Energiewende: Vom Winde bewegt - kraftvoll, effizient, nachhaltig

Windenergie wird aktuell in 103 Ländern gewonnen und kommerziell genutzt. Seit 2015 übersteigt die weltweite Leistung der Windkraft sogar die der Kernenergie. 2018 lieferte die Windenergie über 8 % des gesamten weltweiten Stromverbrauchs. Allein in den vergangenen drei Jahren wurde die Leistung der rund um den Globus errichteten Windkraftanlagen von rund 590 auf über 740 GW ausgebaut. Spitzenreiter dieses Ausbaus sind China, die USA und Deutschland – und das bereits seit fast einem Jahrzehnt. Die Windkraft boomt. Weltweit. In Europa erreicht die Windenergie mittlerweile die größte Kraftwerksleistung aller Energien, die zur Erzeugung von Strom genutzt wird. Mittlerweile sind insgesamt 220 GW Windenergieleistung in Europa installiert, davon 195 GW an Land und 25 GW offshore. 2020 produzierte die Windenergie in Europa mit 458 TWh insgesamt 16 % des gesamten Stromverbrauchs. Der Anteil der Windenergie am Strommix betrug 2020 in Dänemark, dem EU-Spitzenreiter, 49 %, gefolgt von Irland mit 38 % und Deutschland sowie dem Vereinigten Königreich mit jeweils 27 %. Die Windbranche entwickelt sich in Europa weiterhin sehr gut.

Das Field of Expertise „Windkraft“ der MC

MC bietet seit vielen Jahren ein breites Produktportfolio für diesen boomenden Markt, von der Herstellung von Betonfundamenten und Betonfertigteilen über Schutz- und Beschichtungsmaßnahmen bis hin zur Betoninstandsetzung. Ihre Kompetenz beim Bau und bei der Wartung von Windkraftanlagen hat MC im Field of Expertise Windkraft gebündelt. MC setzt neben leistungsstarken Produkten und innovativen Systemen auf ein qualifiziertes Team und eine umfassende Vorortbetreuung: von der Schulung für die Anwendung der Produkte bis hin zur Umsetzung. Seit 1979 in den Niederlanden die erste Serienfertigung von Windkraftanlagen begann, hat die technologische Entwicklung beachtliche Fortschritte gemacht. Lag die Leistung eines Windkraftturms Ende der 1970er-Jahre noch bei einigen Kilowatt, verlief in den 1980er- und frühen 1990er-Jahren die Entwicklung von kleinen (50 kW bis 150 kW) zu mittleren Windenergieanlagen (500 kW und 600 kW). Anfang der 2000er-Jahre startete der Einstieg in die Megawattklasse. So produzieren neuere Anlagen eine Nennleistung von vier bis sechs Megawatt – ausreichend Strom, um einige Tausend Haushalte versorgen zu können.

Auf unserer Website finden Sie weitere Informationen zu MCs Field of Expertise "Windkraft".

Windkraft - Technische Entwicklung schreitet voran

Die technische Entwicklung der Windkraftanlagen hat sich in den letzten 20 Jahren hauptsächlich auf die Konstruktion immer größerer Anlagen konzentriert, um höhere Leistungen pro Windenergieanlage zu erzielen. Bis 2020 wuchs der durchschnittliche Rotordurchmesser neuer Anlagen in Deutschland auf 122 Meter, die durchschnittliche Nabenhöhe auf 135 Meter. Damit nicht genug: Um auch in windschwächeren Gebieten eine hohe Leistungsausbeute zu erreichen, wurden in der jüngeren Vergangenheit immer mehr sogenannte Schwachwindanlagen errichtet. Solche Anlagen erreichen mittlerweile Rotordurchmesser und Nabenhöhen von über 160 Metern.

Herausforderung Betonsockel

Mit solch hohen Turmlängen einher gehen hohe Anforderungen an die Konstruktion der Windkraftanlagen, beginnend bei der Herstellung des Fundaments. Bei der Errichtung einer Windkraftanlage an Land (Onshore) wird eine runde Basis aus stahlbewehrtem Beton erstellt, die durch ihr Gewicht den Gesamtschwerpunkt der Anlage weiter nach unten bringt. Zudem verlegt ihr Durchmesser die Kippkante des Windrades so weit von ihrem Schwerpunkt entfernt, dass die Anlage selbst durch maximal darauf einwirkende Windkräfte nicht umgeworfen werden kann.

Bei einer Anlage mit einer Nabenhöhe von 141 Metern und einer Leistung von 2,4 MW beträgt der Durchmesser des Fundaments beispielsweise 22 Meter, die Tiefe bis zu 4 Meter. Dabei werden rund 1.300 Kubikmeter Beton und 180 Tonnen Stahl verbaut. Herausforderungen wie die große anfallende Betonmenge, eine daraus resultierende hohe Hydratationswärme und nicht zuletzt widrige Witterungsbedingungen in der Bauphase können mit Zusatzmitteln der MC wie den multifunktionalen Fließmitteln der Muraplast-Produktreihe oder den Verzögerern der Centrament Retard Reihe gemeistert werden. Um Schwierigkeiten beim Aushärten des Betons zu vermeiden, bietet MC mit Emcoril auch eine breite Palette an Betonnachbehandlungsmitteln an.

