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Giganten der Windkraft

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Von: Joachim Wille

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Flügellager: Rotorblätter für Windräder auf einem Gelände des dänischen Herstellers Vestas.
Flügellager: Rotorblätter für Windräder auf einem Gelände des dänischen Herstellers Vestas. © Florian Gaertner/picture alliance/photothek

Die Anlagen von Vestas, Siemens Gamesa und Nordex werden immer größer und leistungsstärker. Damit wachsen auch die Anforderungen an Konstruktion und Material.

Vor vier Jahrzehnten sollte der „Growian“ mit der damals ungeheuren Leistung von drei Megawatt (MW) den Durchbruch für die Windkraft bringen. Die „Große Windenergie-Anlage“ ging 1983 im Kaiser-Wilhelm-Koog bei Marne an der Nordsee in Betrieb, finanziert zu einem großen Teil vom Bundesforschungsministerium. Doch das Projekt floppte total.

Der Growian lief nie mit voller Kraft, denn es gab unlösbare Probleme mit Konstruktion und Werkstoffen. Die Anlage mit einem 96 Meter hohen Turm und zwei 50 Meter langen Flügeln wurde nach nur vier Jahren stillgelegt. Inzwischen ist das Geschichte. Die kommerziellen Windräder von Herstellern wie Vestas, Nordex oder Siemens Gamesa haben die Drei-MW-Grenze längst überschritten. Jüngst ging nun die weltgrößte Anlage in den Probebetrieb – mit 15 MW Leistung, also dem Fünffachen von Growian.

Gebaut wurde die 15-Megawatt-Turbine vom Typ „V236“ vom dänischen Weltmarktführer Vestas. Der Prototyp, der an dessen Teststandort Østerild an der Nordseeküste in Westjütland steht, hat eine Rotorblattlänge von satten 115,5 Metern und einen Rotordurchmesser von 236 Metern. Der Konzern gibt den Energieertrag der Anlagen mit etwa 80 Millionen Kilowattstunden pro Jahr an. Das heißt: Ein einziges dieser Windräder reicht rechnerisch aus, um etwa 20 000 Durchschnittshaushalte mit Strom zu versorgen. Nach Angaben von Vestas funktioniert die V236 auch bei schwächeren Windverhältnissen gut, was zu einer stabileren Energieerzeugung führt.

Windkraft: Die Anlagen werden immer größer

Die Vestas-Megaanlage ist für die Nutzung in Offshore-Windparks konzipiert, ebenso wie die Modelle der Wettbewerber, die sich mit dem dänischen Hersteller in letzter Zeit einen Wettbewerb um die Spitzenleistung liefern. Das Unternehmen GE Renewable Energy, Tochter des US-Konzerns General Electric, hatte sich 2021 mit einem 14-MW-Prototypen an die Spitze gesetzt, gebaut nahe der niederländischen Hafenstadt Rotterdam. Es bekam inzwischen ein Typenzertifikat für den Betrieb sogar bis 14,7 MW, also nur wenig unter dem Vestas-Modell. Auch der deutsch-spanische Hersteller Siemens Gamesa ist inzwischen in diese Leistungsklasse vorgestoßen, seine Großanlage ist ebenfalls auf eine Nennleistung von 14 MW ausgelegt, soll aber unter guten Bedingungen auch 15 MW „ernten“ können. Die Inbetriebnahme des ersten Prototypen sollte in diesen Tagen erfolgen.

Produzenten von Windkraftanlagen.
Vestas steht an der Spitze. © FR/Statista

Meldungen über noch größere Windriesen fürs Meer kommen aus China. Hier haben zwei Hersteller die Inbetriebnahme von Anlagen mit 16,6 und 16,7 MW Nennleistung angekündigt, und angeblich entwickelt einer davon sogar eine Serie mit 18 MW, wobei der Rotordurchmesser dann 260 Meter betragen soll – also noch einmal fast 25 Meter mehr als beim Vestas-Prototypen. Zum Vergleich: Die weltweit ersten Offshore-Anlagen, die im Jahr 1991 ins Meer vor Dänemarks Küste gesetzt wurden, hatten nur knapp ein halbes Megawatt.

