Hochleistungsfasern leisten ihren Beitrag zur Energiewende

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1 Denkendorfer Hochleistungsfaser-Symposium Hochleistungsfasern leisten ihren Beitrag zur Energiewende Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz, Geschäftsführer der Windreich GmbH 18. Juni 2013

2 Denkendorfer Hochleistungsfaser-Symposium,

3 Inhalt 1. Hochleistungsfasern bei Segelflug und Windkraft 1.1 Wie kam ich zur Windkraft? 1.2 Wie kamen die Fasern zur Windkraft? 1.3 Segelflug und Windkraft heute 2. Hochleistungsfasern in der Windkraft 2.1 Hochleistungsfasern in der AREVA M Offshore-Projekte der Windreich GmbH 2.3 Weltweit führend: Unser erster Nordsee-Windpark Global Tech I 3

4 1. Hochleistungsfasern bei Segelflug und Windkraft 4

5 1.1 Wie kam ich zur Windkraft? Alles begann mit dem Segelfliegen Mehr als Flugstunden Mehrfacher deutscher und italienischer Meister im Segelflug 3 x deutscher Meister, 3 x deutscher Meister BWLV, 7 x Klippeneck, 8 x Hahnweide Vor ca. 30 Jahren beim Segelflugzeugbauer Schempp-Hirth Mitwirkung an der Windkraft-Forschungsanlage GROWIAN 5

6 1.1 Wie kam ich zur Windkraft? Aus: Eine Vision wird Wirklichkeit über Prof. Dr. Ulrich Hütter lesen >> 6

7 Meine bisherige Segelflugkarriere Jahr P Wettbewerb 1982 Segelflugschein 1983 Deutsche Meisterschaft im Streckenflug 2 Doppelsitzer-Mannschaft/BWLV Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer-Mannschaft Hahnweide Segelflugwettbewerb Doppelsitzer Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer-Mannschaft Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Einsitzer-Mannschaft/BWLV 1984 Deutsche Meisterschaft im Streckenflug 3 Doppelsitzer-Mannschaft/BWLV Hahnweide Segelflugwettbewerb Doppelsitzer 1984 Vereinsinterner Segelflug-Wettbewerb / auf 1 vereinseigenen Flugzeugen Vereinsinterner Segelflug-Wettbewerb / auf Privatflugzeugen Offene italienische Segelflugmeisterschaft Rieti Doppelsitzer Internationaler Wolf Hirth-Gedächnis-Sternflug Deutsche Meisterschaft Doppelsitzer Aalen Heidenheim DMSt im BWLV offene Klasse Mannschaft DMSt im BWLV offene Klasse Einzelwertung 1985 Deutsche Meisterschaft im Streckenflug 1 Doppelsitzer-Mannschaft/BWLV Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer-Mannschaft Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer Einzelwertung Hahnweide Segelflugwettbewerb Doppelsitzer Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer-Mannschaft Hahnweide Segelflugwettbewerb Doppelsitzer Deutsche Meisterschaft Doppelsitzer Winzeln Segelflug-Landesmeisterschaft Doppelsitzer Hahnweide Jahr P Wettbewerb Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer Einzelwertung/BWLV Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer Einzelwertung Deutsche Meisterschaft im Streckenflug Doppelsitzer-Mannschaft Deutsche Segelflugmeisterschaft Doppelsitzer Hahnweide Deutsche Meisterschaft im Streckenflug offene Klasse Mannschaft Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Hahnweide Cup Doppelsitzer Bayreuth Wettbewerb Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Hahnweide Cup offene Klasse Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Hahnweide Segelflugwettbewerb offene Klasse Hahnweide Segelflugwettbewerb offene Klasse Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Hahnweide Cup offene Klasse Hahnweide Segelflugwettbewerb offene Klasse Hahnweide Segelflugwettbewerb offene Klasse Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse Erster Flug mit dem erstem CO2 freien 2010 Doppelsitzigen Motorsegler Windreich Arcus E Klippeneck-Segelflugwettbewerb offene Klasse