Hybridtürme: Betonfertigteile mit optimierten Eigenschaften

MC-Produkte erhöhen auch die Produktivität und Performance bei der Herstellung von Betonfertigteilen für die Türme der Windkraftanlagen. Wurden die Türme früher überwiegend aus Metall gefertigt, setzt man heute bei Turmhöhen jenseits der 100 Meter immer mehr auf Hybridtürme. Stahlrohrtürme in dieser Größenordnung sind aufgrund der Material- und Wartungskosten nicht mehr wirtschaftlich. Hybridtürme bestehen dagegen aus Betonelementen sowie einer darauf aufgesetzten Stahlrohrspitze. Im unteren Teil werden Betonfertigteile – meistens Rohrhalbschalen – zusammengesetzt und mit Spannseilen vertikal vorgespannt. Im oberen Teil sind dann wieder geflanschte Stahlrohre zu finden. Mit den PCE-basierten Zusatzmitteln der MC-PowerFlow Produktreihe, den Muraplast-Fließmitteln oder auch den MC-FastKick Erhärtungsbeschleunigern der neuesten Generation stellt MC Betonzusatzmittel für alle Anforderungen bei der Herstellung von Betonfertigteilen zur Verfügung.

Sichere Verbindungen zwischen Betonteilen und Tarierlagern im Fundament

Ein weiterer Aspekt für den Erfolg des Baus einer Windkraftanlage ist das sichere und kraftschlüssige Verbinden und Verkleben von Betonfertigteilen sowie die Aushärtung der verwendeten Vergussmasse und des Verdämmmaterials. Durch den Einsatz von Emcekrete 80 und MC-DUR 1300 Plus erhält man die besten technischen Eigenschaften für diese Anwendungen und reduziert damit sogar Kran-Einsatzzeiten. Bei der Verankerung und Verklebung von Tarierlagern auf dem Fundament der gewaltigen Windkrafttürme und zum Ausfüllen der entstehenden Hohlräume ist MC-AnchorSolid E820 die erste Wahl. Der hochreaktive Ankerkleber für Verbunddübel ist besonders langlebig und widerstandsfähig. Der gebrauchsfertige, zweikomponentige Ankerkleber auf Epoxidharzbasis ist speziell für die Verankerung von Gewindestangen und Betonstahl in trockenem und wassergesättigtem, ungerissenem Beton geeignet. MC-AnchorSolid E820 hat die Zulassung als Verbunddübel gemäß europäisch technischer Bewertung (ETA-15/0506) und ist ein geprüftes System für den Einsatz in Beton C 20/25 bis C 50/60 bei der Verankerung von Gewindestangen und Betonstahl für das Anbringen von Anbauteilen. Er erfüllt zudem auch bei anspruchsvollen klimatischen Bedingungen von bis zu 40 °C Außentemperatur und hoher Luftfeuchtigkeit alle Anforderungen an Festigkeit und Toleranz.

Dauerhafter Schutz gegen äußere Angriffe

Windkraftanlagen sind nicht nur permanenten Belastungen durch Vibrationen und Bewegungen ausgesetzt, je nach Standort können weitere Einwirkungen durch Salz und Abrieb hinzukommen, die dem Bauwerk Schaden zufügen können. Mit Hochleistungsbeschichtungen der MC aus dem MC-Color Produktprogramm trotzt der Beton von Windkraftanlagen dauerhaft Angriffen durch Wind, CO₂ und Chloride. MC-Color Produkte sind wasserdampfdiffusionsoffen, flexibel, hoch widerstandsfähig und härten schnell aus.

Die Vielzahl hoher Belastungen, denen eine Windkraftanlage im Laufe ihrer Betriebsdauer ausgesetzt ist, führt dazu, dass Betonschäden im Bauwerk auftreten können. Hier spielen die Betonersatzsysteme der MC bei der Instandsetzung ihre Stärken aus. Sollte die Notwendigkeit auftreten, dass der schadhafte Beton einer Windkraftanlage ertüchtigt werden muss, bietet MC mit der Nafufill Reihe eine breite Palette an Betonersatzsystemen für sehr unterschiedliche Aufgabenstellungen. Mit Nafufill LM, Nafufill KM 220, Nafufill KM 230 und Nafufill KM 250 stehen vier Instandsetzungsmörtel zur Verfügung, die nicht nur die Anforderungen der EN 1504 Teil 3 erfüllen, sondern dem Planer auch die notwendige Sicherheit geben. Mit der MC-Injekt-Produktfamilie bietet MC weltweit einzigartig wirksame, leistungsfähige Injektionssysteme, mit denen Risse und Hohlräume in Windkraftanlagen sicher und dauerhaft geschlossen und abgedichtet sowie Folgeschäden vermieden werden können.

Die Windenergie wird noch auf lange Sicht ein unverzichtbarer Bestandteil des Energiemix weltweit sein – vor allem im Hinblick auf die globalen Anstrengungen, den Ausstoß von CO₂ nachhaltig und wirksam zu senken. Daher kommen dem Bau, dem Schutz und der Instandsetzung von Windkraftanlagen eine große Bedeutung zu. Damit sich die Rotorblätter rund um den Globus noch lange wirtschaftlich und ungestört drehen können.