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1 Eine Vision wird Wirklichkeit. WIE DIE WINDREICH AG DAS VERMÄCHTNIS DES WINDPIONIERS ULRICH HÜTTER IN DIE TAT UMSETZT ZUM 125. JUBILÄUM DER ERSTEN WINDSTROMERZEUGUNG 1887

2 IMPRESSUM AUTOR HEINER DÖRNER: Das Buch wurde nach der Vorlage Drei Welten ein Leben. Prof. Dr. Ulrich W. Hütter. Flugzeugkonstrukteur, Windkraftpionier, Professor an der Universität Stuttgart von Heiner Dörner komplett überarbeitet. Heiner Dörner wurde 1940 in Brünn geboren. Studium der Luftfahrttechnik an der Technischen Hochschule Stuttgart, heute Universität Stuttgart Diplomingenieur für Luftfahrttechnik bis 2004 wissenschaftlicher Mitarbeiter und Dozent am Institut für Flugzeugbau. HERAUSGEBER: Windreich AG, Wolfschlugen: Dipl.- Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz, Dr. Walter Döring GESTALTUNG: bilekjaeger, Stuttgart HERSTELLUNG: Druckerei Mahl GmbH & Co. KG, Schwäbisch Hall FOTOS: Umschlag: Corbis Teil 1 und Nachwort: Alle Fotos aus dem Nachlass von Ulrich Hütter, betreut von Heiner Dörner Teil 2: Alle Fotos Windreich AG mit Ausnahme von: S. 113, 134, 163, 195: Fuhrländer AG S. 123, 124, 126, 141, 142, 146, 151, 155, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 192: AREVA Wind GmbH S. 155: Offshore-Stiftung/AREVA Wind/ Jan Oelker, 2009 S. 158: Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystematik (IWES) Teil 3: Alle Fotos Tobias Aichele, Dino Eisele mit Ausnahme von: S. 201: Fotolia.com/Tom-Hanisch 3 EINE VISION WIRD WIRKLICHKEIT

3 INHALT WAS MICH MIT ULRICH HÜTTER VERBINDET Gedanken von Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz EINE VISION WIRD WIRKLICHKEIT... 6 TEIL 2 ULRICH HÜTTERS ERBE. WINDKRAFTNUTZUNG HEUTE Vorwort von Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG Das beispiellose Wachstum der Windindustrie TEIL 1 ULRICH HÜTTER. EIN PIONIER IM PORTRAIT DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Modernste Technik für Offshore-Windkraftanlagen INNOVATION IST TEAMARBEIT UNTER DEM BANNER DES WINDES Forschung und Vernetzung in der Windbranche Der Werdegang von Windpapst Ulrich Hütter VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG Wie eine Offshore-Windkraftanlage gebaut wird 4 EINE VISION WIRD WIRKLICHKEIT Hütters Prinzip der optimalen Auslegung DIE REVOLUTION DER ROTOREN Ulrich Hütter erneuert die Windkraftnutzung FAST SO GUT WIE DIE NATUR Ulrich Hütters Beitrag zur GFK-Forschung DER INGENIEUR ALS KÜNSTLER Manuskripte und Skizzen aus Ulrich Hütters Hand DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Kleine Anfänge und große Projekte TEIL 3 WINDSTROM UND E-MOBILITÄT MIT WINDENERGIE UNTERWEGS Sauberer Strom für E-Mobilität DER SIEGESZUG DER WINDENERGIE Nachwort von Dr. Walter Döring 5 EINE VISION WIRD WIRKLICHKEIT

4 EINE VISION WIRD WIRKLICHKEIT und hoher Streckung, welche nach der bekannten Formel Leistung = Drehzahl x Drehmoment so hohe Blattspitzengeschwindigkeiten ermöglichten, dass der Wirkungsgrad des Gesamtsystems Windkraftanlage 50 Prozent erreichen und mittlerweile sogar überschreiten konnte. Hierbei setzte Prof. Hütter seine Erfahrungen und Kenntnisse aus dem Segelflugzeugbau auch in Bezug auf die Anwendung von glasfaserverstärkten Kunststoffen konsequent um. Aus diesem Grund wollen wir uns mit dem vorliegenden Buch vor Prof. Hütter verneigen. Es zeichnet im ersten Teil Hütters Biografie nach und zeigt uns dabei einen VORWORT VON DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ, GRÜNDER, ALLEINIGER AKTIONÄR UND VORSTANDSVORSITZENDER DER WINDREICH AG Wissenschaftler, dessen unstillbarer Forschungsdrang nicht nur die Windkraftnutzung, sondern auch den Segelflugzeugbau und die GFK-Technologie erfolgreich vorantrieb. Dieser Teil basiert im Wesentlichen auf der Arbeit von Hütters ehemaligem Mitarbeiter Dipl.-Ing. Heiner Dörner, der auch immer wieder mit persönlichen Erinnerungen und Anekdoten zu Wort kommt. Zusätzliche Daten stammen aus dem Buch Die Geschichte Meine Begeisterung für die Windenergie entdeckte ich vor etwa 30 der Windenergienutzung: " von Dr. Matthias Heymann. Jahren als junger Segelflieger beim weltberühmten Segelflugzeugbauer Schempp-Hirth in Kirchheim unter Teck. Damals durfte ich am Bau Der zweite Teil des Buches widmet sich dem großen Themengebiet der aktuellen Windkraftnutzung. Er zeigt eindrucksvoll den unaufhaltsamen Siegeszug der Windenergie, welche alle anderen alternativen Energieerzeugungsarten in Bezug auf Verbreitung und Effizienz längst überholt hat und das, obwohl die Potenziale der der 50 Meter langen Rotorblätter für deutschen Nordsee jetzt erst ausgeschöpft werden. Ganz im Sinne Ulrich Hütters EINE VISION WIRD WIRKLICHKEIT die seinerzeit weltgrößte Windkraft- Versuchsanlage Growian mitwirken. Die unglaublichen Dimensionen der Anlage und die Hoffnung, mit segelflugzeugähnlichen Flügeln saubere Energie zu produzieren, haben mich überwältigt und nachhaltig geprägt. Die Begeisterung für Windkraftanlagen ließ mich nie mehr los und führte dazu, dass ich 1999 die erste Firma der Windreich-Gruppe gründete. Der Entwurf zur Growian stammte von jenem Ingenieur, der die Grundlagen für die wirtschaftliche Windkraftnutzung geschaffen hat: Prof. Dr. Ulrich Hütter, dem leistet die Windreich AG einen Beitrag, um die Technologie weiterzuentwickeln. Wir haben den ersten Stiftungslehrstuhl für Windenergie am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart mitbegleitet und unterstützen ihn heute nach dem Ausscheiden von Dr. Karl Schlecht allein weiter. Wir kooperieren mit dem Fraunhofer-Institut und anderen renommierten Forschungseinrichtungen. Es ist Ulrich Hütter zu verdanken, dass wir heute eine sichere, effiziente und rentable Alternative zu fossilen Energieträgern und Atomstrom haben. Schon vor fast 70 Jahren wollte er große Windparks auf hoher See errichten. Die Windreich AG wird in den nächsten Jahren mehr als 20 solcher Windparks verwirklichen. Zu Ehren des großen Forschers tragen vier davon den Namen Hütter Offshore". Diese vier Hütter"-Parks EINE VISION WIRD WIRKLICHKEIT Windpapst" an der Universität Stuttgart. Er entwickelte Flügel mit dünnem Profil werden in der Lage sein, zwei Atomkraftwerke zu ersetzen.

5 TEIL 1 ULRICH HÜTTER. EIN PIONIER IM PORTRÄT

6 UNTER DEM BANNER DES WINDES machte, belegt eindrücklich, wie konsequent er seinen Vorsatz aus Jugendjahren weiterverfolgte. WIE ALLES BEGANN. Die Konstruktionstätigkeit war Ulrich Hütter in die Wiege gelegt: Er kam am 18. Dezember 1910 als Sohn des Architekten Eduard Hütter in Pilsen im Königreich Böhmen zur Welt, das damals zur österreichisch-ungarischen Monarchie gehörte. Die Berufung des Vaters zum Leiter des Landesdenkmalamtes führte die Familie nach Salzburg, wo Ulrich mit drei Geschwistern aufwuchs. Den Abiturienten Ulrich Hütter zog es dann nach Wien, wo er sich an der Technischen DER WERDEGANG VON WINDPAPST ULRICH HÜTTER Hochschule für das Maschinenbaustudium einschrieb. KONSTRUKTEUR VON SEGELFLUGZEUGEN. Das Geld war knapp, doch Ulrich Hütter ließ sich davon nicht aufhalten: In seiner Freizeit konstruierte und baute er, gemeinsam mit seinen Brüdern Wolfgang und Heinrich, Flugzeuge gelang Es waren vier unzertrennliche Freunde, die 1930 in Salzburg die Matura, das österreichische Abitur ablegten. Vier junge Männer von einigen Talenten, begabt für Musik, Technik und Kunst, mit umfassender Bildung und vielversprechenden Perspektiven Serapionsbrüder nannten sie sich, nach dem Vorbild des Schriftstellers E. T. A. Hoffmann und seiner Freunde, und der Name war Programm: Hoffmanns serapiontisches Prinzip sollte das Unvereinbare vereinen, Harmonie Ulrich und Wolfgang Hütter mit der H 17 ein bahnbrechendes Übungssegelflugzeug, das in fast 200 Exemplaren nachgebaut wurde und nach 1945 eine Serie fast gleichartig ausgelegter Segelflugzeuge auslöste. Schon ein Jahr später sorgten die beiden mit der H 28, einem hervorragend konstruierten Leistungssegelflugzeug, erneut für Aufsehen in der Fachwelt. Die Segelflugzeuge der Hütter-Brüder erregten Aufsehen. 10 UNTER DEM BANNER DES WINDES zwischen Geist und Körper herstellen, Fantasie und Wirklichkeit versöhnen, Innenund Außenwelt verbinden. EIN VIELSEITIGES JUNGES TALENT. Einem der vier ist das mit Sicherheit gelungen: Ulrich Hütter. Ein Ideen sprühender Kopf sein ganzes Leben lang, machte er sich nach dem Zweiten Weltkrieg als Windpapst international einen Namen. Es ist sein Verdienst, die Windkraftnutzung vom Kopf auf die Füße gestellt und erstmals die Grundlagen für wirtschaftliche Windkraftanlagen geschaffen zu haben Ulrich Hütter war der wichtigste Windkraft-Pionier nach dem Zweiten Weltkrieg. Dass er gleichzeitig ein begeisternder Hochschullehrer war, ein begabter Zeichner und Dichter, dass er sich von der Natur für moderne Fasertechnologie inspirieren ließ und als leidenschaftlicher Segelflieger schon in jungen Jahren mit ebenso AUFBRUCH NACH DEUTSCHLAND. Nun wurde man auch in Deutschland auf den begabten jungen Konstrukteur aufmerksam. Wolf Hirth, Chef der renommierten Schempp-Hirth Flugzeugbau GmbH in Göppingen und Gründer des Segelflugvereins Wolf Hirth in Kirchheim/Teck, machte Hütter 1936 ein herausforderndes Angebot: Er bat ihn, nach Stuttgart zu kommen, hier sein Hochschulstudium zu beenden und gleichzeitig bei Schempp-Hirth als Konstrukteur zu arbeiten. Schon als Student in einem Profibetrieb Gelerntes umzusetzen und selbst Neues zu entwickeln wer würde eine solche Möglichkeit in den Wind schlagen? Ulrich Hütter jeden- falls nicht, er nutzte seine Chance und nahm das Angebot an. Ende Juni 1938 beendete er sein Studium der Luftfahrttechnik mit sehr gutem Erfolg, und am 1. September 1938 wurde seine kleine Stelle bei Schempp-Hirth in eine Vollzeit-Tätigkeit als Flug- 11 UNTER DEM BANNER DES WINDES ästhetischen wie leistungsstarken Flugzeugkonstruktionen auf sich aufmerksam zeugkonstrukteur umgewandelt. Doch sie sollte nicht von langer Dauer sein.

