KölnDie Konstrukteure der größten Windmühle der Welt gingen aufs Ganze: 100 Meter ragte der Stahlturm in die Höhe, 100 Meter spannten sich die Rotorblätter weit. Das Maschinenhaus wog 340 Tonnen. Vor allem die Nennleistung stellte alles Bisherige in den Schatten: Sie betrug drei Megawatt - ein technologischer Quantensprung. Als sich die Räder von „Growian“ - kurz für „große Windenergieanlage“ - im Oktober 1983 das erste Mal drehten, war Schleswig-Holstein in Sachen Windkraft die Nummer eins der Welt.
Doch der Wagemut zahlte sich nicht aus: Die immensen Kräfte, die auf die Anlage einwirkten, ließen sich nicht beherrschen. Die Rotorblätter bekamen Risse, schließlich stand die Megamühle wegen Reparaturen die meiste Zeit still. In vier Jahren drehten sich die Rotoren nur 420 Stunden lang. 1987 gaben die Techniker auf. Growian wurde demontiert.
Das norddeutsche Fiasko bedeutete lange das Aus für Windräder dieser Größenordnung. Stattdessen entstanden Parks mit vielen kleinen Anlagen, die jeweils wenige Hundert Kilowatt Leistung hatten. Nun denkt die Branche wieder um: Großanlagen erleben eine Renaissance.
Neue Materialien reduzieren das Gewicht, moderne Steuerungs- und Regelungstechnik nutzt den Wind besser aus, Lasten werden so besser verteilt. Heutige Mühlen stellen sogar Growian weit in den Schatten: Die E-126 des Herstellers Enercon schafft eine Leistung von 7,5 Megawatt - das ist Weltrekord. Das europäische Forschungsprojekt „Upwind“ hält sogar 20-Megawatt-Windräder für technisch machbar.
Bei Offshore-Projekten fällt der Großteil der Ausgaben für Verkabelung, Fundamente, Umspannwerk und Installation an - die Turbine selbst macht deutlich weniger als die Hälfte der Gesamtkosten aus. Je größer Windmühlen sind, desto weniger von ihnen müssen die Betreiber aufstellen, um die gleiche Leistung zu erzielen. Das spart nicht zuletzt Zeit: So können die Installateure die kurzen Wetterfenster, die ihnen überhaupt erst eine Installation auf See erlauben, besser ausnutzen. Zumal die Installationsschiffe teuer sind.
Dank der jüngsten technischen Fortschritte erwarten Branchenexperten einen regelrechten Boom bei Offshore-Anlagen: „Windenergie ist einer der wenigen großen Wachstumsmärkte, die wir in Deutschland haben“, sagt Dirk Briese, Geschäftsführer des Marktforschungsunternehmens Windresearch. „Bis 2030 erwarten wir, dass die deutsche Offshore-Windenergiebranche eine Wertschöpfung von 200 Milliarden Euro - abzüglich der Importe und zuzüglich der Exporte - erreicht.“
In den nächsten fünf bis zehn Jahren werden auf See überwiegend Windenergieanlagen mit einer Leistung von fünf bis zehn Megawatt zum Einsatz kommen. Siemens will eine große Rolle spielen. Der Konzern hat vor kurzem den Verkaufsstart seiner neuen Sechs-Megawatt-Anlage verkündet. Bei der „SWT-6.0“ wiegen Maschinenhaus und Rotor nur rund 350 Tonnen - keine andere Anlage dieser Größenordnung hat ein ähnlich niedriges Gewicht. Der Grund ist eine direkt angetriebene Turbine, die mit 50 Prozent weniger Komponenten auskommt als herkömmliche Windkraftanlagen mit Getriebe.
Siemens will die SWT-6.0 zum Standard für Offshore-Anlagen weltweit machen. Dabei zeigt sich, in welche Richtung die Entwicklung geht: Die Rotorblätter haben einen Durchmesser von bis zu 154 Metern - rund 27 Meter länger als die derzeit leistungsstärkste Anlage von Enercon.