8 GROWIAN Der GROWIAN, in den 80er Jahren die größte Windkraftanlage der Welt: Rotordurchmesser 100 Meter Nabenhöhe 100 Meter Installierte Leistung 3 Megawatt Der Rotordurchmesser hatte die Länge eines Fußballfeldes und das Maschinenhaus ohne Rotor wog soviel wie ein Jumbo-Jet. Die Zentrifugalbeschleunigung an den Flügelspitzen betrug das 62-fache der Erdbeschleunigung. 8

9 GROWIAN 9

10 Windkraftpionier Prof. Dr. Ulrich Hütter Aus: Eine Vision wird Wirklichkeit über Prof. Dr. Ulrich Hütter lesen >> 10

11 1.2 Wie kam die Windkraft zur Faser? Alles begann mit dem Segelfliegen Ende der 70er Jahre baut Schempp-Hirth in Kirchheim / Teck erstmals Flügel aus Kohlefaser: Die dünnen Tragflügel-Profile der sich anschließenden neuen Konstruktionen wären ohne die größere Festigkeit und Steifigkeit der Kohlefaser nicht realisierbar gewesen. Nimbus-2C, erstes Schempp-Hirth Segelflugzeug mit Kohlefaser-Bestandteilen Anfang der 80er nutzt Schempp-Hirth diese Technologie zum Bau der Rotorblätter des GROWIAN 11

12 1.3 Segelflug und Windkraft heute Windreich Arcus E Ob CO 2 -Ausstoß, Klimawandel oder Fluglärm: Die negativen Folgen des Luftverkehrs sind für den aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen hergestellten Segelflieger Windreich Arcus E kein Thema. Die Batterie des Motors wird mit sauberem Strom geladen dafür wurde eine 3,5-kW- Windkraftanlage mit 3,8 Metern Rotordurchmesser auf dem Dach der Flughalle montiert wurde der Arcus E im Rahmen des Wettbewerbs 365 Orte im Land der Ideen ausgezeichnet. Fazit: Hochleistungsfasern ermöglichen 100 % CO 2 -freie Energiegewinnung und damit 100 % CO 2 -freie E-Mobilität! Bertrand Piccard und Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz 12

13 2. Hochleistungsfasern in der Windkraft 13

14 2.1 Hochleistungsfasern in der AREVA M5000 Die AREVA M5000 zuverlässige und leistungsstarke 5 MW Windkraftanlage, speziell für die Nordsee entwickelt Die lastübertragenden Strukturen der Rotorblätter sind aus Kohlefaser gefertigt Die Rotorblätter zeichnen sich aufgrund der verwendeten Kohlefaser-Verbundwerkstoffe durch eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie geringes Gewicht aus Die tragende Säule der Energiewende, die Offshore-Windkraft, ist dank Kohlefasern effizienter! 14

15 2.1 Hochleistungsfasern in der AREVA M5000: Rotorblatt Durchmesser 116 Meter Überstrichene Fläche m² Nenndrehzahl 14,8 pro Minute Blätter pro WKA 3 Das AREVA Rotorblatt wiegt rund 16,5 Tonnen Rotorblatt Testanlage des Fraunhofer Instituts 15