7 12 UNTER DEM BANNER DES WINDES Ulrich Hütter (ganz links) mit seinen Serapionsbrüdern" Norbert Hofmann, Odo Felgel von Farnholz und Hannes Richter. Stelle man sich auch an wie man wolle, nicht wegzuleugnen, nicht wegzubannen ist die bittre Überzeugung, daß nimmer nimmer wiederkehrt, was einmal dagewesen. Eitles Mühen, sich entgegenzustemmen der unbezwinglichen Macht der Zeit, die fort und fort schafft in ewigem Zerstören." E. T. A. HOFFMANN: DIE SERAPIONS-BRÜDER 1 UNTER DEM BANNER DES WINDES

8 DER RUF AN DIE INGENIEURSCHULE. Denn schon 1939 wurde Ulrich Hütter, noch keine 30 Jahre alt, als Dozent für luftfahrttechnische Fächer an die Ingenieurschule Weimar berufen. Er hielt Vorlesungen in Flugzeugbau, Flugzeugstatik, Strömungslehre und Flugmechanik, aber auch in Höherer Mathematik, Kinematik und Maschinenlehre. Für den praktischen Studienbetrieb stand ihm ein gut eingerichtetes Strömungslabor mit zwei kleinen Windkanälen zur Verfügung. Geradezu ideal war auch die geringe Zahl an Studenten, die sehr engen Kontakt Theorie und Praxis zwischen Dozent und Lernenden ermöglichte. Hütter litt gingen Hand in Hand. später als Hochschullehrer in Stuttgart sehr darunter, dass dieser freundschaftliche und persönliche Umgang wegen der großen Anzahl von Erstsemestern nicht mehr möglich war. 14 UNTER DEM BANNER DES WINDES DER DURCHBRUCH. In Weimar begann auch Hütters Laufbahn als Konstrukteur von Windkraftanlagen: Ab 1940 arbeitete er als technischer Berater und Entwicklungsingenieur der Ventimotor GmbH, einer im wesentlichen von den Wilhelm- Gustloff-Werken, Nationalsozialistische Industriestiftung, getragenen Forschungsgesellschaft. Er war für die Konstruktion, Bauausführung und Erprobung mehrerer Windenergieanlagen von 5 bis 50 Kilowatt Leistung und 5 bis 18 Metern Rotordurchmesser verantwortlich. Hier gelang ihm der Durchbruch mit dem ersten nach seiner eigenen Theorie aerodynamisch ausgelegten Modellrad. BAHNBRECHENDE ENTWICKLUNGSLEISTUNG. Die Bedeutung von Hütters Forschung für die moderne Windkraftnutzung ist kaum zu überschätzen. Er griff auf seine Kenntnisse und Erfahrungen aus dem Flugzeugbau zurück, nutzte die Testergebnisse von Ventimotor und erarbeitete aus all diesem Material als erster Ingenieur überhaupt tragfähige Kriterien, wie Windkraftanlagen ausgelegt werden müssen, um maximale Leistungswerte zu erzielen. In seiner 1942 entstandenen Doktorarbeit Beitrag zur Schaffung von Hütters Erkenntnisse über die Gestaltungsgrundlagen für die Windkraftwerke legte er den theoretischen Grundstein Windkraftnutzung waren f r die kommenden Jahre und für alle modernen freifahrenden Turbinen Jahrzehnte richtungsweisend. mit zwei oder drei Rotorblättern. Hütters Ulrich Hütter im Winter 1940/41 auf dem Testfeld der Ventimotor GmbH bei Weimar. 15 UNTER DEM BANNER DES WINDES

9 Blattelement-Impulstheorie, entwickelt aus der Luftfahrttechnik, ist heute noch gültig REISENDER IN SACHEN WINDKRAFT. In den folgenden Jahrzehnten war und bildete nach dem Krieg eine wesentliche Grundlage für seinen Werdegang als Hütter unermüdlich unterwegs, um seine Berechnungen, Konstruktionen und Mo- Windpapst. Matthias Heymann nannte Hütters Erkenntnisse in seiner Geschichte der delle auf Kongressen, auf Tagungen und als Berater zu präsentieren. Denn mittler- Windkraftnutzung" für die kommenden Jahre und Jahrzehnte richtungsweisend". weile machte er auch an der Universität Karriere: 1952 wurde sein Lehrauftrag für flugtechnische Einführungsvorlesungen an der TH Stuttgart erneuert habilitierte ARBEITEN FÜR DEN KRIEG. Doch auch der Flugzeugbau beschäftigte Hütter er mit einer Arbeit über Fangstartverfahren mit durch Schirm gedämpften weiter. Wenig überraschend denn mittlerweile befand man sich im fünften Kriegs- Anschleppstoß". Über die Jahre stieg er bis zum Dekan des inzwischen eingerichteten jahr wurde er 1943 von der keine aktuell umsetzbaren Ergebnisse liefernden Fachbereiches Luft- und Raumfahrttechnik auf. Ventimotor abgezogen und zum Luftfahrtforschungszentrum Graf Zeppelin in Ruit bei Stuttgart abkommandiert, um kriegswichtige Arbeiten zu leisten. Dort befasste er DIE ENERGIEKRISE LÖST EIN UMDENKEN AUS. Es hätte vielleicht noch sich als Leiter der Konstruktionsabteilung mit der Entwicklung von Sturz- und lange so weitergehen können, mit intensiver Forschungsarbeit, mit universitärem Landebremsschirmen für schnelle Flugzeuge, entwickelte Flügelaufsatzkörper, die als Leben und mit dem einen oder anderen Projekt für die Wirtschaft. Doch dann kam zusätzlicher Stauraum bzw. Bergungskapseln dienen sollten, und konstruierte den 1972, das Jahr der ersten, politisch gemachten Energiekrise ein ökologisches und Abfangjäger HÜ 211, dessen Prototyp jedoch vor Fertigstellung zerstört wurde. energiepolitisches Schlüsseljahr. Tanker umrundeten das Kap der Guten Hoffnung, um Zudem erhielt er 1944 einen Lehrauftrag für Strömungslehre und Flugmechanik an der durch lange Fahrten den Ölpreis künstlich niedrig zu halten oder höher zu treiben. Und Technischen Hochschule (TH) in Stuttgart, den er bis zum Kriegsende innehatte. die Welt besann sich auf die Windenergie. NEUANFANG. Nach dem Krieg musste auch Ulrich Hütter wieder von vorne WINDKRAFT STATT ERDÖL. In einer globalen Energiekrise sind die wenigen anfangen. Als ehemaliges Parteimitglied der NSDAP wurde er entnazifiziert und Experten, die Lösungen anzubieten haben, besonders gefragt. Die NASA rief Hütter lediglich als Mitläufer eingestuft, so dass er im Elternhaus seiner Frau in Kirchheim 1974 als erfahrenen Wissenschaftler in Sachen Windenergie zur Beratung nach 16 UNTER DEM BANNER DES WINDES unter Teck ein Technisches Büro eröffnen und als freischaffender Ingenieur arbeiten konnte. Für die Briten verfasste er im Auftrag des Ministry of Supply Berichte über die deutsche Luftfahrtforschung. Die erste Windkraftanlage, die Hütter nach dem Krieg konstruierte die WE 10 führte ihn zurück in die Wirtschaft: Als Angestellter der Allgaier Werke GmbH in Uhingen entwickelte Hütter Windenergieanlagen für semi-aride (zu deutsch: halbtrockene ) Die Konstruktion der Windkraftanlage Farmgebiete, die zwar an der Oberfläche WE 10 führte Hütter nach dem Krieg trocken sind, bei denen aber im Untergrund wieder in die Wirtschaft. oft ausreichend Wasser vorhanden ist. Endlich kam Hütters bahnbrechende Arbeit Menschen in aller Welt zugute: Kunden in Südafrika, Abessinien, Spanien, Italien und Frankreich meldeten Interesse an der WE 10 an, und Hütter betreute sie oft persönlich vor Ort. Amerika. Im US-amerikanischen Repräsentantenhaus trat er als Berichterstatter eines Windenergie-Hearings auf und half wesentlich mit, das danach aufgestellte amerikanische Windenergieprogramm auszugestalten. Für den Experten sind aus diesem ersten US-Windprogramm Hütters Ideen und seine persönliche Handschrift leicht herauszulesen. Auch Schweden lud Hütter zu Vorträgen und Beratungen ins Land. In Buenos Aires hielt er ein zweiwöchiges Seminar, in Genf beriet er die World Meteorological Organisation die Liste seiner Reisen war endlos. 17 UNTER DEM BANNER DES WINDES

10 EIN LEBENSWERK WIRD GEWÜRDIGT. Bei einem so übergroßen Einsatz konnten Ehrungen nicht ausbleiben. Die Aeronautical Society of Sweden verlieh Hütter die Enoch-Thulin-Medaille in Bronze für seine außerordentlichen Leistungen auf dem Gebiet der Luftfahrtforschung. Den Höhepunkt der Anerkennung erreichte Ulrich Hütter 1977, als ihm der Aachener und Münchener Preis für Technik und angewandte Naturwissenschaften verliehen wurde. Dieser Preis würdigt, anders als etwa die Nobel-Preise für Physik oder Chemie, nicht nur die Einzelarbeit, sondern das ganze Lebenswerk eines Ingenieurs oder eines Vertreters der angewandten Naturwissenschaften. REICHE HINTERLASSENSCHAFT schließlich schied Professor Ulrich Hütter endgültig aus den Diensten des Landes. Er behielt ein Arbeitszimmer am Institut im 5. Stock mit Blick auf den Pfaffenwald, kam anfangs noch häufig, später seltener ans Institut. Bald blieben seine Besuche ganz aus. Ulrich Hütter starb am 12. August 1991 in Kirchheim unter Teck. Ein Visionär der Windenergie 1977 erhielt Hütter den Aachener und Münchener Preis fair Technik und angewandte Naturwissenschaften. hatte seinen Lebensweg vollendet. Auf seine Arbeiten konnten kommende Generationen aufbauen, viele seiner Erkenntnisse sind heute noch gültig. 18 Oben: Ulrich Hütter war auch ein international gefragter Berater in Sachen Flugzeugbau besuchte er den Hersteller kleiner Baumuster Beech Serapionsbruder war ans Ziel gelangt. 19 UNTER DEM BANNER DES WINDES Aircraft Corporation in den USA. Links der damalige Manager Export Sales Dwight Hornberger. Links: Hütter bei einer Windenergietagung in Indien 1954.

