderkundung beim Fraunhofer IWES. Das innovative Ver­fahren sprach sich unter den Windpark­betreibern schnell herum: »Wir haben für die nächsten Jahre bereits Anfragen für bis zu 120 Millionen Euro aus aller Welt – bei Weitem mehr, als wir stemmen können«, freut sich Preu. Nun sollen Lizenzverträge helfen, diesem Anfragesturm gerecht zu werden. Selbst bis in das Versicherungs­wesen hinein wirkt sich die Technologie aus: Versicherungen berücksichtigen die Untersuchungsmethode des Fraunhofer IWES bei der Berechnung der Prämien.

In einer Weiterentwicklung der Me­thode sollen im Boden verlegte Kabel eben­falls detektiert werden – etwa Starkstrom­kabel, die den Strom der Windparks gen Land transportieren. Nach staatlicher Vor­gabe muss die Lage und Tiefe solcher Kabel einmal jährlich überprüft werden, um keine Gefährdung für die Fischerei dar­zustellen und eine zu starke Erwärmung des Meeresbodens auszuschließen. Aller­dings müssen bei Anwendung konventio­neller Verfahren die Stromkabel für diese Messung bis zu zwei Wochen abgeschaltet werden. Da oftmals bis zu zehn Windparks ihre Energie in ein einziges Starkstrom­kabel einspeisen, geht das schnell ins Geld. »Mit unserer Technologie können wir die Lage und Tiefe der Kabel erstmalig flächen­deckend auch bei laufendem Betrieb unter­suchen«, bestätigt Preu.