16 Rotorblatt einer 5 MW Windkraftanlage 16

17 Installation einer AREVA M5000 Anlage im Offshore Testpark alpha ventus 17

18 Rotorstern-Montage für eine 5 MW AREVA Windturbine 18

19 2.2 Offshore Projekte der Windreich GmbH BorWin II BorWin I W N 5 30 O S Kilometer Wassertiefen 10 m 20 m 30 m 40 m Emden 7 30 NorGer Kabel (Verbindung nach Norwegen) Knotenpunkt Diele zum Ruhrgebiet 8 00 TenneT und Statnett Gleichstrom 450 kv Wilhelmshaven 8 30 Cuxhaven Produktionsstandort Bremerhaven Knotenpunkt Moorriem = Global Tech I 2 = MEG 1 3 = Deutsche Bucht 4 = Austerngrund 5 = BightPower I 6 = BightPower II 7 = Area C I 8 = Area C II 9 = Area C III 10 = GAIA I 11 = GAIA II 12 = GAIA III 13 = GAIA IV 14 = GAIA V 15 = SeaStorm I 16 = SeaStorm II 17 = SeaWind III 18 = SeaWind IV 19 = Hütter Offshore I 20 = Hütter Offshore II 21 = Hütter Offshore III 22 = Hütter Offshore IV Genehmigt mit Netzzusage im Genehmigungsverfahren Projekt in Planung Beteiligung Windreich GmbH: ca. 14,45 % Global Tech I, im Bau Beteiligung Windreich GmbH: 1/3 Beteiligung FC Windenergy: 2/3, MEG 1, in Umsetzung Beteiligung FC Windenergy: 100 % Beteiligung FC Windenergy: 100 % Austerngrund, BightPower I und II Area C I-III Erwerbsrecht der Windreich GmbH: 100 % GAIA I-V, SeaStorm I und II, SeaWind III und IV Hütter Offshore I-IV Offshore Testfeld Alpha Ventus restliche Marktteilnehmer Netzanschluss - Kabeltrasse HVDC Umspannwerk / Netzanschluss Im Ruhrgebiet befinden sich derzeit noch 18 konventionelle Kraftwerke mit einer Nennleistung von MW. Dies entspricht einer Stromproduktion von ca. 40 TWh pro Jahr. 25 Offshore- Windparks à 400 MW werden benötigt, um diese zu ersetzen. 19

20 2.3 Offshore-Windpark Global Tech I 400 MW Offshore-Windpark - 80 AREVA M5000 Windkraftanlagen mit je 5 MW Leistung ersetzen ein kleines Atomkraftwerk Erster 400 MW Nordsee-Windpark mit unbedingter Netzzusage Größte Offshore-Projektfinanzierung weltweit 1,047 Milliarden Euro! BBB+ Rating der Creditreform PFI Award Gewinner 2011 und 2012 Das parkinterne Umspannwerk wurde im Mai 2013 erfolgreich installiert, damit steht die Stromproduktion unmittelbar bevor Maximaler Beitrag zur Energiewende: GT I versorgt über eine Million Menschen mit sauber und sicher erzeugtem Ökostrom und wird pro Jahr über 1,5 Millionen Tonnen CO2-Emissionen oder rund 5 Tonnen Atommüll vermeiden. 20

21 GLOBAL TECH I Profitable Beteiligung am vielfach ausgezeichneten Offshore-Windpark ab Euro Eigenkapitalrendite von über 10% BBB+ Rating der Creditreform Stromproduktion steht unmittelbar bevor Über die Hälfte der Hardware fertiggestellt Der Windpark ist komplett durchfinanziert Mit dem Umspannwerk ist die wichtigste Komponente bereits erfolgreich installiert 3x staatlich abgesichert durch EEG, Haftungsregelung und Areva S.A. (F) Garantien Ihr persönlicher Beitrag zur Energiewende Konstante, starke Nordseewinde sorgen für konstante, starke Eigenkapitalrendite Fazit Gleichmäßiger, sicherer und rentabler als Onshore, grundlastfähig, Speicherung nicht erforderlich 21

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23 NorGer Kabel (Verbindung nach Norwegen) den sich derzeit noch 18 konventionelle Kraftwerke mit einer Nennleistung von MW. Dies entspricht einer Stromproduktion von ca. 40 TWh pro Jahr. 25 Offshore-Windparks à 400 MW werden benötigt, um diese zu ersetzen. 23

24 HSE: HEAG Südhessische Energie AG 24,90% Beitritt: Ende 2008 Familie Meltl Ex Bavaria Yachtbau 10,00% Beitritt: Ende 2008 Windreich / Balz Gruppe 14,05% Pensionsfonds Süddeutscher Architekten 2,05% Beitritt: 2010 SWM: Stadtwerke München 24,90% Beitritt: Ende 2008 EGL: Elektrizitäts-Gesellschaft Laufenburg 24,10% Beitritt: Ende