11 KLEINE FOTOGALERIE Die mit mir lachen und scherzen, die liebe ich lachend wie sie UNTER DEM BANNER DES WINDES Ein Flugzeug zum Luftwandern: der Motorsegler Mose-Hi-20. Wie viele Studenten der Zwischenkriegszeit begeisterte sich Ulrich Hütter für die Segelfliegerei. Er tüftelte aber auch an Lösungen für kombinierte Antriebe. Seine Ideen für einen Motorsegler konnte er bei der Firma Schempp-Hirth verwirklichen. Der Mose-Hi-20 erlebte allerdings erst 1941 seinen Jungfernflug. Im Vergleich zur grazil gestalteten Windanlage WE 10 draußen vor dem Fenster wirken die Anzeigeinstrumente in der Messhütte riesig. Dennoch ermöglichte Ulrich Hütters erste Windkraftanlage nach dem Zweiten Weltkrieg rund 200 Verbrauchern erstmals eine eigenständige Energieversorgung. Ulrich Hütter leistete einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) für Windkraftanlagen, Segelflugzeuge und andere Bauteile, die leicht und gleichzeitig haltbar sein mussten. Hier begutachtet er ein neues GFK-Rotorblatt für eine kleine Windkraftanlage. Das Fliegen blieb ein Leben lang Ulrich Hütters Leidenschaft. In diesem Jahr nahm er an einem internationalen Sternflug nach Salzburg teil. UNTER DEM BANNER DES WINDES

12 In Kirchheim unter Teck hatte Hütter die Musikerzieherin Else Rommel kennengelernt. Die beiden heirateten am 7. Oktober Else kam mit Ulrich nach Weimar und brachte bald das erste Kind zur Welt, Tochter Ulrike. Zwei Söhne, Wolfgang und Odo, folgten 1941 und UNTER DEM BANNER DES WINDES...doch die mich im Wirren und Trüben um meiner selbst willen lieben, die trage ich tief im Herzen und ich vergesse sie nie. ULRICH HÜTTER UNTER DEM BANNER DES WINDES

13 Die IMI, das erste selbst entworfene Flugzeug von Ulrich, Wolfgang und Heinrich Hütter. Heinrich riskierte bei den wagemutigen Flugsprüngen als Pilot jedes mal Kopf und Kragen. AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG HÜTTERS PRINZIP DER OPTIMALEN AUSLEGUNG Auch große technische Neuerungen fangen manchmal als ganz persönliche Leidenschaften an. Ulrich Hütters revolutionäre Forschungen zur Windkraftnutzung sind ohne seine hartnäckige Arbeit an der Konstruktion von Segelflugzeugen in jungen Jahren nicht denkbar. Es war dieses aerodynamische Wissen, das er sich als Student und Luftfahrttechniker erarbeitete, ebenso wie die in dieser Arbeit geschulte Fähigkeit, einfache Konstruktionen extrem leistungsfähig zu gestalten, mit denen er Jahre später die Grundlagen für optimal ausgelegte Windkraftanlagen entwickeln konnte. 25 TOLLKÜHNE MÄNNER IN FLIEGENDEN KISTEN. Nach dem Ersten Weltkrieg war der Motorflug in Deutschland verboten. Deshalb konzentrierte sich in den 1920er-Jahren die Begeisterung vieler Technikstudenten auf den Segelflug. Auch die drei Brüder Ulrich, Wolfgang und Heinrich Hütter bauten Segelflugzeuge und unternahmen damit waghalsige Flugversuche. Ihr erstes gemeinsames Projekt, die IMI, wurde aus Holz gebaut und hatte eine Spannweite von 6,25 Metern ein lebensgefährliches Fluggerät, mit dem nur Rutscher und kurze Flugsprünge möglich waren. Bei einem der größeren Luftsprünge wäre Heinrich beinahe ums Leben gekommen, wodurch sich die Brüder allerdings nicht abschrecken ließen. Ihr zweites Flugzeug blieb zwar eine Studie auf dem Papier, doch schon bald zeichnete sich am Horizont das nächste und, wie sich zeigte, äußerst erfolgreiche Projekt ab. AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG

14 EIN INNOVATIVES ÜBUNGSFLUGZEUG. Es waren die Jahre 1933/34. Ulrich Hütter, damals noch Student, entwickelte mit seinem Bruder Wolfgang speziell für die enge Bergwelt des Salzburger Landes ein Übungsflugzeug mit kleiner Spannweite: die H 17. Perfekt an ihre Flugumgebung angepasst, begeisterte die H 17 ihre Piloten mit großer Wendigkeit und für die damalige Zeit herausragenden Flugleistungen. Einer dieser Piloten war der Schweizer Flugpionier Hermann Schreiber. Er lobte in einem Erfahrungsbericht die H 17 und ihre großartigen Eigenschaften in unterschiedlichen Flugmanövern: Die H 17, wie sie Ulrich Hütter den Lesern der Zeitschrift Der Pilot" präsentierte. 26 Stabilität und Lastigkeit im Gleitflug gut ausgeglichen. Sehr gute Wendigkeit. Glissanden (Slip) sind sehr wirkungsvoll. Für Flugzeugschlepp sehr gut geeignet. Keine abnormal großen Steuerdrücke bemerkbar. Vrille (Trudeln): Das Flugzeug zeigt keinerlei Zeichen abnormaler Beanspruchungen. Reversements (Turn): Hochziehen aus Schleppfluggeschwindigkeit bis in die Senkrechte, kurz vor dem Verhungern starker Seitensteuerausschlag bewirkt rasches und sehr sauberes Abdrehen über die Flügelspitze. Seitenruder auch bei geringerer Geschwindigkeit wirksam. 27 AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG SELBSTBAU SPART GELD. Noch überraschender war, dass die H 17 diese hervorragenden Werte erreichte, obwohl sie äußerst einfach und sparsam ausgelegt worden war: Segelflugvereine konnten sie für eine überschaubare Summe an Materialkosten selbst bauen. Ebenso sparsam, wie er konstruierte, fasste Ulrich Hütter in einem Aufsatz für die Zeitschrift Der Pilot die grundsätzlichen Überlegungen zur H 17 zusammen: Ganz naturgemäß bedeuten kleine Abmessungen, neben kleinem Leergewicht, geringen Materialaufwand und dadurch Billigkeit, überdies noch große Wendigkeit um alle Achsen. Damit ist fast alles gesagt. AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG

15 WIEDERAUFLAGE IN DEN 1950ERN. Die deutschsprachigen Segelflieger jedenfalls waren überzeugt: Zwei Jahre nach der ersten Entwicklung waren schon 34 Exemplare der H 17 im Bau, allein 16 in Österreich und vier in der Schweiz, und weitere sieben Flugzeuge flogen im Einsatz. Die H 17 war so gut gelungen, dass sie in den 1950er-Jahren wieder aufgegriffen und weiter entwickelt wurde kam sie als modifizierte H 17 b wieder auf den Markt. Die renommierte Organisation Scientifique et Technique du Vol ä Voile" (OSTIV) berichtete 1958: Hütter H 17 b. Schulungsflugzeug, während mehr als 20 Jahren in verschiedenen Formen gebaut und auf der ganzen Welt bekannt. Aus einem Selbstbaumodell entstanden; es wurden annähernd 200 H 17 und 10 H 17 b gebaut. Erstflug des Prototypen H 17 im September 1934, der H 17 b im Februar 1953." EIN LEBENSLANGES PRINZIP. Während seines gesamten Ingenieurlebens blieb Ulrich Hütter dem Grundsatz treu, seine Konstruktionen Ressourcen schonend zu gestalten sowie Material und Raum optimal auszunutzen. Schon mit der H 17 war es ihm gelungen, diesen Vorsatz optimal umzusetzen. H 17 TECHNISCHE BESCHREIBUNG 28 Spannweite: 9,7 m 29 Länge: 4,63 m AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG Heinrich (Heini) Hütter in der H 17. Heini war damals Staatsmeister im Segelflug. Flügelfläche: Querruder: 9,2 m2 0,5 m2 Flügelstreckung: 1:10 Leergewicht: Zuladung: 65 kg 90 kg Flächenbelastung: 16,8 kg/m 2 Normalfluggeschwindigkeit: Sinkgeschwindigkeit: Gleitzahl: 17 Kosten: ca. 54 km/h ca. 0,88 m/sec im Vereinsbau ca Schillinge bzw Reichsmark Materialkosten AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG

16 EIN ERSTES LEISTUNGSSEGELFLUGZEUG. Schon bald nach der H 17 brachten die Hütter-Brüder 1935 ein weiteres Segelflugzeug, die H 28, heraus. Sie wurde mit finanzieller Unterstützung des Österreichischen Aeroclubs in nur vier Monaten gebaut, Ulrich Hütter nannte sie manchmal auch im Scherz Torpedo. DIE H 28 EIN COCKPIT AUS PLEXIGLAS. Auffällig war an dieser Konstruktion vor allem die Führerhaube aus Plexiglas-Astralon. Sie war aus einem Stück geformt, vier Die Führerhaube war aus einem Stück geformt und sehr teuer. Millimeter stark, mit einem Preis von 400 Schillingen (rund 200 Reichsmark) allerdings sehr teuer. Weitere interessante Konstruktionsteile waren die Schnellverschlüsse, neuartige Flügeldiagonalbeschläge aus Buchsen in vergütetem Holz und ein Neigungsmesser. Neu waren auch die torsionssteifen, aber an den Gelenken biegeweichen Querruder die Ideen der Hütter-Brüder nahmen einfach kein Ende. HÜTTER OPTIMIERT KONSEQUENT. Atmungs- und Funkgeräte konnten in der Torsionsnase der H 28 untergebracht werden. Hier zeigte sich erneut, wie konsequent Hütter seine Konstruktionen optimierte: Noch der letzte leere Raum wurde genutzt und einem Zweck zugeführt. Sogar der Pilot wurde perfekt in das Flugzeug eingepasst: Er musste seine Schultern und Ellenbogen im Übergangsbereich von Rumpf und Flügeln 30 verstauen, so dass es beim Einsteigen wirkte, als würde er sich das Flugzeug 31 umschnallen. AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG GÖPPINGER PROJEKTE. Mittlerweile waren sowohl Ulrich als auch Wolfgang Hütter als Konstrukteure unverzichtbare Mitarbeiter der Schempp-Hirth Flugzeugbau GmbH. Dort wurde in den Jahren 1938/39 das Projekt Goevier" bzw. Gö 4" ausgearbeitet Gö stand für Göppingen, den Standort von Schempp-Hirth. Wolfgang Hütter hatte in seiner Diplomarbeit die Grundkonzeption und Konstruktion dieses doppelsitzigen Segelflugzeuges geschaffen, Ulrich beteiligte sich am Entwurf und an der Detailgestaltung. Ulrich Hütter war aber auch an der Entwicklung einer neuartigen Sturzflugbremse maßgeblich beteiligt. Diese Schempp-Hirth-Bremse" wurde bald bei allen Segelflugzeugen eingesetzt und gehört noch heute zur Standard- Ausstattung. Das LeistungssegelÀugzeug von Wolfgang und Ulrich Hütter steckte randvoll mit neuen Ideen. Für den Piloten blieb gerade noch Platz. AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG

17 DIE GÖ 4 Ulrich Hütter erhielt am 4. März 1934 den Österreichischen SegelÀieger-Ausweis Nr. 11. Der Motorsegler Mose-Hi-20 startete 1941 zum ErstÀug. Viele Details zeigten deutlich Ulrich Hütters Handschrift. GÖ 4 TECHNISCHE BESCHREIBUNG Spannweite: 14,8 m 32 Länge: 7,26 m 33 Tragfläche mit Querruder: 19 m2 AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG Querruder: 3,06 m2 Flügelstreckung: 11,53 Leergewicht: Zuladung: 200 kg 210 kg Tragflächenbelastung: 20 kg/m 2 Geschwindigkeit bei bestem Gleitwinkel: Sinkgeschwindigkeit: 70 km/h Gleitzahl: 1:19 Besondere Merkmale: 0,96 m/sec 2 Sitze nebeneinander, Sturzflugbremsen, Kabinenverkleidung mit Vorhängen für Blindflugschulung AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG

18 ABHEBEN MIT MUSKELKRAFT. Ein Segelflugzeug startet entweder mit Hilfe eines eingebauten Motors oder es wird hochgeschleppt. Solche Abhängigkeit konnte einen passionierten Segelflieger und Aerodynamik-Spezialisten wie Ulrich Hütter nicht zufriedenstellen, deshalb beschäftigte er sich Mitte der 1930er-Jahre auch mit dem Thema Muskelkraftflug schrieb er in einem programmatischen Artikel für die Zeitschrift Flugsport : Das Ziel kann nur sein, ein Gerät zu schaffen, mit dem durch aufgespeicherte menschliche Energie ein Start bis auf eine vernünftige Ausgangshöhe für einen SegelÀug [möglich ist]." PROPELLER ODER FLÜGEL? Viele Aspekte waren dabei zu berücksichtigen: Wie sollte die Muskelkraft vom Körper abgenommen und übertragen werden? Wie könnte man sie speichern? Sollte man damit einen Propeller betreiben oder besser schwingende Flächen? AUF DEM ERGOMETER. Vor allem aber war die Konstruktion eines geeigneten Flugzeuges entscheidend. Um herauszufinden, ob dies überhaupt möglich sein könnte, konstruierte er ein Ergometer, auf dem er selbst, sein Bruder Heinrich und ein Freund ihre Kräfte erprobten. Alle schafften zwischen 0,9 und etwas über einem PS oder an 34 AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG Ob MuskelkraftÀug überhaupt möglich ist, testete Ulrich Hütter mit einem selbstgebauten Ergometer. Auch Freund Peter Meyer (oben) erprobte seine Kräfte. die 800 Watt, jedoch nur einige wenige Sekunden lang. Zwei bis drei Minuten traten sie die erstaunliche Leistung von 300 Watt. Bei 180 Watt konnte an dem Gerät von der Abgabe einer im Flug möglichen Dauerleistung gesprochen werden. Bei einem Fluggerät mit 17 Metern Spannweite und etwa 90 Kilogramm Leergewicht, mit den in dieser Zeit verfügbaren Materialien und der möglichen Aerodynamik wäre allerdings eine Muskelleistung von etwa 400 Watt nötig gewesen, um das Flugzeug in der Luft zu halten. Es war erwiesen der Traum vom Fliegen aus eigener Kraft musste vorerst begraben werden. IDEEN ZUM LUFTWANDERN. Ein Steckenpferd von Hütters damaligem Arbeitgeber Wolf Hirth wiederum war der Motorsegelflug. Gemeinsam arbeiteten die beiden ab 1937 an einem Motorsegler zum Luftwandern, dem Mose-Hi-20. Im Sommer 1939 wurde zunächst ein Versuchsträger-Gestell fertiggestellt, in dem der 35 AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG

19 Hütter vertrat stets die Ansicht, ein Schritt ins Neuland könne nie groß genug sein, müsse nur von unbändiger Phantasie und bestem Können getragen werden. DIPL.-ING. HEINER DÖRNER, ASSISTENT UND BIOGRAF VON DR. ULRICH HÜTTER 36 3 AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG Die H 28 III mit der Kennung OE-Kinsky.

