Der Ausbau der Offshore-Windenergie ist entscheidend dafür, dass Deutschland und die EU ihre Klimaziele erreichen. Wenig bekannt ist, dass sich schon beim Bau der Anlagen viele Tonnen CO2 einsparen ließen.
Offshore-Windenergieanlagen stehen auf einer gewaltigen, bis zu 60 Meter hohen Tragstruktur. Verwendet wird heute oft ein einziger stählerner Pfahl, ein sogenannter Monopile. Dazu werden bis zu 2000 Tonnen Stahl zusammengeschweißt – bei dessen Erzeugung große Mengen an CO2 freigesetzt werden.
Deutlich geringer fällt die Tonnage und damit der bei der Stahlerzeugung freigesetzte CO2-Anteil aus, wenn statt des Monopiles filigranere Tragstrukturen verwendet werden. Diese als Jacket-Gründungen bezeichneten Leichtbaustrukturen stellen fertigungstechnisch jedoch eine Herausforderung dar, so dass CO2-Einsparpotenziale bislang industriell nicht umgesetzt werden.
„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 Andreas Pittner von der BAM. „Die Einsparpotenziale sind eindrucksvoll.“
Bei einer durchschnittlichen 12-Megawatt-Anlage ließen sich gegenüber einem Monopile 20 Prozent an Gewicht, d. h. ca. 400 Tonnen Stahl und entsprechend rund 800 Tonnen an CO2 einsparen. Durch ein optimiertes Design der Schweißnähte nach bionischen Prinzipien sowie Einsparungen beim energieintensiven Schweißen selbst lässt sich der CO2-Anteil in der Fertigung weiter reduzieren. Insgesamt ergibt sich für einen Windpark mit 100 Anlagen ein Einsparpotenzial, das über 100.000 Tonnen CO2 entspräche.
Noch jedoch stellen die sehr komplexen Schweißnähte der Jackets eine Herausforderung für die automatisierte Fertigung dar – diese wäre wiederum die Voraussetzung für die Anwendung der Leichtbauprinzipien im Stahlbau.
Den damit verbundenen Fragestellungen widmet sich jetzt das neue Verbundprojekt „SmartWeld“. Es 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 die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (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 GmbH.de/testzentrum/news-und-veranstaltungen/news/aktuelles-detailansicht/news/neues-forschungsprojekt-am-institut-fuer-stahlbau-leichtbau-ermoeglicht-grosse-co2-einsparungen/typo3/#_msocom_1
Die Verwendung von Leichtbautechniken wird durch eine durchgängige Digitalisierung der gesamten Fertigungs- und Prüfkette ermöglicht. Das betrifft das Design der Anlagen über die Fertigung, Bauteilprüfung und das Qualitätsmanagement.
Weitere Informationen können hier entnommen werden: eine Pressemitteilung der BAM, ein Artikel in Erneuerbaren Energie und der Projektbeschreibung des Instituts für Stahlbau.