25 Global Tech I Wind Project of the Year»» 25

26 Stand: 05/2013 Esslinger Straße D Wolfschlugen Telefon +49 (0) 70 22/ Fax +49 (0) 70 22/

27 Presseartikel vom Know-how für neue Wind-Giganten Im Strommix der erneuerbaren Energien hat die Windkraft bereits heute einen Anteil von 50 Prozent und für die Zukunft bietet sie die größten Ausbaupotenziale unter den erneuerbaren. In der politisch vorangetriebenen Energiewende ist die Windkraft ein zentraler Baustein, ohne sie wäre das Projekt nicht zu stemmen. Damit die Windenergie weiter wachsen kann, ist sie allerdings auch auf die Expertise von Spezialisten im Bereich der Faserverbund-Technologie angewiesen. Die wenigen Studienabsolventen in diesem Fachgebiet haben derzeit exzellente Jobchancen in der Branche. Faserverbundwerkstoffe sind beim Bau moderner Windenergieanlagen unverzichtbar, weil sie viel leichter als Stahl, aber dennoch ausreichend stabil sind. Bislang hat man vor allem Verbundwerkstoffe mit Glasfasern für den Bau von Rotorblättern und den Maschinengondeln am Kopf der Anlagen eingesetzt, erläutert Prof. Dr.-Ing. Wilm F. Unckenbold, der am Campus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen über Faserverbund-Technologie lehrt. Seine Studierenden schult er in der Berechnung und Konstruktion, aber auch in der praktischen Bearbeitung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK). Doch das Hauptaugenmerk im ingenieurwissenschaftlichen Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites gilt eigentlich Verbundwerkstoffen aus Carbonfasern (CFK). Gerade weil die Stader Studenten sich in beiden Bereichen gut auskennen, sind sie für die Windkraftbranche so wertvoll. Die Zukunft: 80 Meter lange Rotorblätter Denn die Windkrafthersteller benötigen kompetentes Personal für die Realisierung einer kleinen Technikrevolution: Windräder mit bis zu 80 Meter langen Rotorblättern, also 160 Meter Rotordurchmesser, sollen in Offshore-Windparks zukünftig für maximale Energieausbeute bei minimalen Wartungskosten sorgen. Zum Vergleich: Heute haben Windkraftanlagen an Land meist Rotorblattlängen zwischen 25 und 50 Metern, in einzelnen Offshore-Anlagen kommen bereits Blätter mit einer Länge von 65 Metern zum Einsatz. 27

28 Presseartikel vom Bei der Konstruktion von immer längeren Rotorblättern ist vor allem die Festigkeit von zentraler Bedeutung. Schließlich müssen die Riesenblätter über einen Zeitraum von 20 Jahren den hohen Belastungen des Offshore-Betriebs standhalten können. Zur Steigerung der Belastungsfähigkeit werden deshalb beim Bau eines Rotorblatts die kostengünstigen Glasfasern zunehmend durch die leistungsfähigeren Kohlenstofffasern verstärkt. Die Kombination der beiden Fasermaterialien führt zu komplexen technologischen und wirtschaftlichen Herausforderungen, so dass Ingenieure mit faserverbundspezifischem Expertenwissen hier einen entscheidenden Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung leisten können, erklärt Unckenbold. Vor diesem Hintergrund lernen die Studierenden am Campus Stade der PFH, wie eine möglichst stabile und effiziente Faserverbundstruktur auch die Rahmenbedingungen eines kostengetriebenen Marktes erfüllt. In der Werkstatt arbeiten sie mit unterschiedlichen Fasermaterialien und Fertigungsprozessen. Und in dem prüftechnischen Labor der PFH untersuchen sie Faserverbundstrukturen hinsichtlich der statischen und dynamischen Eigenschaften. Absolventen haben gute Karten Bislang machen die meisten Bachelor- und Masterabsolventen des Composite-Studiums Karriere im Flugzeugbau, etwa beim Kooperationspartner Airbus, sowie im Automobil- oder Anlagenbau. Die Perspektiven für die jungen Ingenieure sind überall hervorragend. Die Windkraftbranche war bislang eine von vielen Möglichkeiten für unsere Absolventen. Doch mit dem rasanten Wachstum der Windenergie steigen auch der Know-how-Bedarf und die Nachfrage nach unseren Absolventen stark an, prognostiziert Unckenbold und gibt Abiturienten eine klare Empfehlung mit auf den Weg: Ein Ingenieurstudium im Bereich der Verbundwerkstoffe ist eine sehr attraktive Möglichkeit für junge Leute, die nachhaltige und umweltfreundliche Technologien entwickeln möchten egal ob es dabei um Windkraftanlagen oder um leichte und kerosinsparende Flugzeuge geht. 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Windreich GmbH I Esslinger Straße I Wolfschlugen I Tel.: / I