20 eigens entwickelte Spezialmotor erprobt werden sollte ein 20-PS-Krautter-Motor Vierzylinder-Zweitakter. Viele weitere Details des Motorseglers zeigten eindeutig die Handschrift Ulrich Hütters. Bei Kriegsausbruch wurden alle Arbeiten am Prototypen sofort eingestellt. Ein kurzes Wiederaufleben 1941, als es doch noch zur Fertigstellung und zum Erstflug des Flugzeugs kam, konnte nicht verhindern, dass die Arbeiten danach endgültig beendet wurden. VERSUCHE MIT SCHALENBAUWEISE. Nach dem Zweiten Weltkrieg war erneut der Motorflug in Deutschland verboten. Doch die Konstrukteure von Segelflugzeugen hatten längst weiter gedacht und neue Visionen entwickelt: Wolfgang Hütter entwarf ein erstes Segelflugzeug in stützungsfreier Schalenbauweise aus Holz, die H 30. Schnell zeigte sich allerdings, dass das Material zu diesem Zeitpunkt noch zu schwer für die gewünschten Flugeigenschaften war. DIE REVOLUTION: GLASFASERVERSTÄRKTER KUNSTSTOFF. Es sollte noch einmal etwa 20 Jahre dauern, bis Ulrich Hütter und sein Ingenieurskollege Eugen Hänle in vielen verschiedenen Projekten Erfahrungen mit glasfaserverstärktem 38 Erst glasfaserverstärkter Kunststoff machte die moderne Schalenbauweise möglich. Kunststoff (GFK) gesammelt hatten, um die Schalenbauweise erfolgreich wiederzubeleben. Hütter und Hänle setzten dafür auf eine Balsaholz-GFK- Sandwichbauweise, dank der die H 30 GFK zum ersten Mal abheben konnte. Sie wurde später AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG zur überaus erfolgreichen H-101 Salto der Firma Glasflügel von Eugen und Ursula Hänle weiterentwickelt. VIELSEITIGES MATERIAL. Die GFK-Technologie sollte jedoch nicht nur im Segelflug für Furore sorgen sie bewährte sich auch in vielen verschiedenen konstruktiven Aufgaben. Vor allem aber ermöglichte sie Windkraftanlagen, von deren aerodynamischen, dynamischen und statischen Eigenschaften frühere Generationen nicht einmal hatten träumen können. Die Flügel der neuen H 30, gefertigt in GFK-Sandwichbauweise. AM ANFANG STAND DER SEGELFLUG

21 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Die nach Hütters Blattelement- Impulstheorie ausgelegte 5,7- Meter-Testanlage. ULRICH HÜTTER ERNEUERT DIE WINDKRAFTNUTZUNG 40 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Es waren Entwürfe für gigantische Türme, die der prominente Ingenieur Hermann Honnef 1932 bei einem Vortrag an der Technischen Hochschule Charlottenburg an die Wand projizierte. Sie zeigten 430 Meter hohe Windkraftwerke mit drei oder fünf gewaltigen Turbinen. Jeder Rotor hatte 160 Meter Durchmesser und wurde von den in diesen hohen Luftschichten üblichen starken Winden angetrieben. Schon 60 solcher Anlagen, behauptete Honnef, könnten ganz Deutschland mit Strom versorgen. Die deutschen Kohlelager seien in absehbarer Zeit erschöpft, aber wenn seine Vorstellungen zur Windkraftnutzung umgesetzt würden, könnte Deutschland eine völlig autarke Energieversorgung ohne Importe aus dem Ausland auf die Beine stellen. UTOPISCHE KONZEPTE. Mit solchen und ähnlichen phantastischen Plänen erregte Hermann Honnef viele Jahre lang gehöriges Aufsehen. Aufgrund seiner charismatischen Persönlichkeit gelang es ihm sogar, seriöse Fachleute dafür zu begeistern und Nachahmer zu finden, die sich ebenfalls mit großem Engagement, wenn auch ohne Erfolg, für die Errichtung von Honnefschen Höhenkraftwerken einsetzten. Erst vor diesem Hintergrund wird verständlich, wie tiefgreifend der Wandel war, den Ulrich Hütters Forschung während seiner Weimarer Zeit in der Windkraftnutzung auslöste.

22 EIN NEULING WIRD VERSUCHSFELDLEITER. Hütter hatte erst vor einem Jahr sein Studium abgeschlossen und einige Erfahrungen in der Berufswelt gesammelt, als er im Oktober 1939 zum Dozenten für luftfahrttechnische Fächer an die Ingenieurschule Weimar berufen wurde. Dort hielt er Vorlesungen in Aerodynamik, Flugzeugstatik und Luftfahrzeugbau und forschte im Ulrich Hütter galt schon in institutseigenen Labor mit Windkanal. Trotz seiner jungen Jahren als hervorragender Konstrukteur. Jugend eilte ihm bereits der Ruf voraus, ein hervorragender Konstrukteur zu sein, und so kam Hütter in Weimar bald zu einer zweiten Anstellung: Obwohl er sich bis dahin noch nie mit Windkraftnutzung befasst hatte, wurde er 1940 Leiter des Versuchsfeldes der Ventimotor GmbH in Weimar. AKTUELLER ENTWICKLUNGSSTAND. Das im Jahr 1940 gegründete Unternehmen Ventimotor hatte den Auftrag, den vorgefundenen Entwicklungsstand der Windkraftausnutzung genau zu prüfen und auf den Ergebnissen dieser Prüfung aufbauend Windkraftanlagen zu entwerfen und zu errichten, die bei technisch einwandfreier, wirtschaftlicher und formschöner Ausführung eine höchste Ausnutzung der anströmenden Windenergie gewährleisteten. Ventimotor kaufte also unter Hütters Führung die wichtigsten auf dem Markt verfügbaren Windkraftanlagen, stellte sie auf dem Testfeld in Weimar auf und analysierte sie gründlich. Mit großem Eifer widmete 42 sich Hütter auch der Aufgabe, eigene Konstruktionen zu entwickeln. Man trägt Fliege: Hütter als Vortragender an der Ingenieurschule in Weimar. 43 D IE REVOLUT ION DE R ROTO REN UNTERSCHIEDLICH GROSSE TESTANLAGEN. Zunächst fanden Grundsatzuntersuchungen an Vielblattrotoren statt. Hütter und sein Team analysierten beispielsweise eine zweiflügelige Windturbine der Sächsischen Stahlwindmotorenfabrik mit 5,5 Metern Rotordurchmesser sowie vier- und sechsflügelige Anlagen der Firma Köster mit jeweils 7,5 Metern Durchmesser. Ventimotor untersuchte systematisch Ein ebenfalls mit zwei Flügeln ausgestattetes vorhandene Windkraftanlagen. Aggregat des 1941 verstorbenen Konstruk teurs Kurt Bilau wurde gründlich erforscht. Außerdem erprobte man unterschiedliche Generatortypen und neu entwickelte Schaltungen. DIE REVOLUTION DER ROTOREN Vergleichsskizze der Leistungscharakteristiken verschiedener Windräder aus Hütters Dissertation.

23 Lernen kann man stets nur von jenem, der seine Sache liebt. MAX BROD, SCHRIFTSTELLER, DIE REVOLUTION DER ROTOREN DIE REVOLUTION DER ROTOREN Ulrich Hütter (im dunklen Anzug) im Kreise seiner Laborgruppe an der Ingenieurschule Weimar.

24 ZWEI, DREI ODER VIER ROTORBLÄTTER. Hütter selbst entwickelte eine Testanlage, die mit einer unterschiedlichen Anzahl von Rotorblättern ausgestattet werden konnte. Der 5,7 Meter große Rotor an der Spitze der 18 Meter hohen Nabe nutzte zwei, drei oder vier Flügel und war als schnelllaufender Propeller ausgelegt, das heißt, die Rotorblattspitzen drehten sich mit einem Vielfachen der Windgeschwindigkeit. Modelle dieser Anlagen wurden im Windkanal getestet. Dabei zeigte sich, dass die Leistungsfähigkeit des vierflügeligen Rotors am höchsten war, dann folgten die dreiflügelige und die zweiflügelige Variante. MONTAGE AUF DEM DACH. Eine weitere dreiflügelige Anlage mit zehn Metern Rotordurchmesser wurde aus Metall errichtet. Sie erreichte ihre Nennleistung von zehn Kilowatt bei einer Windgeschwindigkeit von acht Metern pro Sekunde. Eine 600 Watt starke Anlage war mit zwei Metern Durchmesser und einem zwei Meter hohen Turmstutzen für die Montage auf Hausdächern gedacht. Sie konnte in Verbindung mit einer Batterie von 16 Zellen sechs Glühbirnen zu je Eine 600-Watt-Anlage konnte sechs Glühbirnen versorgen. sechs Watt versorgen. Diese und einige Anlagen mehr ermöglichten Hütter und seiner Mannschaft so umfassende und systematische Untersuchungen wie nie zuvor. DIE PROPELLERVERSTELLUNG. Schon bald entstanden daraus die ersten 46 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Zeichnung zur Patentanmeldung der Propellerverstellung" im Jahr Innovationen. Eine wichtige Entwicklung Hütters, die auch in ein Patent mündete, war die Propellerverstellung. Darunter verstand man einen Mechanismus, um einzelne Rotorblätter nach Bedarf zu drehen, dadurch die Betriebssicherheit und Leistungsfähigkeit insbesondere großer Windkraftanlagen zu steigern und so den Einsatz von Synchrongeneratoren zu ermöglichen. Für diese Entwicklung wurde eine 50-kW- Anlage aus dänischer Produktion mit einem 30 Meter hohen Turm und 18 Metern Rotordurchmesser beschafft und in Betrieb genommen. GESTALTUNGSGRUNDLAGEN FÜR WINDKRAFTWERKE. Neben solchen Einzelinnovationen und den konkreten Erkenntnissen aus dem Praxiseinsatz war vor allem Hütters 1942 während seiner Zeit bei Ventimotor verfasste Dissertation Beitrag zur Schaffung von Gestaltungsgrundlagen für die Windkraftwerke ent- 47 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Alle von Hütter entworfenen Anlagen arbeiteten mit diesem Prinzip.

