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Der Dreh beim Windstrom

Blick auf den Rotorblattprüfstand: Über die Seilzüge wirken bis zu 50 Meganewtonmeter auf das Blatt. Bei den Rotorblättern handelt es sich um handgefertigte Prototypen.
Blick auf den Rotorblattprüfstand: Über die Seilzüge wirken bis zu 50 Meganewtonmeter auf das Blatt. Bei den Rotorblättern handelt es sich um handgefertigte Prototypen. Foto: Fraunhofer IWES

In Bremerhaven kann die Windindustrie erstmals Rotorblätter für Windräder testen lassen. Das geht bis an die Belastungsgrenze.

Abgesehen von ihrem geschwungenen Dach wäre die 70 Meter lange Halle eher unspektakulär. Doch in ihrem Inneren scheint ein riesiges Rotorblatt waagerecht mitten im Raum zu schweben. An der Flansch-Seite ist der 58 Meter lange Flügel mit 48 Bolzen an einem gigantischen Drehteller festgeschraubt. Das eigentliche Blatt ragt - umfasst von fünf stählernen Klammern - in den Raum. Von den Klammern verlaufen Stahlseile zu Boden und dann über Umlenkrollen zur Rückwand der Halle.

Irgendwo im Hintergrund fängt eine Hydraulikpumpe an zu surren, die Seile spannen sich merklich, das Rotorblatt zittert leicht und fängt langsam an, sich zu biegen. Dann herrscht wieder Ruhe. "Sieht nach nichts aus", lacht Dr. Arno van Wingerde: "Aber über die fünf Seilzüge wirkt ein Moment von bis zu 50 Meganewtonmeter auf das Blatt." Newtonmeter messen das Drehmoment, das auf den Flügel wirkt - hier verbiegt quasi eine 100 Tonnen schwere Last die Flügelspitze. Für van Wingerde sind derartige Kraftakte mittlerweile Alltag; er leitet das Kompetenzzentrum Rotorblatt im neuen Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven.

Geeignet für 60 Meter lange Rotorblätter

Mit kräftigen Hebezeugen wird das 58 Meter lange Rotorblatt behutsam auf den Prüfstand gehoben.
Mit kräftigen Hebezeugen wird das 58 Meter lange Rotorblatt behutsam auf den Prüfstand gehoben. Foto: Fraunhofer IWES

Erstmals hat die deutsche Windkraftindustrie mit dem Prüfstand die Möglichkeit bekommen, bis zu 60 Meter lange Rotorblätter im Ganzen praxisnahen und exakt messbaren Tests zu unterziehen. Bislang konnten die Entwickler von Windkraftanlagen nur auf theoretische Berechnungen, Untersuchungen von Materialproben sowie die Erfahrung mit den an der Küste aufgestellten Prototypen zurückgreifen. Doch die Herausforderungen wachsen genauso schnell wie die Anlagen: Immer größere Windräder stellen höhere Anforderungen an die Rotorblätter - das Gewicht der Flügel zu reduzieren, ohne ihre Qualität zu verschlechtern, ist das Ziel der Konstrukteure.
Die Testlabore am Rande des Bremerhavener Fischereihafens leisten aber mehr als Belastungstests, erläutert der IWES-Gründer und -Leiter, Dr. habil. Hans-Gerd Busmann: "Es geht insbesondere auch darum, neue Untersuchungsverfahren zu entwickeln." Sie förderten deutlich mehr Wissen über die mechanischen Eigenschaften der Blätter zu Tage als die alten Methoden. "Das wiederum ermöglicht es den Rotorblattherstellern, ihre neuen Produkte schneller, kostengünstiger und mit höherer Qualität zu entwickeln."

Mit dem IWES, das im Sommer 2009 durch die Zusammenlegung des Bremerhavener Instituts mit dem Institut für Energiesystemtechnik (ISET) in Kassel seine volle Stärke erreicht hat, trägt die Fraunhofer-Gesellschaft dem wachsenden Forschungsbedarf in der Windindustrie Rechnung. Deren wichtigste Akteure definieren im Steuerungsgremium des Kompetenzzentrums Rotorblatt die Forschungsaufgaben.

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

Das Team rund um van Wingerde hat auf dem Prüfstand inzwischen die Kraft erhöht, die auf das Rotorblatt wirkt. Forschung auf Biegen und Brechen: Mit jedem zusätzlichen Kilonewtonmeter erhöht sich die Krümmung des Blattes; wegen der Bruchgefahr darf sich schon lange niemand mehr in der Nähe des Versuchsaufbaus aufhalten. Aber selbst der Blick aus der Scheibe des Steuerstandes bleibt Besuchern häufig verwehrt - die meisten Versuche laufen unter strikter Geheimhaltung. Schließlich lassen die Hersteller ihre neuesten Entwicklungen in Bremerhaven testen und wollen sichergehen, dass ihr Know-how nicht der Konkurrenz in die Hände fällt.

Großraum ist das Zentrum der deutschen Windenergie

Das Wissen, das das IWES den Herstellern liefert, stärkt nicht nur das jeweilige Unternehmen, sondern gleich eine ganze Region, ist Institutsleiter Busmann überzeugt. Der Standort Bremerhaven ist bewusst gewählt – in der Region sind mittlerweile fast alle führenden Hersteller von Fundamenten, Rotorblättern und Gondeln - also den Gehäusen der Anlagen – für den beginnenden Offshore-Boom 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 Bremen, Hannover, Oldenburg und Kassel eingebunden. "Die Region Bremerhaven-Oldenburg ist das Zentrum der deutschen Windenergie", sagt der Institutsleiter.

Busmann will dieses Zentrum nach Kräften mit seinem Institut stärken. In Kürze beginnen die Arbeiten für eine weitere Halle: "Nach dem Muster des Kompetenzzentrums Rotorblatt sind wir jetzt dabei, ein Kompetenzzentrum Gondel auf die Beine zu stellen", sagt er.

Van Wingerde und sein Team setzen derweil ihre Versuche auf dem Rotorblatt-Prüfstand fort. Seit Stunden unterziehen sie das Blatt mittels der Drahtzüge ständig wechselnden Belastungen. "Kaum eine andere gebaute Struktur ist so vielen Lastwechseln ausgesetzt wie ein Rotorblatt", erläutert van Wingerde. Bis zu neun Meter bewegt sich die Blattspitze nach oben und unten. Während eines Testlaufs, der teilweise mehrere Monate dauert, wird das Blatt bis zu fünf Millionen Mal hin- und hergebogen.

Zuverlässige Kontrollsysteme gesucht

Während einer Pause haben IWES-Mitarbeiter zusätzliche Sensoren auf der Oberfläche angebracht. Die Messgeräte registrieren bei den Versuchen nicht nur jede Veränderung, sondern sind auch selbst Versuchsobjekt: "Offshore-Windenergieanlagen müssen mit sehr zuverlässigen Mess- und Kontrollsystemen ausgestattet sein, denen auch die raue Seeluft nichts anhaben kann", erklärt van Wingerde: "Auf hoher See können Sie ja nicht ständig jemand zum Nachschauen vorbeischicken."

Die Sensoren-Entwicklung sei nur ein weiterer Teil eines umfassenden Forschungsprogramms, sagt 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."

Mehr unter www.iwes.fraunhofer.de/Bremerhaven/

6.264 Zeichen, Autor: Wolfgang Heumer

Pressekontakt:

Fraunhofer-IWES

Saskia Flügel

E-Mail: saskia.fluegel[at]iwes.fraunhofer.de