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Leichtbau in der Windenergietechnik

Unerkannte Schäden in Rotorblättern von Windenergieanlagen / Foto: HB

Innovations-Impulse auf der “EXPERIENCE COMPOSITES – powered by JEC Group”

(WK-intern) – Schon heute preist das riesige CFK-Rotorblatt eines Windrades vor dem Gelände der Messe Augsburg ein Messe-Highlight dieses Jahres an.

Die „EXPERIENCE COMPOSITES – powered by JEC group“ widmet auch dem Bereich der Faserverbund-Anwendungen in der Windenergie ein eigenes Schaufenster.

Leichtbau und Faserverbundtechnologien machen Windenergiesysteme noch zukunftsfähiger und effizienter und helfen somit, Energiekosten zu senken. Die Windkraftindustrie ist für Composites-Materialien ein Wachstumsmarkt. Vom 21. bis zum 23. September stellen Netzwerke, Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen ihre aktuellen Projekte und Innovationen dem Fachpublikum aus aller Welt vor. Das Gemeinschaftsprojekt von Messe Augsburg, Carbon Composites e.V. und der JEC Group hat schon vor der Premiere eine große internationale Composites-Fangemeinde.

Composites in der Windenergie

Schon 1957 kamen unter der Federführung von Windenergie-Pionier Professor Ulrich Hütter die ersten Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) mit einer Länge von 17 Metern zum Einsatz. Auch beim GROWIAN (Große Windkraftanlage), dem einst größten Windkonverter der Welt wurde GFK-Material verbaut. In den frühen 70er Jahren entwickelte sich die Serienproduktion von GFK-Rotorblättern an kleineren Anlagen beginnend in Dänemark. In der Anfangsphase belief sich die Leistung auf ca. 10 Kilowatt. Heute erreichen wir Größenordnungen von 8 bis 10 Megawatt. Bei den hierbei erreichten großen Abmessungen der Rotoren wird in den Rotorblättern das GFK inzwischen aber auch vermehrt durch das leichtere und steifere CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) ersetzt. Der Einsatz von Faserkunststoffverbunden (FVK) oder Composites ist in der Windenergie außer in den Rotorblättern durchaus auch in anderen Komponenten der Gesamtanlage, z.B. im Turm oder Generatorwellen (z.B. im „FlexShaft“), denkbar. Rotorblätter aus GFK- und CFK-Materialien verbreiten sich weltweit mit wachsender Tendenz.

Wachstumsmarkt Windenergie: Erfolgsfaktoren und Chancen

Allein im Jahr 2015 wurden der European Wind Energy Association zufolge 12.800 MW an Windkraft-Kapazität installiert. Das entspricht einer Steigerungsrate von 6,3 %. Rotorblätter sind aktuell bis zu 85 m lang und Anlagen sind bis zu 200 m hoch. Basis für die Weiterentwicklung innovativer Materialien in Windkraftanlagen ist die weitere Erhöhung der Akzeptanz für regenerative Energien in der Politik und Gesellschaft. Darüber hinaus liegen noch eine Reihe von Optimierungspotenzialen in Technik und Material selbst, etwa in weiterentwickelten Materialien (Fasern und Matrizen, Sandwich-Kerne), in der Lebensdauer, der Qualität, Vogel- und Blitzschlagresistenz, Korrosion (v.a im Offshore-Segment), Erosion oder dem Recycling. Transporteigenschaften, Montage und Wartung sind zu verbessern und die Fernüberwachung ist weiter zu optimieren. Bei einigen dieser Herausforderungen können weiterentwickelte Composites-Materialien helfen. Einige dieser Innovationen und Entwicklungen werden kommenden September auf der EXPERIENCE COMPOSITES präsentiert.

Zukunft von Composites in der Windenergie

Die wichtigste Herausforderung besteht darin, große Rotorblätter (70 bis 90 m) zu bauen und die Leistungsfähigkeit und den aerodynamischen Wirkungsgrad der Blätter zu erhöhen bei sinkenden Kosten. Dabei müssen lagerlose Rotoren entwickelt werden, CFK-Herstellungsprozesse müssen optimiert, die Blattherstellung automatisiert und integriertes Health Monitoring muss betrieben werden. Innovationen und Pilotprojekte sind zum einen große Anlagen (off-shore und für Schwachwindgebiete), die Windstromnutzung für die Wasserstofferzeugung und die Herstellung von Methangas durch Reaktion mit CO2 und Wasser. Große Potenziale liegen in der Weiterentwicklung sogenannter „smart blades“, intelligenter Rotorblätter, die sich dem Wind anpassen können. Diese Themen werden im Detail während des Themenblocks „Windenergie“ im Symposium am 21.09.2016 bei den Vorträgen von MECA, Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Nordwest, TU Dresden, Universität Stuttgart, Institut für Stahl- und Holzbau der TU Dresden und WindEnergie diskutiert.

Trend: Einsatz von CFK

Christoph Kensche, Spezialist für Windenergieanlagen im Carbon Composites e.V. fasst ein Szenario zusammen: „Es wird in Zukunft auch in unserem Bereich zu einem erhöhten Einsatz von CFK kommen. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe machen immer größere und optimierte Rotorblätter von Windkraftanlagen möglich. Automatisierte Fertigungsverfahren werden zur Kostensenkung und Qualitätsverbesserung weiterentwickelt. Weiter werden die Leistung, Aerodynamik und Aeroakustik verbessert. Und es wird auch große, geteilte Blätter geben, damit die Herausforderungen für Transport und Montage besser gelöst werden können. Denkbar ist auch die Gestaltung der Türme aus Carbonbeton“. Franz Weißgerber von den Carbon-Werken Weißgerber ergänzt: „Ein großer Teil des heute weltweit eingesetzten CFK wird in Rotorblättern verbaut. Gerade im Recycling von Rotorblättern liegt viel Musik. Jeder Schritt, den wir hier weiterkommen wir auch die Akzeptanz der Technologie weiterbringen“.

