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05:50 29.02.2016
Robotertechnologie hilft Skelettkonstruktionen für Windräder herzustellen. Per Demonstrator werden Komponenten optimiert. Quelle: Firmen
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Potsdam

Rotoren von Windkraftanlagen haben einiges auszuhalten. Selbst bei kleineren Exemplaren lasten je nach Windgeschwindigkeit mitunter Kräfte von bis zu zwei Tonnen auf den Blättern. Kein Wunder, dass derzeit eingesetzte Materialien auf Dauer müde und spröde werden. Spätestens wenn dann auch noch erste Haarrisse auftauchen, werden hohe Wartungs- oder Reparaturkosten nötig. Die sind gerade für kleine und mittlere Investoren wie landwirtschaftliche Betriebe, Firmen oder kommunale Vereinigungen, die Windräder vorwiegend für den eigenen Strombedarf betreiben, schwer zu stemmende Belastungen.

„Zudem sind die chemischen Rohstoffe für die derzeit eingesetzten Harze teurer als früher eingesetzte Werkstoffe“, sagt Sebastian Steffen, Abteilungsleiter im Forschungsbereich Polymaterialien und Composite (Pyco) des Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Potsdam-Golm (IAP). Grund genug gerade der Werkstofffrage ein eigenes Forschungsprojekt zu widmen, das gerade auch für die Privatwirtschaft von entscheidender Bedeutung ist.

Bessere Werkstoffe

„Neue Materialien und Strukturen sollen zur Optimierung von Windenergieanlagen beitragen“, so Steffen. Zusammen mit Partnerunternehmen und unterstützt durch das Bundesforschungsministerium arbeitet die seit Jahresbeginn ins IAP integrierte „Pyco“ an einem schlicht KWEA (Kleinwindanlagen) benannten Vorhaben für widerstandsfähigere und günstigere Werkstoffe.

Zunehmend setze die Industrie auf eigene Windkraftanlagen auf dem Werksgelände, um Bedarfsspitzen bei der eigenen Energieversorgung aufzufangen, sagt der brandenburgische Landesvorsitzende des Bundesverbands Windenergie, Jan Hinrich Glahr. So hat etwa der Rotorblatt-Hersteller Vestas in Lauchhammer (Oberspreewald-Lausitz) in eine Windenergieanlage in Werksnähe vorwiegend für den Eigenbedarf investiert. Aber auch kleinere Unternehmen, Betreiber von Firmenarealen und landwirtschaftliche Betriebe vorwiegend in ländlichen Regionen setzen auf Kleinanlagen zur Selbstversorgung. „Hinzu kommt der Bedarf in Ländern, wo zum Teil die Infrastruktur für einen Netzanschluss fehlt“, so Glahr. Die Kleinwindkraft habe sich bislang noch nicht so stark entwickelt, wie man das von größeren Anlagen kennt. Aber das sei nur eine Frage der Zeit.

Darauf setzen eine Reihe von Firmen als Zulieferer. „Wir wollen die Windenergie-Sparte bei uns weiter ausbauen und versprechen uns lukrative Märkte vor allem auch im Ausland“, erklärt der Geschäftsführer des Struktur-Herstellers für Pumpen- und Schiffspropeller-Komponenten Baltico GmbH in Hohen Luckow im Landkreis Rostock sein Engagement für das Projekt. Baltico ist genauso wie der Windkraftanlagen-Produzent Solutions-4-Energy und der Faser-Kunststoff-Produzent Compren GmbH an KWEA beteiligt.

„Günstig und wartungsarm“ müssten entsprechende Windrad-Komponenten heute sein, sagt Steffen. Derzeit kommen für die Produktion der Rotorblätter noch vielfach Epoxidharz oder Glasfasermaterialien zum Einsatz. Das IAP will nun vor allem ein selbst entwickeltes neuartiges Polyesterharz-System auf Herz und Nieren für den Einsatz in den erneuerbaren Energien testen. Der neue Werkstoff fußt auf früher nicht ungebräuchlichen Polyester-Verbindungen. Deren Struktur wurde aber so modifiziert, dass sich ein wesentlich homogeneres Material bildet. Die so vernetzten Harze würden„eine wesentlich höhere Bruchdehnung also Verformungsfähigkeit als klassische Materialien aufweisen“, weiß Steffen. Zudem kostet Polyesterharz nur rund die Hälfte der bislang eingesetzten Epoxid-Materialien.

Skelett umgeben von Harz

Zusätzliche Widerstandskraft der Anlagen sollen auch die Entwicklungen der Partner im Vorhaben bringen. Baltico etwa stellt mit Robotertechnologie besondere Stabwickelkonstruktion aus Kohlenstoff her, die nicht nur für Blätter sondern auch für Türme und Gondeln von Windkraftanlagen zum Einsatz kommen könnten. Sie würden quasi das Skelett künftiger Komponenten umgeben vom neuen Polyesterharz darstellen. Bereits im Frühjahr kommenden Jahres hofft Steffen auf die Inbetriebnahme einer Demonstrationsanlage mit einer Turmhöhe von 33 Metern, mit der dann die Teile im laufenden Betrieb getestet und optimiert werden können.

Letztlich soll das mit Entwicklungsgeldern im mittleren einstelligen Millionen-Euro-Bereich ausgestattete KWEA aber nicht auf Kleinwindräder begrenzt bleiben. Die neuen Materialien könnten auch beim Bau von großen Windenergieanlagen eingesetzt werden, erwartet Steffen. Ebenso sei die Verwendung im Schiffsbau oder in der Automobilindustrie denkbar.

Darauf setzt auch das Bundesforschungsministerium, das mit dem geförderten Verbundvorhaben eine neue regionale Wertschöpfungskette im Wachstumsfeld Windenergie aufbauen will. Insbesondere im Zusammenhang mit der Energiewende besteht nach Ansicht des Ministeriums großer Entwicklungsbedarf für neuartige Materialien und Strukturen von Windkraftanlagen insgesamt.

Von Gerald Dietz

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