25 scheidend für die Weiterentwicklung der Windkraftnutzung. Der Technikhistoriker Kosten pro Kilowattstunde zu ermitteln, indem er die spezifischen Kosten für Flügel Matthias Heymann nannte die Arbeit das inhaltlich bedeutendste Werk zur Wind- verschiedener Länge, Türme verschiedener Höhe und Generatoren verschiedener energienutzung seit den Arbeiten von [Windkraftpionier Albert] Betz 20 Jahre Größe erhob. zuvor : UNGEKLÄRTE FRAGEN. Schon bei der Auslegung des Turmes stellten sich viele [Hütter] untersuchte erstmals systematisch das sogenannte,auslegungsproblem von Windkraftanlagen und legte Lösungen vor, die für die kommenden Jahre und Jahrzehnte richtungsweisend wurden." IDEALE ABMESSUNGEN. Wie schon bei der Konstruktion von Segelflugzeugen Fragen: Die Turmkosten sind direkt proportional dem Gewicht des Turmes, fand Hütter heraus, gleichzeitig macht der Turm etwa 15 Prozent der Gesamtkosten einer Anlage aus. Lohnte es sich überhaupt, hohe Türme zu bauen, um bessere Luftströmungen auszunutzen? Auch die Zahl Die Frage war: Wie erzeugt man die der Rotorblätter stand keineswegs fest, kostengünstigste Kilowattstunde Strom? und eben so wenig war geklärt, bei wel- versuchte Hütter auch in seiner Doktorarbeit über das horizontale Windkraft- werk, cher Windgeschwindigkeit eine Anlage jene Abmessungen und Formen zu bestimmen und in möglichst allgemeiner Form ausgeschaltet werden sollte: Hohe Windstärken brachten große Erträge, waren aber festzulegen, die dessen höchste Wirtschaftlichkeit ergeben. Schon in der Einleitung selten. Je höheren Geschwindigkeiten die Anlage standhalten sollte, desto steifer und erläuterte er, was dabei alles zu berücksichtigen war: stärker sprich: teurer musste sie gebaut werden. Wo lag der Grenzwert, an dem es unrentabel wurde? 48 Ob Windenergien ein Faktor in der Energie-Versorgung der Welt werden können, ist erstens eine Frage nach den vorhandenen und verfügbaren Energiemengen, zweitens eine Frage der Wirtschaftlichkeit der einzelnen Windkraftanlagen. Die Menge der insgesamt vorhandenen ÜBERLEGUNGEN ZUR WIRTSCHAFTLICHKEIT. Um die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Anlagentypen zu vergleichen, stellte Hütter die Kosten für eine Anlage mit 40 und eine mit 70 Metern Durchmesser gegenüber. Er untersuchte dazugehörige Türme mit bis zu 100 Metern, berücksichtigte die Zunahme der Windge- DIE REVOLUTION DER ROTOREN Energie ist aus dem Wärmehaushalt der Atmosphäre gegeben, die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Windkraftanlagen durch das Verhältnis des Aufwandes für deren Herstellung, Aufbau und Erhaltung zur gesamten Energieausbeute. ERNTEFAKTOR. Hütter hatte also schon damals den gesamten Produktions- und Lebenszyklus einer Windkraftanlage im Blick. Bis heute ist das Verhältnis von Aufwand zu Energieausbeute ein zentraler Faktor bei der Auslegung von Windkraftanlagen. Heute spricht man dabei allerdings vom Erntefaktor oder Energy-Pay- Back-Factor. Hütter versuchte also, die Maße für eine Anlage mit den geringsten schwindigkeit mit jedem zusätzlichen Meter Höhe und errechnete die daraus resultierenden Energiemengen. Außerdem erforschte er die Windhäufigkeitsverteilung und welche Konsequenzen sich aus den verschieden hohen, zunächst frei wählbaren, Windgeschwindigkeiten ergaben, bei denen die Anlagen zur Sturmsicherung abgeschaltet werden mussten. Er kam zu der heute noch gültigen Aussage, daß ganz kleine Anlagen mit Sicherheit wesentlich weniger wirtschaftlich sind als Anlagen mittlerer Größe. Es ist jedoch wahrscheinlich zweckmäßiger, bei annähernd gleicher Wirtschaftlichkeit, eine größere Anzahl von Anlagen mittlerer Größe aufzustellen als eine 49 DIE REVOLUTION DER ROTOREN kleinere Anzahl von Großanlagen."

26 GLEICHMÄSSIGE STROMLIEFERUNG. Heute gibt es auch für eine größere Anzahl von Anlagen einen Begriff man spricht von Windparks. Die Vorteile dieser Windparks erkannte Hütter schon 1943 genau. Ihm ging es vor allem um die Zuverlässigkeit der Stromversorgung: Eine größere Anzahl kleinerer Anlagen wird eine gleichmäßigere Stromlieferung ergeben als eine geringe Anzahl oder gar eine einzige größere Anlage. Befinden sich mehrere Anlagen in einer gewissen Entfernung voneinander im Gelände, so ist die Wahrscheinlichkeit außerordentlich gering, daß bei allen gleichzeitig Minima oder Maxima der Windgeschwindigkeit auftreten. Der sich dadurch ergebende Ausgleich wird umso vollständiger, je größer die Anzahl der miteinander in Verbindung stehenden Anlagen ist. Bei einer Großversorgung durch Windkraftanlagen, von denen die äußersten viele hundert Kilometer voneinander entfernt sind, ist die Wahrscheinlichkeit, daß überhaupt Tage ohne Energieerzeugung vorkommen, so gering, daß man sie vollständig ausschließen kann." STETIG WACHSENDE LEISTUNG. Hütter machte sich auch schon Gedanken über Errichtung und Inbetriebnahme der Windkraftanlagen. Sogar die Möglichkeit zur Serienfertigung fand in seinen Überlegungen ihren Platz: 50 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Bei der Errichtung einer Energieversorgung durch Windkraftwerke wird bei einer größeren Anzahl von kleineren Anlagen schon von der Aufstellung der ersten Anlage an die Stromversorgung beginnen können. Es wird also stetig mit der Zunahme der Zahl der in Betrieb genommenen Anlagen die Größe der verfügbaren Gesamtleistung wachsen. Größere Stückzahlen gleichartiger Anlagen mittlerer Größe sind für die Fabrikation vorteilhafter. Ausgesprochen unwirtschaftlich sind Anlagen mit sehr kleinen Rädern. Skizze einer modernen Windkraftanlage mit den wichtigsten Untersystemen aus Hütters Dissertation. 51 DIE REVOLUTION DER ROTOREN

27 ZEITLOSE SCHÖNHEIT. Fast hellseherisch wies Hütter noch auf einen Punkt hin, der Natur- und Umweltschützer bis heute stark beschäftigt und eine stärkere Nutzung der Windenergie enorm behindert die Ästhetik: Im übrigen darf bei einer geplanten großzügigen Erschließung der Windenergie auch nicht vergessen werden, daß das Bild der Landschaft durch die vielen Anlagen ein eigenes Gepräge erhalten wird. Diese müßten daher in einem tieferen Sinne von einer zeitlosen Schönheit sein, so daß sie nicht in drei oder vier Jahrzehnten schon wieder als die schwer zu beseitigenden Skelette eines hastigen, gegenüber unwägbaren Werten unseres Lebensraumes gleichgültigen Versuches, eine spätere Generation belasten. 52 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Skizze aus Hütters Dissertation zur Theorie der freifahrenden Turbine. TRAGFLÜGEL ZU WINDRÄDERN. Die größte Herausforderung jedoch, die Hütter für seine Theorie zu lösen hatte, war die Bestimmung der optimalen Gestalt der Windkraftanlage selbst. Sie sollte bei möglichst geringen Investitionskosten möglichst große Energieausbeuten liefern. Hier gelang Hütter der entscheidende Kniff: Er wandte für diesen aerodynamisch-theoretischen Teil seiner Dissertation als erster die Kenntnisse der Tragflügel-Aerodynamik auf Windrotorflügel an. Die Argumentation war wissenschaftlich völlig sauber durchgeführt: Zur Auslegung des Rotors beschrieb er, wie physikalisch-mathematisch üblich, erst das Verhalten eines kleinen Radelementes. Auch bei der Charakteristik des ganzen Rotors wurden speziell die aerodynamischen Zusammenhänge aufgezeigt. EIN INNOVATIVER INGENIEUR. Danach wurde der ganze Rotor gründlich durchgearbeitet inklusive Grundumriss, stetiger Wirbelablösung, günstigster Blattzahl und generell möglichen Profilen für Windradflügel. Außerdem trug Hütter die umfangreichen Messungen aus dem Windkanal zusammen. Die Aufstellung der Geschwindigkeitsdreiecke für die verschiedenen Rotor-Durchströmungsebenen, Hütters Diagramme über Schnelllaufzahl und Strömungsabminderungsfaktor oder wie er die Zusammenhänge zwischen Gleitzahl, Auftriebsbeiwert, Reynoldszahl, Leistungsbeiwert und Rotor-Blattzahl erläuterte all dies zeigte, dass hier ein überaus innovativer Ingenieur am Werk war. 53 DIE REVOLUTION DER ROTOREN

28 DREI ROTORBLÄTTER MIT ZWIEBELUMRISS. Durch die Anwendung der EINFACHE AUSLEGUNG. Der Durchbruch war geschafft. Das Ergebnis von Flugzeug-Aerodynamik gelangte Hütter zu einer optimalen Form des Rotorblattes, die als Zwiebelkurve oder Zwiebelumriss bekannt wurde. Seine Berechnungen ergaben zudem, dass schnellläufige Räder mit drei Rotorblättern die besten Werte erzielen. Außerdem berechnete er, dass die Schnelllaufzahl idealerweise zwischen drei und sieben liegt, dass sich also die Rotorspitzen mit dreifacher bis maximal siebenfacher Windgeschwindigkeit bewegen sollten. Diese rein rechnerisch hergeleitete Schnelllaufzahl wurde auch im wirtschaftlichen Teil seiner Arbeit bestätigt. Hütters Dissertation war nicht nur technisch herausragend, sondern vor allem überaus praktikabel: Jetzt konnte ein Windrotor mit nur 20 Gleichungen und einem Auslegungsfahrplan Hütter nannte ihn selbst oft Kochrezept zuverlässig für die maximale Leistung ausgelegt werden. Dabei flossen der Standort und die dort herrschenden Windverhältnisse, die Bauweise der Rotorblätter, Turmhöhe und Turmart und das Getriebe immer in die Berechnungen ein. KEINE SERIENFERTIGUNG. Ulrich Hütter hatte bei der Ventimotor GmbH in VERBINDUNG VON FLÜGEL UND NABE. Erstmals behandelte Hütter in seiner Dissertation auch ein Problem, das heute noch so brisant wie damals ist: Es handelt sich um den Konflikt zwischen Aerodynamik, Statik und Dynamik. Mit anderen Worten, um die beste Bauweise eines Flügels im Nabenbereich. Hütter schilderte die Problemstellung so: nur wenigen Jahren eine Theorie geschaffen, die zur Grundlage aller modernen Windturbinen wurde. Ähnlich wie bei Hermann Honnefs phantastischen Projekten stand auch hinter der Tätigkeit der Ventimotor der Wunsch nach autarker Energieversorgung. Sie zielte im Unterschied zu Honnef aber vorrangig auf die dezentrale Elektrifizierung von landwirtschaftlichen Betrieben. Es kam nicht dazu. In seiner Geschichte der Windenergienutzung erläuterte Matthias Heymann, warum die an- Die Wurzel der einzelnen Blätter von Windrädern muß aus Festig- gestrebte Serienfertigung von Windkraftanlagen nicht realisiert wurde: keitsgründen fast immer mit ziemlich großer Bauhöhe ausgeführt werden. Es taucht hier, wie auch im Flugzeugbau, nun die Frage auf, ob es günstiger ist, diese große Bauhöhe mit Profilen großer prozentualer Seit 1943 musste die Ventimotor ihre Aktivitäten stark einschränken. Ihr leitender Konstrukteur Ulrich Hütter wurde 1943 eingezogen, in Erfurt kurz militärisch ausgebildet und schließlichfür andere kriegswichtige Aufgaben in der Luftfahrtforschungs- 54 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Dicke oder mit Profilen kleiner prozentualer Dicke, aber großer Tiefe zu erreichen." DICKERES PROFIL OHNE LEISTUNGSEINBUSSEN. Hütter fand heraus, dass ein dickeres Profil, bei konstanter Profiltiefe, sich nicht negativ auf die Leistung auswirkte und daher die bessere, stabilere Lösung darstellte. Daraus ergab sich ein für Windkraftanlagen von Hütter typischer Flaschenhals im Nabenanschlussbereich der Rotorblätter. anstalt Graf Zeppelin in Ruit bei Stuttgart eingesetzt. Der Gründer von Ventimotor, Walther Schieber, war bereits 1942 von [Rüstungsminister Albert] Speer ins Rüstungsministerium gerufen worden, um das Reichswaffenlieferungsamt aufzubauen." ABSCHIED VON DER WINDKRAFT. Ulrich Hütter wandte sich also nach 1943 von der Windkraft ab und arbeitete in der Luftfahrtforschungsanstalt Graf Zeppelin wieder als Luftfahrtingenieur. Bis zum Ende des Zweiten Weltkrieges war Ulrich Hütter mit dieser Aufgabe befasst. Erst nach dem Krieg konnte er sich wieder mit den Windkraftwerken beschäftigen und endlich auch eine relevante Anzahl von Anlagen in Einsatz bringen. 55 DIE REVOLUTION DER ROTOREN