Schaufenster Windenergie auf der EXPERIENCE COMPOSITES

Die neue Leitmesse für Faserverbundmaterialien und Leichtbau „EXPERIENCE COMPOSITES – powered by JEC Group“ widmet der Windenergie ein eigenes Schaufenster. Philip Häußler, Projektleiter: „Wir haben schon sehr früh in unseren Startgesprächen mitgenommen, dass Windenergie ein wesentlicher Anwendungsbereich von Faserverbundmaterialien und Leichtbau ist. Vor allem in Bereichen wo auch die Politik noch zur weiteren Durchsetzung der Technologie benötigt wird, können Messen und aufmerksamkeitsstarke Podien viel bewegen. Wir wollen Faserverbund in allen Facetten für die Windenergietechnik aufgreifen und hoffen, die Entwicklung nachhaltig mit zu befördern. Aktuell ist die Resonanz aus Industrie und Wissenschaft sehr motivierend für uns. Wir freuen uns, unseren Ausstellern aus der Windenergietechnik die wirklich besondere Messe zu bieten, in der Machbares und Innovatives im Vordergrund stehen“.

Weitere Informationen:

www.experience-composites.com

Über Messe Augsburg:

Die Messe Augsburg als drittgrößter Messeplatz in Bayern ist ein Wirtschaftsmotor mit Ausstrahlung weit über die Grenzen Bayerisch-Schwabens hinaus. Augsburg punktet mit einem bestens strukturierten und auch international gut erreichbaren Messegelände, persönlichem Service und dem Charme der zweitältesten Stadt Deutschlands. Die Messe Augsburg ist Full-Service-Partner für Messen und Events: 12 Hallen mit 48.000 m² Bruttofläche, 10.000 m² Freigelände, ein Tagungscenter, vier Eingangsbereiche, beste Verkehrsanbindung sowie 2.400 Parkplätze in unmittelbarer Nähe bieten eine Vielzahl an individuell planbaren Veranstaltungsmöglichkeiten.
www.messeaugsburg.de

Über Carbon Composites e.V.:

Carbon Composites e.V. (CCeV) ist der größte deutschsprachige Verbund von Unter-nehmen und Forschungseinrichtungen und deckt die gesamte Wertschöpfungskette der Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe ab. CCeV vernetzt Forschung und Wirtschaft in Deutschland, Österreich und der Schweiz.

CCeV versteht sich als Kompetenznetzwerk zur Förderung der Industrialisierung und der Anwendung von Faserverbundwerkstoffen. Die Aktivitäten von CCeV sind auf die Produktgruppe „Marktfähige Hochleistungs-Faserverbundstrukturen“ und „Hybride“ ausgerichtet. Schwerpunkte liegen auf Faserverbundstrukturen mit Kunststoffmatrices, wie sie aus vielen Anwendungen auch einer breiteren Öffentlichkeit bekannt sind, sowie auf Faserverbundstrukturen mit Keramikmatrices mit ihren höheren Temperatur- und Verschleißbeständigkeiten.

CCeV wurde 2007 gegründet und hat heute rund 280 Mitglieder, darunter 54 Forschungseinrichtungen, 45 Großunternehmen, 138 kleine und mittlere Unternehmen, 30 assoziierte Mitglieder sowie 6 unterstützende Organisationen. Sitz des Vereins ist Augsburg.
www.carbon-composites.eu

Über JEC Group

Mit einem Netzwerk von 250.000 Fachleuten ist die JEC-Group die größte Faserverbund-Organisation der Welt. Sie repräsentiert, vermarktet und hilft, Verbund-Märkte zu entwickeln durch globale und lokale Vernetzung und Informationsdienste. In den letzten 20 Jahren erreichte JEC kontinuierliches Wachstum und erwarb sich einen internationalen Ruf. Sie hat Niederlassungen in Nordamerika und Asien eröffnet. Das Unternehmen ist völlig im Besitz des Non-Profit-Centers für Förderung von Composites. Die Politik der JEC Group ist es, systematisch ihre Gewinne in die Schaffung neuer Services zu investieren, die der Industrie zugutekommen. Nachdem die Composites-Industrie erfolgreich wurde, erweitert die JEC-Group nun ihren Leistungsumfang auf einen neuen Bereich der Wertschöpfungskette – die Hersteller und Endnutzer.

Durch Wissen und Networking bieten JEC-Experten ein umfassendes Servicepaket: Die JEC Publikationen – einschließlich der strategischen Studien, technischer Bücher und des JEC Composites Magazins – den wöchentlichen internationalen E-Letter World Market News und den französischen E-letter JEC Info Composites. JEC organisiert ebenfalls die JEC World Show in Paris – die größte Faserverbund-Messe weltweit, die fünfmal größer ist als jede andere Faserverbund-Veranstaltung, JEC Asia in Singapur und JEC Americas in Atlanta; das Web Hub www.jeccomposites.com; der JEC Composites Kongresse, Foren und Workshops in Paris, Singapur und Atlanta und das JEC Innovation Awards-Programm (Europa, Asien, Amerika, Indien und China). Der Composite-Industrie beschäftigt 550.000 Fachleute weltweit und erwirtschaftete 69 Milliarden US-Dollar im Jahr 2015.
www.jeccomposites.com

PM: JEC Group

Schon heute preist das riesige CFK-Rotorblatt eines Windrades vor dem Gelände der Messe Augsburg ein Messe-Highlight dieses Jahres an / Foto: HB

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