Daniel Hautmann

Freier Journalist (Technik, Energie, Umwelt), Hamburg

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20.000 Kilowatt über dem Meer

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Windrad

Windräder werden immer leistungsstärker. Vor allem auf See könnten schon bald Giganten mit bis zu 20 Megawatt Leistung und 280 Meter Rotordurchmesser aufgestellt werden. Die Riesenräder erhöhen den Stromertrag und vereinfachen gleichzeitig die Logistikkette. Von den heutigen Anlagen werden sie sich aber deutlich unterscheiden.


Es war vor gut einem Vierteljahrhundert, als die kahlen Hügel Südkaliforniens plötzlich Bewuchs zeigten. Als habe ein Landschaftsarchitekt das Riverside County rund um Palm Springs für eine gigantische Installation ausgewählt, wurden Bergkämme und Hänge in den 1980er-Jahren mit einem Wald weißer Stangen überzogen, an deren Spitzen sich dreiflügelige Räder drehten: Begünstigt durch ein Förderprogramm des Staates Kalifornien entstanden Tausende Windkraftanlagen, darunter viele vom Typ M108 des damaligen dänischen Herstellers Micon. Sie lieferten 108 Kilowatt Leistung und legten den Grundstein für den Höhenflug der Windenergie.

Mit einem knapp 24 Meter hohen Turm und dem Rotordurchmesser von 19 Metern galt Micons M108 damals als wahrer Riese unter den Windrädern. Doch mit den Jahren wurden die Anlagen größer und größer. Heute beeindrucken die Giganten von gestern nicht einmal mehr Zwerge. Die aktuelle Generation leistet mindestens zwei Megawatt (MW), also fast 20-mal mehr als Micons Bestseller. Die Türme sind auf mehr als 100 Meter gewachsen, und auch die einzelnen Rotorblätter sind mit über 50 Meter um ein Vielfaches länger als damals. Bisheriger Spitzenreiter ist die E-126 des Auricher Herstellers Enercon, die mit 7,5 MW als leistungsstärkste Anlage der Welt gilt und unter anderem im belgischen Windpark Estinnes zu bestaunen ist. Allerdings betrachten viele diese Windturbine mehr als Prototyp denn als ausgereiftes Serienprodukt - nicht zuletzt, weil es weltweit nur wenige Kräne gibt, die sie aufstellen können. Der 131 Meter hohe Turm besteht aus 35 Segmenten, der Rotordurchmesser beträgt 127 Meter, und das Maschinenhaus hinter der Rotornabe wiegt rund 650 Tonnen. Angesichts dieser enormen Maße nimmt die Riesenanlage eine Sonderstellung ein - an Land liegt die durchschnittliche Windturbinengröße aus Gründen der Logistik derzeit zwischen zwei und drei MW.

Das verhält sich bei Anlagen auf See anders: Hier gelten Turbinen mit fünf MW mittlerweile als Standard. Und selbst das genügt vielen Betreibern noch nicht, denn je größer und leistungsstärker die Anlage, desto höher fallen die Stromausbeute und der Gewinn aus. Aus diesem Grund geht offshore der Trend dahin, lieber wenige, aber dafür sehr große 20-MW-Anlagen aufzustellen, denn: Große Anlagen sparen Platz. Im Vergleich zu vier kleineren Windrädern mit den erforderlichen Abständen verbraucht die neue Klasse bei gleicher Leistung weniger Grundfläche. Das Wetterfenster, jene kurze Periode, in der Anlagen auf hoher See gebaut werden können und damit einer der kritischsten Faktoren bei der Offshore-Installation, wird besser ausgenutzt. Statt vier Anlagen muss nur eine aufgebaut und angeschlossen werden - das spart Zeit. Und die Kosten teilen sich besser auf. Denn auf das Windrad an sich entfalle offshore nur ein Drittel der Gesamtkosten, sagen Branchenkenner. Den Großteil würden Logistik und Netzanschluss verschlingen. Muss lediglich eine Anlage aufgestellt und damit nur ein Kabel statt mehrerer verlegt werden, ist das billiger und weniger aufwendig.

Deshalb arbeiten Wissenschaftler intensiv an der Entwicklung einer neuen Generation wahrer Windkraft-Giganten. Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts UpWind haben Wissenschaftler einen Blick in die Zukunft gewagt und das technisch Machbare ausgelotet. Fazit: Riesenräder mit Rotoren von über 200 Metern Durchmesser und mit bis zu 20 MW starken Generatoren sind realistisch.

Der Weg zu den Mammut-Turbinen führt allerdings zunächst über kleinere Modelle - den heutigen Riesen mit 5 MW. Areva Wind, REpower und Bard sammeln seit Jahren Erfahrungen in dieser Klasse. Ihre Erkenntnisse fließen in die Entwicklung der nächsten Evolutionsstufe ein. "Die derzeitige 5-MW-Anlage ist ein Zwischenschritt", zeigt sich Christian Nath vom Germanischen Lloyd überzeugt. Deshalb entwickeln die Windradbauer nun Anlagen, die ausschließlich für den Offshore-Einsatz gedacht sind - große Windturbinen, die eine hohe Verfügbarkeit erreichen. Der Weltmarktführer Vestas promotet gerade seine 7-MW-Offshore-Anlage. 2-B Energy aus den Niederlanden testet ein Modell seiner 6-MW-Turbine, ebenso wie Nordex, und American Superconductor will mit seinem zehn MW starken "SeaTitan" in See stechen. Genauso die Norweger von Sway mit ihrer schwimmenden 10-MW-Anlage.

Diese Maschinen werden neben einigen anderen die ersten reinen Offshore-Entwicklungen sein. Zahlreiche weitere Unternehmen versprechen zwar Hochsee-Großanlagen, können aber noch keine konkreten Ergebnisse vorzeigen. So planen Clipper, Mitsubishi, Samsung und United Power ebenfalls 10-MW-Maschinen für den Einsatz auf See. Doch selbst diese Anlagen werden wohl nur ein Zwischenschritt sein.

"Die ersten Großanlagen könnten 2020 stehen", prognostiziert Andreas Reuter, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven - der Zentrale der deutschen Windkraftforschung. Dass die Offshore-Riesen kommen, gilt als sicher, denn nur mit ihrer Hilfe sind die Klimaziele zu erreichen, die sich viele Regierungen gesteckt haben, Im Verbund mit anderen erneuerbaren Energieträgern sollen sie dazu beitragen, den CO2-Ausstoß und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Allein in der EU sollen 2020 rund 20 Prozent der Energie aus regenerativen Quellen sprudeln. Geht es nach der European Wind Energy Association, dann verfügt Europa 2030 über 400 Gigawatt (GW) Windkraftleistung - und deckt damit bis zu einem Drittel des Strombedarfs in der EU. Die Hälfte der Anlagen könnte im Wasser stehen. Das entspricht etwa 40000 Anlagen mit je fünf MW oder 10000 Maschinen mit jeweils 20 MW. Doch in Deutschland sind bislang lediglich rund 200 MW offshore installiert, deshalb wird es schwer, die eigenen Ausbauziele von zehn Gigawatt offshore bis 2020 zu erreichen. Große Anlagen könnten helfen, die installierte Leistung rechtzeitig ans Netz zu bringen.

Dieser Text ist der Zeitschriften-Ausgabe 12/2011 von Technology Review entnommen. Der Artikel steht auch als kostenpflichtiges pdf im Artikel-Archiv zum Download bereit.

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