29 Ein Auslegungsfahrplan und 20 Gleichungen Hütters Theorie zur freifahrenden Turbine" passt auf ein Blatt Papier. Diese elegante Arbeit revolutionierte die moderne Windkraftnutzung. Indices Integrationen Festlegungen 56 Formeln 57 DIE REVOLUTION DER ROTOREN Abkürzungen DIE REVOLUTION DER ROTOREN

30 ERINNERUNGEN VON DIPL.-ING. HEINER DÖRNER ÜBER DAS WESEN DER AUTORITÄT Einige Fotos aus Hütters Zeit an der Weimarer Ingenieurschule überraschen den heutigen Betrachter: Man findet Aufnahmen aus dem Hörsaal, auf denen Studenten Bierflaschen ansetzen, Fotos aus obskuren Räumen mit Studenten, die kerzenbeschienene Bierkrüge stemmen, oder Bilder von Studenten mit Sektkübeln auf den Köpfen. Wo bleibt da die Autorität?, 58 DIE REVOLUTION DER ROTOREN wird sich so mancher fragen. Vielleicht ist das aber auch das Geheimnis eines guten Hochschullehrers: Wer persönliches Interesse nicht nur vorgibt, sondern auch zeigt, wer Vertrauen und Vertrautheit herstellt, kann auch Leistung fordern und sogar schwierigste Themen mit seinen Studenten erfolgreich durcharbeiten.

31 FAST SO GUT WIE DIE NATUR ULRICH HÜTTERS BEITRAG ZUR GFK-FORSCHUNG Ingenieure finden, wie alle kreativen Menschen, in vielerlei Dingen Inspiration. Für Ulrich Hütter war besonders die Natur eine nie versiegende Quelle an Anregungen. Ihn faszinierte zum Beispiel, wie leicht, stabil und gleichzeitig tragfähig ein Getreidehalm ist. Noch nie haben Menschen ein Bauwerk errichtet, das über ein solch extremes Verhältnis von Grundfläche zu Höhe verfügt, bei so geringem Gewicht so schwere Lasten tragen kann und dabei auch noch so beweglich ist. Es musste Hütter reizen, diese Eigenschaften nachzuahmen. Ja, mehr noch sein ganzes Ingenieurleben wurde davon geprägt, wie er manchmal erzählte: 61 Fasern aus dem Verbundwerkstoff umschlingen die Schrauben: Ulrich Hütters Schlaufenflansch Die Klammer, die alle Aspekte meines Berufslebens zusammenhält, ist der Leichtbau eine wahre Kunst." KOMPONIERTE WERKSTOFFE. Mit herkömmlichen Baustoffen gelangte der Leichtbau allerdings schnell an seine Grenzen. Doch es gab eine Alternative: Schon 1935 hatte AEG in Berlin ein Patent für einen neuartigen Werkstoff angemeldet. Er bestand aus feinsten Fasersträngen, die in eine so genannte Matrix- oder Trägermasse eingebettet wurden. Ein solcher technisch komponierter Faserverbundstoff auf englisch nennt man diese Stoffe composite war leicht, aber gleichzeitig von hoher FAST SO GUT WIE DIE NATUR

32 Festigkeit und Steifigkeit. Nach dem Zweiten Weltkrieg nahm die Entwicklungstätig- SCHLINGEN STATT BOHREN. Natürlich konnte man beide Teile einfach keit im Bereich glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFK) rasch zu, und Ulrich Hütter war einer von vielen Forschern, die sich damit befassten. durchbohren und zusammenschrauben. Das hätte allerdings zwangsläufig bedeutet, die Faserstruktur zu beschädigen. Hütter als Ästhet lehnte das aus Prinzip ab und versuchte statt dessen, auch zur Lösung dieses Problems die Natur nachzuahmen: Er DAS ERSTE GFK-GROSSBAUTEIL DER WELT. Schon 1955, damals als Mit- entwickelte einen Schlaufenflansch, bei dem Endlosfasern die Schauben oder andere arbeiter des Windkraftanlagenherstellers Allgaier in Uhingen, plante Hütter mit dem verbindende Elemente umschlangen ähnlich wie Holzfasern um Astlöcher herum- neuen Werkstoff. Er konstruierte sogar das erste Großbauteil der Welt aus GFK ein wachsen und sie so sicher im Verbund verankern. Durch den Schlaufenflansch wurde 17 Meter langes, als freitragendes Schalenbauteil entworfenes Rotorblatt. Eingesetzt die Kraftübertragung möglich, ohne dass die Fasern Schaden nahmen. Später entwi- wurde es auf der Windkraftanlage StGW 34, einer 100-kW-Versuchsmaschine. Hütter ckelte Hütter diese Idee für die Firma Voith in Heidenheim zu einem wusste ganz genau, warum er dieses Material wählte. Er hielt fest, dreidimensionalen Schlaufenanschluss weiter. 62 FAST SO GUT WIE DIE NATUR daß dieser neue Kunststoff, bei entsprechendem Aufbau (,komponierter Werkstoff`), Zug- und Biegefestigkeiten aufweist, welche denjenigen guter Stähle entsprechen, wobei dessen spezi sches Gewicht mit 2,4 nur knapp 31 % vom spezi schen Gewicht von Stahl erreicht. Der niedere E-Modul des glasfaserverstärkten Kunststoffes ist für Windradflügel ohne Belang, bzw. sogar nicht ungünstig, da bei Böenbelastungen jedes Ausweichen des Flügels unter Einwirkung von Biegebeanspruchung zu einer Entlastung des Flügels vermöge der wirkenden Fliehkräfte führt. HEFTIGE DISKUSSIONEN. Oder, laienhaft formuliert: GFK hatte die gleichen Vorteile wie Stahl, war aber wesentlich leichter. Außerdem war er biegsamer und wich deshalb starken Böen leichter aus, was wiederum den Rotor schonte. Die neuen Baustoffe hatten also große Vorzüge, sie warfen aber auch viele Fragen auf. So diskutierten die Wissenschaftler heftig, wie die Kraft am besten in ein Großbauteil eingeleitet werden könnte, wenn ein Stück aus Faserverbundstoff mit einem Metallbauteil zu verbinden war ein Problem, das zum Beispiel bei der Montage von Rotoren auf STARKE LASTENTRÄGER. Ulrich Hütter befasste sich an zwei Forschungsstätten mit dem neuen Werkstoff, allerdings setzte jedes Institut etwas andere Schwerpunkte. Um die Anwendung von GFK in so genannten Primärbauteilen das sind die hochbelasteten, tragenden Bauteile einer Konstruktion voranzutreiben, wurde 1959 am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) das Institut für Bauweisenund Konstruktionsforschung gegründet. Hütter war sein erster Direktor und erprobte mit seinem Team die Eigenschaften unterschiedlicher Matrix- und Fasermaterialien im Praxiseinsatz: vom kalthärtenden Laminierharz bis zur Keramik wurde eine Vielzahl an Trägerstoffen verwendet, Fasern aus Glas, Bor, Kohlenstoff und Keramik kamen zum Einsatz. GRUNDLAGENFORSCHUNG FÜR DIE PRAXIS. Unter Hütters Regie verarbeitete das Institut immer wieder neue Materialien mit neuartigen und kostengünstigen Fertigungsverfahren zu innovativ konzipierten Bauteilen. Zu nennen wären etwa die bereits erwähnten Schlaufenanschlüsse für Windrotorblätter oder die GFK- Schlauchbauweise, die eigens für Flügel und Rumpf des Motorflugzeuges LFU 205 entwickelt wurde. 63 FAST SO GUT WIE DIE NATUR der Nabe schlagend wurde.

33 THEORIE DER GFK. Am Institut für Flugzeugbau der TH Stuttgart, wo 1952/53 sein Lehrauftrag aus den Jahren 1944/45 erneuert worden war, widmete sich Hütter eher den theoretischen Fragen rund um GFK. So erforschte er beispielsweise die Rissbildung von beschädigten Faserverbundgelegen, entwarf Versagenskörper, um die Grenzen der Belastbarkeit unterschiedlich aufgebauter Hütter plädierte dafür, mit Faserverbundstoffe zu testen, und plädierte dafür, mit Rissen zu leben" und sie Rissen zu leben : Schon bei der Fertigung und der in der Dimensionierung zu Verarbeitung der Endlosfasern, die ja nur eine Dicke berücksichtigen. von acht bis zehn Tausendstel Millimetern haben, sei das Reißen oder Brechen einzelner Fasern unvermeidlich. Jedes Bauteil enthalte also, noch vor seiner ersten Belastung, unzählige Mikrorisse, die bei der Dimen- sionierung von Wandstärken oder anderen Dicken berücksichtigt werden müssen. Flügel und Rumpf des MotorÀugzeuges LFU 205 wurden mit Schlauchbauweise aus GFK gefertigt. IDEAL FÜR FLUGZEUGBAU. Als Hauptanwendungsgebiet für GFK sah Hütter den Flugzeugbau. Deshalb erforschte er tragende Flugzeugteile, Luftschrauben und Hubschrauber-Rotorblätter aus diesem Werkstoff, befasste sich mit dem optimalen Schichtenaufbau der Bauteile und kehrte immer wieder zur Frage der bestmöglichen Krafteinleitung zurück. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse kamen wiederum der Arbeit am Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung zugute. 64 FAST SO GUT WIE DIE NATUR DIE FORSCHUNG GEHT WEITER. Anfang der 1970er-Jahre wandte sich Hütter wieder der erneut aufkommenden Windenergienutzung zu. Für ihn war das Gebiet der Faserverbundtechnologie damit zunächst abgeschlossen, obwohl er durchaus sah, dass noch einige, nicht nur akademische Probleme zu lösen waren. So beschäftigte ihn die Frage, wie die Festigkeit von Faserverbundstoffkörpern weiter verbessert werden könnte. Er schlug vor, die Einzelschichten in den Bauteilen miteinander zu vernähen. Diese dreidimensionale Verstärkung ist heute weltweit eines der wichtigsten Forschungsthemen auf dem Gebiet der Faserverbundwerkstoffe. Ulrich Hütter war also auch bei diesem Thema einmal mehr seiner Zeit voraus. 65 FAST SO GUT WIE DIE NATUR Hütter und sein Team am Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung.

