Windriesen kommen

Es kann bis zu 15 000 Menschen mit Strom versorgen. Technisch könnten die Ingenieure noch mal ein Schüppchen draufsatteln. Doch jetzt setzt die Ökonomie der Technik Grenzen.

Langsam läuft der schwere Rotor an. Auf einem Feld bei Magdeburg warten die Ingenieure der Windkraftfirma Enercon aus dem ostfriesischen Aurich gespannt auf den Moment, in dem ihre „E112“, das größte Windrad der Welt, das erste Mal Strom ins Netz der Elbe-Stadt speist. 52 m lang und bis zu 6 m breit ist jedes der drei Rotorblätter der Windanlage: Das ist mehr als die Spannweite eines Jumbojets. 4,5 MW ist die Nennleistung, Strom für rund 15 000 Menschen kann die Anlage produzieren. Heutige Windräder schaffen nicht einmal die Hälfte der E112. Aber der Weltrekord hat seinen Preis.
Die mächtigen Rotorblätter der E112 lassen sich nicht mehr per Lkw über lange Strecken transportieren, wie das bei den bisherigen Windrädern üblich ist. Das bei der Schiffswerft Abeking & Rasmussen Rotec GmbH bei Bremen gebaute Blätter schipperten daher zwei Tage über Binnenkanäle. Erst für die letzten 50 km haben Spezial-Lkw die Last übernommen. schließlich wurden Blätter, Rotornabe und Maschinenhaus auf einem 120 m hohen Betonturm montiert.
Im Prinzip ist die neue Windkraftanlage wie jede andere. Seit den späten 70er Jahren hat sich nichts Prinzipielles geändert: Auf einem hohen Turm ruht der Stromgenerator mit einem Propeller dran. „Der einzige Unterschied zu früher ist, dass die großen Windräder heute funktionieren und damals nicht“, sagt Jens Peter Molly, Leiter des Deutschen Windenergie-Instituts in Bremerhaven. In den 80er Jahren stieß das deutsche Forschungs-Windrad „Growian“ schon einmal in die 100-m-Klasse vor. Aber nach wenigen Tagen gab die Welle, an der die Rotorblätter befestigt sind, den Geist auf. Die Ingenieure wussten damals einfach nicht, welche Kräfte auftreten.
Anfang der 80er erzeugten Windräder gerade mal ein Zwanzigstel im Vergleich zur E112. Das Geheimnis des Wachstums: „Die Verbesserungen geschehen im Detail vor allem konnten die einzelnen Teile im Verhältnis zur Größe immer leichter werden“, sagt Molly. Es waren also 20 Jahre Feinarbeit notwendig, um wieder die Größe eines Growians zu erreichen.
Die größte technische Herausforderung beim Bau so großer Anlagen ist das Gewicht der Bauteile: „Während sich der Durchmesser einer Windenergieanlage verdoppelt, legt das Gewicht der Bauteile um ein Vielfaches zu”, sagt Martina Kuhlmann, Entwicklerin bei Enercon. Die Gondel der E112 – das Gehäuse mit Achse, Generator und tragenden Teilen – ist fünfmal so schwer, wie bei dem Vorgängermodell und wiegt 440 t – so viel wie rund 350 Mittelklassewagen. Neben der Belastung aller Lager und tragenden Teile ist das vor allem ein Problem bei der Montage: Nur wenige Spezialkrane können diese Last bis auf den 120 m hohen Turm heben. Wollte man noch größere Windräder bauen, wüsste man jetzt noch nicht, wie man die Gondeln auf die Türme heben sollte.
Rund drei Jahre hat Enercon mit 25 Entwicklern an der E112 gearbeitet. Ein guter Teil der Entwicklungszeit wurde auf die neuen Rotoren verwendet. Grundsätzlich hat sich auch hier nichts geändert: Die Flügel werden in großen Metallformen hergestellt Schicht um Schicht werden Glasfasermatten mit Epoxydharz übereinandergelegt, bis der Flügel die richtige Wandstärke erreicht. Die Flügel entstehen aus zwei Halbschalen, die um ein Innenleben aus Versteifungen herum zusammengeschlossen werden.
„Der entscheidende Punkt bei den Rotorblättern ist die Verbindung zur Nabe”, sagt Martina Kuhlmann. Jedes Rotorblatt ist so lang wie die Spannweite eines Jumbo-Jets und wiegt 20 t. Bei starkem Wind biegen sich die Blattspitzen bis zu 6 m durch. An den Blättern sollen bis zu 20 Jahre lang Böen und Stürme rütteln und am Fuß des Blattes müssen diese Kräfte auf die Narbe übertragen werden. Das Anschlussstück hat einen Durchmesser von gut 3 m die Wanddicke dieses Zylinders wurde gegenüber dem Vorgängermodell verdoppelt. Das ist noch nicht alles – aber über weitere Details schweigt Kuhlmann sich aus. Betriebsgeheimnis.
Auch die Windkraftfirma Nordex plant eine Anlage mit 115 m Rotordurchmesser, deren Nennleistung mit 5 MW noch etwas größer ist als die der Enercon E112, aber Nordex wird die erste Anlage der Serie N115 erst in einigen Jahren an der Ostsee aufstellen. Hier steht dann noch mal ein Entwicklungssprung an: „Wir wollen die Blätter aus den noch leichteren Karbonfasern fertigen“, sagt Entwicklungsleiter Arndt Stephan. Bisher setzt man Karbonfasern vor allem für Rennwagen und Tennisschläger ein. Das Material sei zwar teurer, gesteht Stephan ein, aber bei leichteren Blättern ließe sich auch Material bei der Welle und anderen Teilen einsparen. Das gleiche die Kosten der Kohlefaser wieder aus.
Beim Größenwachstum der Anlagen stößt die Windindustrie langsam an ihre Grenze. In zehn Jahren kommen vielleicht noch einmal größere Anlagen mit 8 MW oder 10 MW Leistung auf den Markt. Stephan: „Technisch könnten die Anlagen weiter wachsen, aber wirtschaftlich macht es keinen Sinn mehr.“ Wenn Produktion und Montage kommender Riesenräder noch aufwändiger werden, kann es billiger sein, den Strom mit mehreren 5-MW-Anlagen zu erzeugen. MARCUS FRANKEN