Schwergewichte bringen Probleme mit sich
Der Drang zur Größe bringt jedoch Probleme mit sich - denn die Riesenräder sind wahre Schwergewichte. „Eine Faustformel besagt, dass die Leistung mit dem Rotordurchmesser im Quadrat steigt, aber das Gewicht eher kubisch“, sagt Po Wen Cheng, Inhaber des Stiftungslehrstuhls Windenergie an der Universität Stuttgart. Ein doppelt so großer Rotor ermöglicht demnach die vierfache Leistung - aber er wäre achtmal schwerer. Eine Windenergieanlage auf See kann mit Fundament leicht mehr als 2000 Tonnen wiegen. Bei Schwerkraftfundamenten, die eine Anlage durch ihr schieres Gewicht auf dem Boden halten, können es sogar über 5000 Tonnen sein.
„Heutige Windkraftanlagen unterscheiden sich vom Aufbau gar nicht so sehr von den Anlagen von vor zehn Jahren“, sagt Cheng. Aber es funktioniere nicht, einfach nur größere Anlagen zu bauen. „Mit dem Gewicht steigen auch die Lasten stark an - und die gilt es durch passive und aktive Mechanismen zu kontrollieren. Um eine Leistung von zehn Megawatt oder mehr zu erreichen, brauchen wir einen Technologiesprung.“
Zuletzt haben die Windanlagenbauer von den Fortschritten in der Luftfahrt profitiert. Auch hier geht es um Gewichtsreduzierung - dadurch sinkt der Kerosinverbrauch und die Reichweite nimmt zu. Im Airbus A380 oder dem Dreamliner von Boeing kommen große Mengen an Kohlenstofffasern zum Einsatz. Im Vergleich zu Glasfasern sind sie leichter und haben eine höhere Festigkeit. „Das ist auch für Rotorblätter wichtig. Sie müssen steif genug sein, um etwa einen sicheren Abstand zum Turm zu halten“, sagt Cheng.
Potenzial bietet der Rotorblattaufbau - hier sind dank Verbundbauweise noch weitere Fortschritte zu erwarten. „Zukünftig werden neue Werkstoffe und Technologien eine Gewichtseinsparung von etwa 20 Prozent bringen“, sagt Experte Briese. „Bei leistungsstärkeren Anlagen, die ein höheres Gewicht haben, wird diese Einsparung jedoch wieder aufgehoben. Noch ist unter anderem viel Sicherheitstechnik nötig, die das Gewicht zusätzlich erhöht.“
Noch im Forschungsstadium befinden sich Projekte zum sogenannten „Active Flow Control“: Damit wollen Hersteller die Strömung am Rotorblatt beeinflussen, um Lasten zu reduzieren. „Möglich wäre es, eine bewegliche Hinterkante an den Rotorblättern einzubauen und sie automatisch so zu steuern, wie es für die Lastenkontrolle am besten wäre - so wie bei den Flügeln von Flugzeugen“, sagt Cheng. Eine weitere Idee bestehe darin, Löcher anzubringen, die mit aktiven Pumpensystemen verbunden sind.
„Dadurch ließen sich entlang des Rotorblatts die Strömungsfelder der Luft beeinflussen. Testrotorblätter gibt es schon.“
Einen ganz anderen Ansatz verfolgt das Unternehmen Wind Power. Die Briten wollen eine Zehn-Megawatt-Anlage mit Vertikalrotoren bauen - den „Aerogenerator X“. Das Konzept würde das Gewichtsproblem der derzeitigen Anlagen lösen, weil der Schwerpunkt nicht in der Höhe, sondern an der Basis liegen würde. Windresearch-Chef Briese ist jedoch skeptisch: „Anlagen mit Vertikalrotoren sind längst nicht marktreif. Am ehesten versprechen sie derzeit Erfolg im Onshore-Bereich - bei Kleinwindanlagen.“
