Leichtbau soll Offshore-Windenergie klimafreundlicher machen

Offshore-Windenergie-Anlage mit Leichtbau-GründungLeichtbau-Gründungen für die Offshore-Windkraft könnten viel Material sparen.
Ein Projekt um die Bundesanstalt für Materialforschung soll Leichtbau-Techniken in die Fertigung von Grüngungen für Offshore-Windenergie integrieren. Digitale Verfahren beim Schweißen sind der Schlüssel.

Bisher ist Leichtbau in der Offshore-Windenergie die Ausnahme. Die Tragstruktur von Offshore-Windenergieanlagen besteht meist aus einem Monopile aus bis zu 2000 Tonnen Stahl. Dessen Erzeugungsprozess setzt große Mengen CO2 frei.

Leichtbau hat viel Potenzial

Sogenannte Jacket-Gründungen sollen das ändern. „Durch automatisierte Schweißverfahren, mit denen man gleichzeitig optimierte Geometrien der Schweißnähte erzielt, ließe sich die Ermüdungsfestigkeit der Gründungen erhöhen und so der Bedarf an zu verarbeitendem Stahl reduzieren“, erklärt Projektleiter Andreas Pittner von der der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM).

„Die Einsparpotenziale sind eindrucksvoll“, sagt Pittner. Bei einer durchschnittlichen 12-MW-Windenergie-Anlage ließen sich gegenüber einem Monopile durch Leichtbau 20 Prozent an Gewicht einsparen. Das entspricht ca. 400 Tonnen Stahl und rund 800 Tonnen vermiedenen CO2-Emissionen.

In der Fertigung lassen sich die CO2-Emissionen noch weiter senken. Das geht durch ein optimiertes Design der Schweißnähte nach bionischen Prinzipien. Hinzu kommen mögliche Einsparungen beim Schweißen. Insgesamt ergibt laut BAM für einen Windpark mit 100 Anlagen ein Einsparpotenzial von mehr als 100.000 Tonnen CO2.

Die Stahlindustrie arbeitet ebenfalls daran, die Emissionen bei der Produktion zu senken. Dies ist in den Projektzahlen noch nicht einkalkuliert.

Bisher nur manuell zu fertigen

Die Leichtbaustrukturen sind allerdings eine Herausforderung für die Fertigungstechnik. Deshalb werden sie bisher nicht industriell umgesetzt. Da die Schweißnähte kompliziert sind, geschieht die Fertigung der Jacket-Gründungen meist manuell. Später bringen Spezialschiffe die Gründungen zum Einsatzort. Die Fertigung von Hand ist weniger präzise als die maschinelle Produktion. Zugleich sind die Ansprüche an die Sicherheit hoch. Daher fällt die Dimensionierung konservativer aus: Es werden dickwandigere Bauteile genutzt.

Verbundprojekt setzt auf Digitalisierung

Das soll das Verbundprojekt „SmartWeld“ nun ändern. „Wir wollen die Verwendung von Leichtbautechniken durch eine durchgängige Digitalisierung der gesamten Fertigungs- und Prüfkette ermöglichen“, so Pittner. „Das betrifft das Design der Anlagen über die Fertigung, Bauteilprüfung und das Qualitätsmanagement. Dabei arbeiten wir bewusst unter industrienahen Bedingungen, damit der Technologietransfer in die Wirtschaft später schnell gelingen kann.“

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau mit 3,17 Millionen Euro gefördert und ist auf drei Jahre angelegt. Beteiligt sind neben der BAM das Institut für Stahlbau und das Testzentrum Tragstrukturen der Leibniz Universität Hannover, das Fraunhofer Institut für Windenergiesysteme (IWES), die Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH sowie das Ingenieurbüro Jörss – Blunck – Ordemann. Die Erkenntnisse von SmartWeld ließen sich später auch auf andere Bereiche übertragen, in denen großformatige Stahlbauten gefertigt werden, z.B. Tragstrukturen für Brücken.

10.6.2021 | Quelle: BAM | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH

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