Ungefähr 29.000 Windkraftanlagen drehen sich unter deutschsprachigen Himmeln – ein Gros davon schon seit Ende der neunziger Jahre.

(WK-intern) – Mit dem Auslaufen von Förderansprüchen müssen die Betreiber überlegen, was mit den Alt-Anlagen geschieht.

Stilllegung, Rückbau, Repowering (Ersetzen von Altanlagen durch modernere und leistungsfähigere Windradtypen) oder einfach Weiterbetreiben.

Mit dem Ende des Vergütungsanspruchs endet ab 2020 für viele Anlagen die bisherige wirtschaftliche Grundlage. Aufgrund baurechtlicher Gründe, beispielsweise veränderter Abstandsregeln besteht für fast die Hälfte der Anlagen nur eine geringe Chance auf Weiterbetrieb oder Repowering. Immer größer werdende Anlagen mit mehr überstrichener Fläche und größeren Rotoren bedeuten zwar eine Einsparung an der Anzahl, und durch ihre Höhe immer leistungsfähiger.

Umweltverträgliches Recycling von Windenergieanlagen

Wird der Rückbau einer Windkraftanlage erforderlich, so sind die Stahl-, Kupfer-, und Aluminiumkomponenten sowie insbesondere Holzwerkstoffe in bestehende Recyclingkreisläufe einzugliedern. Noch besser und effizienter ist eine Nachnutzung der an anderer Stelle wieder-verwendbaren Teile. Die größte Herausforderung ist die Verwertung der in den Rotorblättern enthaltenen Verbundwerkstoffe, vor allem Glasfaser, Kohlenstoffaser und Harze. Polyester‐, Vinylester‐ oder Epoxidharz. Rotorblätter dürfen wegen der verwendeten Harze und Füllmaterialien nicht deponiert werden.

Repowering

Das Ersetzen von Altanlagen durch modernere und leistungsfähigere Windradtypen bietet beispielsweise eine Halbierung der Anlagenzahl bei gleichzeitiger Vervielfachung der Leistung, das wiederum senkt die Erzeugungskosten für Windstrom. Modernere Windenergieanlagen nutzen auch das Windangebot besser aus, sind variabler zu Windböen, weniger lärmbelastend und integrieren sich viel besser in das elektrische Netz. Technisch auf den neuesten Stand entwickelte Anlagen lassen eine sehr viel bessere Ausnutzung des Windangebotes feststellen. Jeder Meter Nabenhöhe lässt einen halben Prozent mehr Leistung erwarten. Der ganz überwiegende Teil dieser Neuanlagen ist der Leistungsklasse 2,0 bis 3,5 MW zuzuordnen und wird in den kommenden Jahren der Leistungsklasse 3,0 bis 4,5 angehören und Nabenhöhen über 200 m über Grund besitzen. Windkraftanlagen dieser Leistung lassen sich aus Beton und Stahl nur mehr bedingt bauen.

Windkraftanlagen aus Holz

Der Turm stellt bei jeder Windkraftanlage – im wahrsten Sinne des Wortes – die tragende Struktur dar. Er beabstandet tonnenschwere Technik in der Höhe und Natur am Boden. Doch aus was sollte ein solcher Turm bestehen? Stahl ist sehr energieintensiv und teuer. Oder besser Beton mit Gleitschalung oder in Fertigteilbauweise. Meist werden beim Bau von Windkraftanlagen große Betonfertigteile die meist weit weg erzeugt werden an die Baustelle geliefert, mittels einem Kran zu einem Turm zusammengesetzt und dann aneinander fixiert. Die jeweils 3.8 m hohen und 30cm starken Betonfertigteile werden in eigenen Fertigteilwerken produziert und durch halb Europa gekarrt.
Oder doch Holz? Es ist erwiesen, dass Holz eine kostengünstige Alternative zu Stahl und Beton bei hohen Windrädern sein kann, zumal es nach einem Leben als Turm einer Windkraftanlage ein zweites Leben geben wird. Holz in Windkraftanlagen bietet einige Vorteile, sei es die Wechselbiegefestigkeit, die gespeicherte Masse an CO2 oder die spätere Entsorgung. Noch dazu ist es in Europa fast überall verfügbar.
Genau deswegen ist Holz als Werkstoff für den Bau von Windkraftanlagen prädestiniert. Ob im zerstörungsfrei rückbaubaren Fundament, in ein oder mehrlagigen Turmwänden oder in den Rotorblättern, überall in den modernsten Anlagen kann Holz mit seinen Vorteilen überzeugen.

Fundament

Statischen Kräfte, die durch ein Gewicht von Rotor und Maschinengondel, sowie dynamischen Kräfte, die durch die Bewegung des Rotors sowie wirkende Windlasten entstehen, werden dabei über den Turm an das Fundament abgeleitet, welches die Kräfte auf einen Untergrund verteilt. Dies wird dadurch erreicht, dass das Fundament miteinander lösbar verbundene Segmente aufweist, wobei mehrere formgleiche Segmente geschichtet angeordnet sind, somit wird ein modularer Aufbau des Fundaments erreicht. Dies ermöglicht eine zeiteffiziente und aufwandsreduzierte Errichtung bzw. Demontage des Fundamentes unter optimierten logistischen Bedingungen, da ein Transport von Einzelteilen des Fundamentes erleichtert ist. Darüber hinaus kann das Fundament zerstörungsarm abgebaut werden, sodass eine hohe Wiederverwendbarkeit von Elementen, insbesondere von Segmenten, des Fundamentes erreicht wird. Dies führt zu einer erheblichen Kostenverringerung bei der Errichtung bzw. Demontage des Fundamentes.