Offshore-Windparks: Die Anforderungen wachsen

Der Trend zu immer größeren Windkraftanlagen ist also ungebrochen, nicht nur für Offshore-Windparks, sondern auch an Land. Beispiel Deutschland: Anfang des vergangenen Jahrzehnts hatten neu installierte Onshore-Windräder hier im Schnitt eine Leistung von gut zwei Megawatt. Heute werden zum Teil Anlagen mit sechs und mehr MW erstellt – also dem Doppelten des Growian-Standards. So hatte unlängst eine der derzeit leistungsstärksten Onshore-Anlagen der Welt ihre Deutschland-Premiere. Zwei Windräder von Siemens Gamesa à 6,6 Megawatt wurden im November in der Wilstermarsch in Schleswig-Holstein in Betrieb genommen. Ihre Stromproduktion übertrifft alles, was hier bislang installiert wurde. Das Vorgängermodell hatte nur vier Megawatt. Der Leistungszuwachs lasse sich vor allem durch die größeren Rotoren erklären. „Je größer der Rotor ist, desto mehr Wind kann die Anlage einfangen“, erläuterte Unternehmenssprecher Marco Lange. Ein Typ-Upgrade mit sieben MW Leistung hat die Siemens Energy-Tochter kürzlich vorgestellt.

Ob mit 18 Megawatt auf See und sieben Megawatt an Land die Grenzen erreicht sind, ist unklar. Um 2000, als sich die Windkraft-Technologie breit etablierte, gingen Ingenieure und Ingenieurinnen in der Branche noch davon aus, bei etwa fünf MW sei Schluss – wegen vermuteter Grenzen der Materialtechnik und beim Transport der langen Rotorblätter. Doch alle Prognosen seither waren falsch, die „Maximalleistung“ wurde immer wieder überschritten. Trotzdem sind die technischen Herausforderungen bei einer weiteren Leistungserhöhung offensichtlich. Die in den Werkstoffen wirkenden Kräfte wachsen mit steigender Leistung überproportional und damit auch die Anforderungen an die Konstruktion. So steigt die notwendige Masse der Rotorblätter mit einer Potenz von etwa 2,5 mit der Länge. Das heißt, macht man die Blätter nur um zehn Prozent länger, steigt die Masse gleich um ein Viertel. Die Materialmenge, die pro Megawatt nötig ist, nimmt unweigerlich zu und damit auch die Masse der Anlage. Zudem wachsen die Anforderungen an die Fertigung, je größer die Windräder werden.

Windkraft: Fachleute rechnen mit fallenden Kosten

Bisher jedenfalls geht die Rechnung auf. Obwohl die größeren Anlagen teurer sind, produzieren sie die Kilowattstunde Elektrizität dank der höheren Leistung billiger als die jeweiligen Vorgängermodelle. Windstrom von Land-Anlagen zum Beispiel kann heute in Deutschland an günstigen Standorten für vier Cent pro Kilowattstunde produziert werden, im Jahr 2000 waren es noch umgerechnet neun Cent. Auch Offshore-Strom ist deutlich günstiger geworden, er kostet ab sieben Cent, 2010 lag die Einspeisevergütung noch bei 19 Cent.

Und Fachleute rechnen damit, dass die Kosten weiter rapide fallen werden. Sie erwarten, dass sie bis 2035 um 17 bis 35 Prozent und bis 2050 um 37 bis 49 Prozent niedriger liegen, wie eine Befragung von 140 Windkraftexperten weltweit 2021 ergab.

Weltweit steigt der Zubau von Windkraftanlagen denn auch stark an, 2021 wuchs die durch sie erzeugte Strommenge dadurch laut der Internationalen Energieagentur (IEA) um rund 17 Prozent, fast die Hälfte stärker als im Vorjahr. Haupttreiber waren China und die USA, während der Zubau in Deutschland sehr niedrig war. Laut IEA ist freilich noch ein schnelleres Wachstum erforderlich, um den Stromsektor bis Mitte des Jahrhunderts klimaneutral zu machen. An der Technologie liegt es, anders als beim Growian vor 40 Jahren, nicht mehr.

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