Warum rosten Offshore-Windturbinen eigentlich nicht?
Die Windenergie ist eine zentrale Komponente für den geplanten Wandel Europas hin zu einer klimaneutralen Wirtschaft, wie der europäische Grüne Deal darlegt. Durch die Offshore-Installation von Windparks lassen sich viele damit verbundene Problematiken vermeiden, wie etwa die Konkurrenz um Landflächen und Beschwerden über das Landschaftsbild. So makellos sie auch aussehen, rosten früher oder später selbst gut durchdachte Offshore-Windkraftstrukturen, die speziell für längere Standzeiten in der rauen Meeresumgebung konstruiert sind, sagt Cortés. Doch technische Fachleute wie Cortés arbeiten darauf hin, ihre Lebensdauer über die bisher üblichen 25 bis 30 Jahre hinaus zu verlängern. „Das Problem dabei ist, dass wir momentan nicht die nötigen Beschichtungen haben, um die Anlagen für eine so lange Expositionsdauer ausreichend zu schützen“, erklärt Cortés.
Den Elementen trotzen
Rost zersetzt die Metallteile einer Windturbine und führt so zu Rissen und Strukturversagen. Wie lang eine Turbine hält, ist daher eine Frage des richtigen Gleichgewichts zwischen Langlebigkeit und Kosten – und um das zu erreichen, ist ein tiefgreifendes Verständnis davon nötig, wie sich die Korrosion genau vollzieht. Der Korrosionsprozess hängt von den Umgebungsbedingungen sowie von dem für die Turbinen verwendeten Material ab. Diese Strukturen sind regelmäßig Temperaturextremen, Meerwassersalzen, Säuren und gelöstem Sauerstoff, schwankenden zyklischen Lasten durch Wind- und Welleneinflüsse und Beschichtungsschäden durch Gezeitenschwankungen ausgesetzt. Bei Kohlenstoffstahl kommt es hauptsächlich zu einer gleichförmigen Korrosion. Es können aber auch lokalisiertere Formen wie Lochfraß auftreten, was Cortés zufolge in konventionellen Korrosionsanalysen allerdings kaum berücksichtigt wird. „Am stärksten korrosionsgefährdet sind die Strukturelemente von Offshore-Türmen, die in direktem Kontakt mit der Meeresumwelt stehen“, bemerkt Cortés. „Konkret sind das: die Spritzwasserzone, die dem Meerwasser durch Ebbe und Flut intermittierend ausgesetzt sind; die atmosphärische Zone, in der dauernde marine Luftverhältnisse herrschen; und die Unterwasserzone, in der sich das Verankerungssystem befindet.“
Lösungssuche für den Langzeitbetrieb
Um einen ausgewogenen Kompromiss zwischen Langzeitschutz und den damit verbundenen Kosten zu finden, haben sich technische Fachkräfte und Führungskräfte von Windparks verschiedene Technologien unter die Lupe genommen, darunter effizientere Beschichtungen, widerstandsfähigere Materialien und verbesserte Tragwerkskonstruktionen. Diese neu aufkommenden Technologien boten allerdings keine kurzfristige Lösung. In Anerkennung dessen entwickelte das EU-finanzierte Projekt WATEREYE, das von Cortés koordiniert wurde, ein digitales intelligentes Überwachungssystem für Windturbinen mit Monopfahl-Fundamenten. Die Diagnose- und Prognosemodelle des Systems werden von Ultraschallsensoren gespeist und während des Turbinenbetriebs automatisch in Echtzeit aktualisiert. Das vermeidet teure Ausfallzeiten, sodass manuelle Inspektionen seltener nötig sind und Reparaturen gezielter und schneller durchgeführt werden können. Seit Ende des Projekts hat der Projektträger Ceit das System weiter verbessert. „WATEREYE konzentrierte sich auf die gleichförmige Korrosion in der atmosphärischen Zone und Spritzwasserzone – ein wichtiger erster Schritt. Doch um das Bauteil- und Strukturverhalten vorhersagen zu können, ist ein genaues Verständnis der Lochfraßkorrosion vonnöten, die mit Ermüdungsproblemen in engem Zusammenhang steht. Deshalb konzentrieren wir uns nun darauf“, so Cortéz weiter. Ceit beteiligt sich derzeit zudem an einem landesweiten Projekt, das die Technologie auf der schwimmenden W2Power-Plattform von EnerOcean validieren soll. An wichtigen Punkten der verschiedenen Zonen (Unterwasser, Spritzwasser, atmosphärisch) sind Sensorknoten angebracht, die selbstständig Messungen vornehmen und die Daten über eine drahtlose Verbindung an ein Überwachungsteam übertragen. „Von den Betriebskosten werden heute allein 100 000 bis 200 000 Euro für die Inspektion und Überwachung aufgewendet. Durch leistungsstarke Überwachungslösungen ließe sich diese Summe halbieren, die Lebensdauer um zwanzig Prozent verlängern und die Produktion um fünf bis zehn Prozent steigern“, sagt Cortés. Klicken Sie hier, um mehr über die Forschung von Cortés zu erfahren: Betriebs- und Instandhaltungskosten bei Offshore-Windkraftanlagen senken
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