Turm

Alle Wandelemente sind in Ihren Abmessungen so gewählt, dass kein Sondertransport erforderlich ist. Der Wandaufbau kann bei kleineren Türmen einschalig erfolgen, bei großen Türmen kommt der Vorteil der Mehrschaligkeit voll zum Tragen. Bei einschalig ausgeführtem Turm bestehen die Wandelemente aus multidirektionalem Furnierschichtholz, mit in Ebenen befindlicher Brettsperrholzplatten zur Aussteifung mit Scheibenwirkung. Hierbei können die Wandelemente massiv oder hohl ausgeführt sein. Bei mehrschalig ausgeführten Turmwänden (über 350m) kann im Wesentlichem von etwa 700 Einzelteilen der Innenschale, etwa der gleichen Anzahl an Außenschalen-teilen und etwa 1400 Stegelementen ausgegangen werden, wovon jedes dieser Teile 12,5m lang und etwa 30 cm stark ist. Für die Scheiben in jeweils 12,5 Abständen, kann normales Brettsperrholz Verwendung finden. Bei mehrschaligen Türmen bestehen die Wandelemente der Aussen-, und Innenschale aus bis zu 9-lagigem multidirektionalem Furnierschichtholz, mit je nach Erfordernis faserverstärkter Kleberschicht. Die die Schalen beanstandenden Stege können aus Furnierschichtholz oder Brettsperrholz, vollflächig, vollwandig oder aus Fachwerk bestehen.

Windkraftanlage mit mehreren Rotoren

Da in den letzten Jahren viele Windparks gebaut wurden, die doch meist einige Anlagen umfassen, ist ein größerer Flächenverbrauch als Vorrangzone einhergegangen. Das bemerkt man insbesondere in der „Verspargelung“ einiger Gebiete, insbesondere an Küsten oder an windhöffigen Standorten im Binnenland. Bringt man mehrere Rotoren an einem Turm an, so ist die Verbauung (insbesondere Bau-Straßen) aber auch die Versiegelung von Boden auf ein Minimum reduziert. Geht man bei einem Windpark von etwa 10 Anlagen aus, beläuft sich der Flächenverbrauch für Zuwegungen etwa in der Größe eines Fußballfeldes.
Werden jedoch mehrere Maschinen auf einem Turm installiert, geht der Flächenverbrauch signifikant zurück und der Abstand zu Wohngebieten ist wesentlich leichter einzuhalten. Durch die größere Höhe und der meist höheren Windgeschwindigkeiten sowie der länger andauernden Windbewegungen ist es einfacher und kostengünstiger Wind zu ernten.

Längenvariable Rotorblätter

Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung lenkt ein Rotorblatt eine Luftströmung um, um die Energie der Luftströmung in Bewegungsenergie des Rotors umzuwandeln. Form und Größe eines üblichen Rotorblattes hängen in der Regel von zu erwartenden Windgeschwindigkeiten, der maximalen Belastbarkeit, sowie den dynamischen Kräften ab. Insbesondere kann bei geringen Windgeschwindigkeiten eine große Oberfläche vorteilhaft sein, um erforderliche Drehmomente aufzubringen, während bei hohen Windgeschwindigkeiten eine kleinere Oberfläche zur Vermeidung von Überbelastungen zweckmäßig ist. Das Rotorblatt ist so konstruiert, dass die Oberfläche bei bestimmungsgemäßer Verwendung variierbar ist, so ist es möglich das Blatt an die jeweils vorherrschende Luftströmung anzupassen, und dadurch einen optimalen Betriebszustand zu ermöglichen. Auf einfache Weise kann dies dadurch umgesetzt werden, dass zumindest eine Länge des Rotorblattes veränderbar ist, um die Größe der Oberfläche zu variieren. Ein längenvariables Rotorblatt kann bei Teleskopierbarkeit von etwa 25% der Blattlänge die überstrichene Fläche auf über 150% vergrößern und einen um mehr als 35 Prozent gesteigerten Energieertrag leisten.

Nachhaltigkeit

Holz ist ein überall vorkommendes, kostengünstiges und einfach zu bearbeitendes Material mit enormen Potenzial an Nachhaltigkeit. Können bei einem einschaligen Holzturm (etwa 100m Nabenhöhe) durch den Einsatz von Holz auf etwa 300 Tonnen Stahlblech verzichtet werden, sind es bei einem 300m Turm schon mehr als 1000 Tonnen Stahl oder einige tausend Tonnen Hochleistungsbeton. Während bei Stahlblechtürmen und Betontürmen enorm viel Energie benötigt und zudem klimaschädliches CO2 freigesetzt wird, können in Holztürmen je nach Höhe bis zu 5000 t CO2 gespeichert werden. Zertifikate der Holzlieferanten garantieren außerdem den Rohstoff aus einer ökologisch, ökonomisch und sozial verantwortlichen Waldwirtschaft zu entnehmen.

PM: Uniqueline

Windpark / Foto: HB