Windkraft 23.10.2009, 19:43 Uhr

Forschung auf Biegen und Brechen

Seit Anfang dieses Jahres arbeitet in Bremerhaven ein für Deutschland einmaliges Forschungsinstitut: das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik. Hier werden vor allem Rotoren, aber auch andere Elemente von Windkraftanlagen getestet und optimiert. VDI nachrichten, Bremerhaven, 23. 10. 09, moc

Eher unspektakulär wirkt die 70 m lange Halle, wäre da nicht mittendrin das riesige Rotorblatt. An der Flanschseite ist der 58 m lange Flügel mit 48 Bolzen an einem gigantischen Drehteller fest verschraubt.

Das eigentliche Blatt ragt – gehalten von insgesamt fünf stählernen Klammern – scheinbar frei schwebend in den Raum. Von den Klammern verlaufen Stahlseile zu Boden und von dort über Umlenkrollen zur Rückwand der Halle.

Irgendwo im Hintergrund fängt ein Hydraulikmotor leise an zu surren, die Seile spannen sich, das Rotorblatt zittert leicht und beginnt langsam, sich zu biegen. Dann herrscht wieder Ruhe, das Blatt geht langsam zurück.

„Sieht nach nichts aus“, lacht Arno van Wingerde, „aber über die fünf Seilzüge wirkt ein Moment von bis zu 50 Meganewtonmeter auf das Blatt.“ Für den Ingenieur van Wingerde sind derartige Kraftakte mittlerweile Alltag er leitet das „Kompetenzzentrum Rotorblatt“ im neu gegründeten Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven.

Erstmals hat die deutsche Windkraftindustrie mit dem Prüfstand die Möglichkeit, bis zu 60 m lange Rotorblätter im Ganzen praxisnahen und messbaren Tests zu unterziehen. Bislang konnten die Entwickler nur auf theoretische Berechnungen, Untersuchung von Materialproben und die Praxiserfahrung aus den an der Küste aufgestellten Prototypen zurückgreifen.

Mit den neuen Testlaboren des Fraunhofer-Instituts am Rande des Bremerhavener Fischereihafens sollen diese Schwachstellen behoben werden, erläutert der IWES-Gründer und Leiter, Hans-Gerd Busmann: „Es geht insbesondere darum, neue Untersuchungsverfahren zu entwickeln. Die bringen deutlich mehr Wissen über die mechanischen Eigenschaften der Blätter als die alten Methoden. Das wiederum ermöglicht es den Rotorblattherstellern, ihre neuen Produkte schneller, kostengünstiger und mit höherer Qualität zu entwickeln.“

Durch die aktuelle Zusammenlegung des Bremerhavener Institutes mit dem Institut für Energiesystemtechnik (ISET) in Kassel hat das IWES seine volle Größe erreicht. An die 50 Mitarbeiter hat das Institut, in den nächsten Jahren soll deren Zahl auf 250 anwachsen. „Die Industrie erkennt zunehmend, dass ein gemeinschaftliches Vorgehen sinnvoller und effizienter ist als ein unabhängiges Vorgehen an mehreren Forschungseinrichtungen“, so Busmanns Erfahrung.

Mit der Institutsgründung folge die Fraunhofer-Gesellschaft zudem ihrer gesellschaftspolitischen Verantwortung, sagt der Institutsleiter: „Unser Schwerpunkt – Windenergie und Energiesystemtechnik – ist ein erstrangiges gesellschaftliches Thema. Es geht um die zuverlässige Versorgung der Verbraucher mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen.“

Es geht um die Versorgung der Verbraucher mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen

Das Team um van Wingerde hat auf dem Prüfstand inzwischen die Kraft erhöht, die auf das Rotorblatt wirkt, der Hydraulikmotor arbeitet deutlich angestrengter, die Biegung des Blattes wird stärker. In der Nähe des Versuchsaufbaus darf sich schon lange niemand mehr aufhalten, der Versuch kann nur noch aus dem mit Sicherheitsglas geschützten Steuerstand verfolgt werden.

Mit jedem zusätzlichen Newtonmeter erhöht sich die Biegung des Blattes. Maximal kann sich die Blattspitze gut 9 m in beide Richtungen verbiegen. Dann aber ist ein Bruch nicht mehr weit.

Bisher ist das allerdings noch nicht passiert, der erste Bruchtest ist für das kommende Jahr geplant.

Aber selbst der Blick aus dem Steuerstand bleibt Besuchern häufig verwehrt – die meisten Versuche laufen unter strikter Geheimhaltung ab, weil die Hersteller ihre neuesten Entwicklungen in Bremerhaven testen lassen und sichergehen wollen, dass ihr Know-how nicht in falsche Hände gerät.

Das Wissen, das das IWES den Anlagenherstellern liefert, stärkt jedoch nicht nur das jeweilige Unternehmen, sondern eine ganze Region, ist Institutsleiter Busmann überzeugt. So ist auch der Standort Bremerhaven bewusst gewählt – dort sind mittlerweile fast alle führenden Hersteller von Fundamenten, Gondeln und Rotorblättern für den beginnenden Offshoreboom versammelt andere haben ihre Produktionsstätten im benachbarten Cuxhaven oder im ebenfalls schnell erreichbaren Emden.

Darüber hinaus ist das IWES in ein enges Kompetenznetz mit den Universitäten eingebunden (siehe Kasten).

In Kürze beginnen zudem die Arbeiten für eine weitere Testhalle: „Nach dem Muster des Kompetenzzentrums Rotorblatt sind wir jetzt dabei, ein Kompetenzzentrum Gondel auf die Beine zu stellen“, kündigt Busmann an.

Van Wingerde und sein Team schieben derweil eine große Arbeitsbühne von dem Rotorblatt weg, nachdem sie auf dem Blatt zusätzliche Sensoren installiert haben. Wieder spannen sich die Seilzüge, Stunden werden sie das Blatt ständig wechselnden Belastungen aussetzen, bis zu 5 Mio. Schwingungen muss so ein Rotor aushalten. „Kaum eine andere gebaute Struktur ist in der Praxis so vielen Lastwechseln ausgesetzt wie ein Rotorblatt“, so van Wingerde. Dementsprechend kann ein solcher Test Monate dauern, Tag und Nacht ist dann der Steuerstand besetzt.

Es war längst überfällig, dass dieses Institut gegründet wurde

Die Sensoren, die bei den Versuchen jede Veränderung auf der Oberfläche des Rotorblattes messen, sind auch selbst Versuchsobjekt: „Offshorewindenergieanlagen müssen mit sehr zuverlässigen Mess- und Kontrollsystemen ausgestattet sein, denen auch die raue Seeluft nichts anhaben kann“, erklärt van Wingerde: „Auf hoher See kann man ja nicht ständig jemand zum Nachschauen vorbeischicken.“

Die Sensoren-Entwicklung ist deshalb ein wesentlicher Teil der Forschungen am IWES, so der gebürtige Niederländer: „Es war längst überfällig, dass dieses Institut gegründet wurde. Denn bis jetzt hatte Deutschland zwar viele gute Professoren, aber selbst Griechenland hatte mehr Forschungskapazität für Windkraft.“ WOLFGANG HEUMER

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Heumer

    Der Autor hat mehr als zehn Jahre als Redakteur und Redaktionsleiter für verschiedene Tageszeitungen gearbeitet. Seit 1998 ist er freiberuflich mit den Schwerpunkten Wirtschaft, Technik und Wissenschaft für Magazine, Agenturen, Tageszeitungen und fachlich geprägte Medien tätig.

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