34 ERINNERUNGEN VON DIPL.-ING. HEINER DÖRNER DRUCKBELASTUNG WER BASTELT MIT? Ulrich Hütter fand immer phantasievolle Lösungen, um das Verhalten von ZUGBELASTUNG Faserverbundstoffkörpern zu visualisieren. Er demonstrierte mit Modellen aus Peddigrohr, die wir wissenschaftliche Hilfskräfte für ihn bastelten, wie sich Faserlagen durch Druck, Zug, BIEGEBELASTUNG Torsion oder Innendruck verschieben. Auch ein anderes Modell ist mir noch gut in Erinnerung. Es zeigte, wie sich der Verbund aus Fasern und Matrix U T T FA O S W S G bei Schubbelastung verformt: Die Fasern bestanden aus Rundholzstäben, und die Matrix" war aus rotem Plastillin. TORSIONSBELASTUNG

35 DER INGENIEUR ALS KÜNSTLER MANUSKRIPTE UND SKIZZEN AUS ULRICH HÜTTERS HAND DER INGENIEUR ALS KÜNSTLER Ulrich Hütters Kreativität kannte keine Grenzen. Das zeigte sich auch in den schriftlichen Unterlagen, die er selbst erstellte. Sein Tafelbild gestaltete er farbig und übersichtlich hier seine Theorie zur Windenergie. Für seine Vorträge zeichnete Hütter Fahrpläne", in denen er die Reihenfolge der gezeigten Dias festhielt. DER INGENIEUR ALS KÜNSTLER

36 70 71 DE R INGEN IEU R AL S KÜN STLE R Ob er über Seilspanner (l.o.), Hydrauliksysteme (l.u., r.o.), Flug-Antriebsleistung (r.u.) oder Druckgasspeicher (nächste Seite) sprach: Hütters Manuskripte zu seinen Vorlesungen waren kleine bunte Kunstwerke und quollen über an Information. DE R INGEN IEU R AL S KÜN STLE R

37 DE R INGEN IEU R AL S KÜN STLE R Oben: Diese Skizze zur WEC 520 zeigt das von Hütter entwickelte, sehr dicke Profil mit Schwänzchen". Es ermöglichte den Übergang vom Kreisflansch zum aerodynamischen Profil im Nabenbereich des Rotorblatts. Unten: Hütters Entwurf zum Isotachen-Wellengelenk", einem Gleichlauf-Kardangelenkfür ein Großprojekt in Schweden. DE R INGEN IEU R AL S KÜN STLE R

38 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER KLEINE ANFÄNGE UND GROSSE PROJEKTE 74 Die Geschichte der Windkraftnutzung im 20. Jahrhundert wäre ohne Ulrich Hütter undenkbar. Wie kaum ein anderer deutscher Ingenieur hat er die Windkrafttechnik beflügelt. Nach dem Zweiten Weltkrieg halfen seine Windkraftanlagen mit, die Energieversorgung wieder in Gang zu bringen. Als die Windkraftnutzung in den 1970er- Jahren ihre Wiedergeburt erlebte, stand Ulrich Hütter erneut bereit, um die Entwicklung voranzutreiben. Sein Wissen und seine Erfahrung in Verbindung mit seinem unbändigen Forschergeist loteten die Grenzen des Machbaren immer wieder aufs Neue aus und erweiterten sie in bis dahin nie gekannte Bereiche. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER IDEEN ZUM EINFLÜGELROTOR. Betrachtet man die enormen Windparks, mit denen heute die Energieversorgung ganzer Länder revolutioniert wird, dann ist kaum vorstellbar, mit welch kleinen Anlagen die Geschichte der Windnutzung nach dem Zweiten Weltkrieg neu begann. Ulrich Hütter trug von Anfang an dazu bei: 1946 hatte er zu seinem früheren Arbeitgeber, dem Flugzeugbauer Schempp-Hirth in Kirchheim unter Teck, zurückgefunden. Dort beschäftigte er sich zunächst mit der Entwicklung eines Einflügelrotors, bei dem er seine Konstruktionsprinzipien extremer Leichtbau und hohe Schnellläufigkeit, wie er sagte, rücksichtslos und extrem" umzusetzen versuchte. Hütter 1986 bei der feierlichen Benennung des Windenergie-Testfeldes Ulrich Hütter auf der Schwäbischen Alb.

39 OFFENE BLATTSPITZE. Bei dieser Anlage wurden das bei der Rotation entstehende Druckgefälle und die daraus resultierende Strömung im Inneren eines hohlen Flügels zum Antrieb einer in der Nabe des Rotors untergebrachten Luftturbine genutzt. Das sechs Meter lange Rotorblatt selbst hatte eine jalousieartig offene Blattspitze. Der Rotor drehte sich in Lee-Position, also an der windabgewandten Seite des Turmes, von selbst in den Wind. SCHWACHER WIND UND VOLLE LEISTUNG. Die innenliegende Luftturbine war ähnlich wie ein Querstromgebläse zur Raumlüftung ausgebildet und trieb über eine kurze Welle direkt den als Gegengewicht des Einblattrotors ausgebildeten Generator mit 600 Watt Leistung an. Hütter wollte damit absichtlich eine Schwachwindanlage schaffen, die ständig volle Leistung lieferte. Doch er dachte schon damals auch an Großanlagen: Ein Einblattrotor mit 80 Metern Durchesser und 250 Kilowatt Leistung war in Planung. 76 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Ulrich Hütter mit seiner Einblattturbine. DYNAMISCHE PROBLEME. Die Idee eines Einflügelrotors wurde später von anderen Wissenschaftlern und Unternehmen immer wieder aufgegriffen wohl wissend, dass die früheren Untersuchungen und Ergebnisse keinen großen Erfolg dieses Anlagentyps versprachen. Denn die dynamischen Probleme, die eine rotierende Einblattmasse verursacht, sind beträchtlich: Die umlaufende resultierende Luftkraft kann nicht ausgeglichen werden und muss, auch bei elastisch Einflügelrotoren sparten aufgehängter Nabe, vollständig über die Aufhängung kaum Materialkosten. abgeleitet werden. Mit anderen Worten, die Anlagenstruktur muss die Kraft aufnehmen, und das wirkt sich negativ auf ihre Lebensdauer aus. Auch in Kostenhinsicht ist der Einflügelrotor keinesfalls günstiger als die üblichen Zwei- oder Dreiblattanlagen mit horizontaler Achse. Es wird zwar immer argumentiert, man spare die Kosten für das zweite oder dritte Rotorblatt. Doch zumindest ein dem Flügel gegenüber montiertes Gewicht wird für das statische Auswuchten in jedem Fall benötigt. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER 77

40 DIE WE 10 WELTWEIT IM EINSATZ EINE DURCHGANGSSTATION. Die Richtfunkstelle Schöneberg war ursprüng- lich nur als eingleisige Durchgangsstation für das Fernsehen geplant. Der Leistungs- Die erste Windkraftanlage, die Hütter nach dem Krieg in großer Stückzahl in den bedarf an Wechselstrom betrug damals insgesamt Watt, bei einer durchschnitt- Einsatz brachte, war die WE 10. Sie hatte eine Generator-Nennleistung von sechs lichen Betriebszeit von etwa sieben Stunden pro Tag. Zusätzlich mussten ein Mehr- Kilowatt und war die deutschlandweit erste Windenergieanlage mit aerodynamisch bedarf für die Störungssuche und der Wirkfaktor sowie alle Verluste einkalkuliert optimierten Blättern. Hütter entwickelte das Modell 1947 ursprünglich für den Besitzer werden. Alles in allem ergab das einen Bedarf von 26 Kilowattstunden Gleichstrom- einer Hühnerfarm. Erwin Allgaier, Inhaber der Allgaier Werke, erkannte die Chance energie pro Tag. und wollte mit dem Gerät in Serie gehen. Schon Anfang 1950 legte er eine Nullserie Rund 200 Exemplare der WE 10 wurden in die ganze Welt verschiiit. von 25 Anlagen für Südafrika auf, ein Jahr später lieferten die Allgaier Werke nach Südwestafrika, Abessinien und Argentinien. DER BEDARF IST GEDECKT. Um einen Tagesmittelwert von etwa 40 Kilowattstunden zu garantieren, vor allem aber aus Gründen der Betriebssicherheit, wurden zwei Allgaier WE 10 aufgestellt. Zum Speichern der Energie diente eine Bleiakku- Aber auch in Deutschland waren die Anlagen gefragt. Bis zum Auslaufen der Produktion wurde die WE 10 rund 200-mal in die ganze Welt verschifft. Sie versorgte Bauernhöfe, Gaststätten und sogar eine mulatoren-batterie. Bei dem vorausgesetzten Energiebedarf von 26 Kilowattstunden für die täglichen sieben Betriebsstunden reichte die Zwei WE-10-Anlage speisten eine Bleiakkumulatoren-Batterie. Ölplattform mit sauberer Energie. Energie einer vollen Batterie ca. 1,8 Tage. Alle damaligen Dezimeter-Richtfunkstellen waren allerdings auch standardmäßig mit einem LEICHTBAU LOHNT SICH. Neben dem aerodynamisch geschulten Flugzeug- Dieselaggregat mit 24 Kilowatt Leistung als Ersatzanlage ausgestattet. Im Winter konstrukteur war im Entwurf zur WE 10 auch der passionierte Leichtbauingenieur kamen dafür noch einmal 24 Kilowattstunden Strombedarf pro Tag dazu, um das Hütter erkennbar: Jedes Bauteil der Anlage wog nicht mehr als 50 bis 80 Kilogramm, Diesel-Kühlwasser auf einer günstigen Starttemperatur zu halten. Die erforderlichen 50 so dass es bequem von zwei Männern transportiert werden konnte. So war selbst in Kilowattstunden pro Tag konnten an den meisten Tagen durch Windkraft allein erzeugt 78 entlegenen Gegenden, auf Bergspitzen oder in ärmeren Ländern die Montage möglich. werden. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Das war allerdings auch der Grund, warum die WE 10 wieder vom Markt verschwand: Die Service- und Reparaturarbeiten an unterschiedlichsten Enden der Welt waren für die Allgaier Werke nicht rentabel. WINDSTROM FÜR DIE BUNDESPOST. Auch die öffentliche Hand nutzte die WE 10, und zwar sehr erfolgreich: Die Deutsche Bundespost ließ für die Stromversorgung der Relaisstation Schöneberg auf der Fernseh-Richtfunkstrecke von Frankfurt nach Köln 1954 zwei WE-10-Anlagen aufstellen und betrieb sie dort drei Jahre lang. Die Stromversorgung dieses Standortes aus dem Überlandnetz hätte damals wegen der großen Entfernung bis zur nächsten Hochspannungsleitung weit überdurchschnittliche Kosten verursacht. Gleichzeitig herrschte an dem Standort eine mittlere DEUTLICHER AUSBAU. Durch den Ausbau der Richtfunkstelle mit vier neuen Gestellen mit 1,3 Kilowatt Dauerleistung erhöhte sich der Energiebedarf um 48 Kilowattstunden täglich. Außerdem verlängerte sich die tägliche Betriebszeit von sieben auf zehn Stunden, und kurz darauf wurden nochmals zwei neue Gestelle mit einer Leistung von 1,2 Kilowatt installiert. Für einen derart hohen Energiebedarf waren aber weder die Windkraftanlagen noch die Kapazität der Batterie bemessen, so dass im Laufe der Zeit ein immer größerer Teil der Energie vom Dieselaggregat erzeugt werden musste. Schließlich wurde die Relaisstation im Sommer 1956 doch noch und wie erwartet sehr kostspielig an das Überlandnetz angeschlossen. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Windgeschwindigkeit von 5,6 Metern pro Sekunde. Ideale Voraussetzungen also für einen kleinen Windpark aus zwei Anlagen. 79

41 Alles Alte, soweit es den Anspruch darauf verdient hat, sollen wir lieben; aber für das Neue sollen wir eigentlich leben. THEODOR FONTANE, SCHRIFTSTELLER DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Links die wasserpumpende, vielàügelige amerikanische Windkraftanlage vom Typ Western Mill", rechts die stromerzeugende WE 10. Aufnahme aus den 1950er-Jahren, Ort unbekannt. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER

42 POSITIVER ABSCHLUSS. Das Fernmeldetechnische Zentralamt Darmstadt schrieb in seinem Abschlussbericht zu dem dreijährigen Versuch, daß das Ergebnis (..) durchaus positiv zu bewerten ist, und daß die Stromversorgung von Richtfunkstellen auf Windkraftbasis stets dort den Vorteil bietet, wo der Anschluß an ein Überlandnetz übermäßig hohe Kosten verursacht und zugleich eine hohe Häufigkeit günstiger Windstärken zu verzeichnen sind". WINDKRAFT ENTWÄSSERT GELÄNDE. Noch ein weiterer kleiner Windpark" wurde in den 1950er-Jahren betrieben: In der Nähe von Meppen im Emsland errichteten die Allgaier Werke für die Pumpstation Neundorfer Hammrich acht WE- 10-Anlagen. Sie arbeiteten gleichzeitig für eine 36-kW-Wasserpumpe, die das unter Normalnull liegende Gelände ständig abpumpte und damit trocken hielt. WE 10 TECHNISCHE DATEN Raddurchmesser: Bestrichene Fläche: Fläche eines Flügelblattes: 10 m 78 m2 1,32 m2 Bester Leistungsbeiwert: 0,47 Auslege-Schnelllaufzahl: 8 Turm-Achshöhe: Generator-Nennleistung: Anlauf der Anlage bei: Volllast der Anlage bei: Windrad-Nenndrehzahl: 9,89 m 6 kw ca. 2,5 m/s ca. 9,0 m/s 86 U/min Generator-Nenndrehzahl: U/min DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER 82 UNABHÄNGIG VON ENERGIEVERSORGERN. Die Landwirte, die die Pumpstation betrieben, setzten damit ein deutliches Zeichen. Ihr zuständiger Energieversorger hatte den Strompreis quasi über Nacht massiv erhöht. Sie wollten dieses Vorgehen nicht hinnehmen und machten sich mit den acht Windkraftanlagen unabhängig. Das Projekt war so erfolgreich, dass der Energieversorger einlenkte und schließlich einen Preis für den Strom bot, den man nicht ablehnen konnte. Dies war auch der Grund, warum die WE 10 trotz ihrer zuverlässigen Leistung am Ende wieder abgebaut wurden. Querschnitt durch den Maschinenkopf der WE DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER

43 DIE STGW 34 DIE MUTTER ALLER ANLAGEN a Rohrturm Logische Konsequenz aus den Erfahrungen mit der Allgaier-Kleinanlage WE 10 war b GFK-Flügel die Entwicklung der StGW-34-Maschine, die mittlerweile als Urmodell moderner c Lenkerstern und Pendelnabe Windenergieanlagen gilt. Hütter nutzte dafür nicht nur seinen reichen Wissensschatz d Hauptwelle mit Blattverstellhydraulik aus Weimar, sondern auch Ideen aus einem Vorprojekt von 1947: Damals bat ein e Dreistufiges Voith-Stirnradgetriebe Unternehmer in der Gemeinde Salach Hütter um einen Entwurf für eine 100-kW- f Keilriementrieb Windkraftversuchsanlage. g AEG-Synchrongenerator h Richtungsstellmotor i EIN VIELVERSPRECHENDES MODELL. Zuvor musste für das Landwirtschafts- Richtungsstellgetriebe amt, Abteilung Energie, in Stuttgart der ungefähre Materialbedarf und der später zu k Maschinenträger und Hydraulikölbehälter erwartende Energieertrag ermittelt werden schließlich herrschte zu der Zeit strenge l Zugang zum Schleifringkörper Materialbewirtschaftung. Die Untersuchung ergab, dass mit der Anlage ein Energie- ertrag m Mastplattform Der erwartete Ertrag der Anlage machte den Bau rentabel. von ca Kilowattstunden zu erwarten war und dass für die Errichtung 19,5 Tonnen Stahl und etwa sieben Kubikmeter Holz benötigt wurden. Obwohl das Wirtschaftsministerium Württemberg- Baden daraufhin grünes Licht gab, blieb das Projekt jedoch aufgrund finanzieller Probleme nur ein Vorhaben auf dem Papier. 84 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER FÖRDERVEREIN FÜR WINDKRAFT. Im Jahr 1955 ließen die Firma Allgaier und ihr Projektleiter Hütter die Idee einer 100-kW-Anlage nach dem Muster der Anlage für Salach wieder aufleben. Mittlerweile hatte sich ein Verein zur Förderung der Windkraft gegründet, die Studiengesellschaft Windkraft e. V. Stuttgart (StGW). Mit Beteiligung der öffentlichen Hand, von Elektrizitätswerken und der Elektro- und Maschinenbauindustrie finanzierte der Verein Forschungsarbeiten zur Windenergienutzung. Außerdem schuf die StGW ein Windkraft-Testfeld in Schnittlingen auf der Schwäbischen Alb. VIELE UNTERSTÜTZER. Wie bedeutsam das Projekt StGW 34 für die deutsche Nachkriegswirtschaft war, zeigt die lange Liste der Institutionen und Unternehmen, die es auf Initiative der StGW unterstützten: Neben den Ländern Baden-Württemberg und Niedersachsen, dem Bundeswirtschaftsministerium und der Deutschen Forschungsgemeinschaft waren unter anderem AEG, Voith, Escher-Wyss, Mannesmann- Schlank, schnell, leistungsfähig: Hütters Entwurf zur Versuchsanlage StGW 34 der Studiengesellschaft Windkraft. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER 85 Rohrbau, Siegener AG sowie diverse Stadtwerke und Energieversorger mit im Boot.

44 HERVORRAGENDES LEISTUNGSGEWICHT. Die StGW 34 hatte einen Rotordurchmesser von 34 Metern. Die beiden 17 Meter langen Flügel wurden, als erste Großbauteile überhaupt, aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Auch bei dieser Entwicklung setzte Hütter die Leichtbauweise konsequent um: Die Maschine hatte schon damals ein Leistungsgewicht von nur 130 Kilogramm pro installiertem Kilowatt Leistung ein Wert, der heute auch von den besten Maschinen nur knapp erreicht wird. CHRONIK EINES VERSUCHES. Die ausgefeilte Konstruktion und die Fertigung der innovativen Bauteile nahmen einige Zeit in Anspruch, zumal Hütter auch mit der WE 10 beschäftigt war. Doch am 4. September 1957 drehte sich die StGW 34 zum ersten Mal im Wind die Chronik verzeichnete Windgeschwindigkeiten von zwei bis vier Metern pro Sekunde. Etwa drei Wochen später lief die Anlage durchgehend, also auch nachts, mit Leerlaufdrehzahl, ohne dass eine Überwachung nötig gewesen wäre. DER TURMKOPF DREHT SICH. Die Windrichtungseinstellung des Turmkopfes erwies sich als zuverlässig: Das kontaktgebende Windfähnchen reagierte, sobald der Wind um mehr als acht Grad von der Achsrichtung des Turmkopfes Die Anlage ging mit unterschiedlichen abwich. Im Dezember wurde die Anlage schließlich erstmals von Hand zum Netz parallel geschaltet. Leistungsstufen ans Netz. Sie lief 15 Minuten am Netz, der Zuschaltvorgang 86 wurde danach mehrmals wiederholt. Am nächsten DE R WIND PAPST UL RI CH HÜTTE R Tag wurde die Anlage mit den Leistungsstufen 20 Kilowatt, 40 Kilowatt, 60 Kilowatt und 100 Kilowatt betrieben, die Regelung erfolgte von Hand durch Eingriffe ins mechanische Steuergestänge. DIE ERSTEN SCHWIERIGKEITEN. In der Nacht von 8. auf 9. Januar 1958 kam es zu einem dramatischen Zwischenfall: An der Aufhängung der Hauptwelle brach das untere Anschlussauge der (in Windrichtung gesehen) rechten Federstrebe. Ein Gussteil mit großer Lunker-Fehlstelle versagte, die Hauptwelle sank ab und die Flügel schlugen vier Stunden lang mit Geschwindigkeiten von acht bis elf Metern pro Sekunde das entspricht 30 bis 40 Kilometern pro Stunde in die Abspannstangen. Die Folgen waren erschütternd: Die innovativen Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zerfaserten bis zum halben Blattradius. ES WIRD NACHJUSTIERT. Doch man ließ sich davon nicht entmutigen. Die Rotorblätter wurden repariert und wieder montiert, die Hauptwelle erhielt eine neue, starre Abstützung. Nach der Winterpause begann im Mai 1959 ein neuerlicher, intensiver Dauerbetrieb der Anlage, der bis Mitte Dezember problemlos verlief. Dann legte ein Windungsschluss im Generator die Anlage lahm. Erst im August 1960 war sie wieder betriebsbereit, und nachdem die Rotorblätter im Wurzelbereich durch Diagonalbewicklung mit Roving-Bändern verstärkt worden waren, konnte sie im September 1961 im Dauerbetrieb am Netz gefahren werden. NICHT ERKANNTE VORSCHÄDIGUNG. Am 7. Oktober 1961 traten erneut Schwierigkeiten auf: Bei schwachem Wind warf die Anlage einen ihrer beiden Flügel ab. Er flog 40 Meter weit und berührte mit der Spitze zuerst den Boden. Als aktuelle Unfallursache wurde eine nicht erkannte Vorschädigung des Blattes im Wurzelbereich durch den Unfall in der Nacht zum 9. Januar 1958 angenommen. Erst Mitte November 1962 ging die Anlage wieder in Betrieb. Man unterzog sie nun einem umfangreichen Versuchsprogramm und widmete dabei besonders dem Regelungsverhalten große Aufmerksamkeit. DER VEREIN LÖST SICH AUF. Anfang Oktober 1964 löste sich die Studiengesellschaft Windkraft e.v. auf, weil das Interesse der Energiewirtschaft an der Windkraft völlig eingeschlafen war. Die Deutsche Forschungs- und Versuchs- anstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR) in Stuttgart Die Tests mit der StGW 34 übernahm den Versuchsbetrieb und führte ihn bis gingen weiter, doch das Interesse der Wirtschaft wandte 1967 weiter. Dann wollte auch die DFVLR die Pachtgebühren für das Testgelände in sich anderen Energieformen zu. Schnittlingen nicht mehr aufbringen. 87 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER

45 Hindernisse überwinden ist der Vollgenuß des Daseins." ARTHUR SCHOPENHAUER, PHILOSOPH DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Transport der 17 Meter langen Rotorflügel der StGW 34 zum Testfeld der Studiengesellschaft Windkraft.

46 DIE STGW 34 WIRD VERSCHROTTET. Die Abbruchkosten konnten gerade noch vom Schrottwert des Turmes getragen werden, ebenso wie die Kosten für die Beseitigung des Fundaments bis in pflügbare Tiefe interessierte sich die Es existiert noch ein Filmstreifen, der zeigt, wie mit NASA für die StGW 34 und dem Schneidbrenner die Abspannstangen durchtrennt werden und die Anlage in den Dreck wollte sie f r Studienzwecke in die USA geworfen wird. Nur ein Rotorflügel wurde gerettet fragte die NASA bei Hütter am Institut für Flugzeugbau an: Man wolle die StGW 34 nach Amerika holen, zu Studienzwecken. Doch es war zu spät. DAS INTERESSE ERLAHMT. Mit dem Abbruch der StGW-34-Anlage endete vorläufig die Erforschung der Windkraftnutzung in Deutschland. Diese Entwicklung spiegelte einen internationalen Trend: Auch in Großbritannien, Frankreich, Dänemark und den USA hatten die Erfahrungen aus der Entwicklungs- und Versuchstätigkeit den ursprünglichen Enthusiasmus deutlich gebremst. Die Windkraftnutzung hatte sich als aufwändiger und schwieriger erwiesen als erwartet. Dazu kam der Aufschwung anderer Energieträger: Die Preise für Importkohle und Erdöl sanken deutlich, die Energieversorgung wurde weniger prekär, und viele Forschungs- und Fördermittel flossen in die neue Hoffnungstechnologie Atomkraft DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER STGW 34 TECHNISCHE DATEN Nennleistung: Rotordurchmesser: Turmhöhe: Maximale Drehzahl: 42 U/min 100 kw 34 m 24,2 m Schnelllaufzahl: 6,7 22 Die Nabe der StGW 34 befand sich in 22 Metern Höhe. Wartungsmonteure mussten außen am Turm hochsteigen. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER

47 ERINNERUNGEN VON DIPL.-ING. HEINER DÖRNER KUNST AM BAU Nach dem traurigen Ende der StGW 34 wurde nur ein Rotorflügel gerettet, der lange Zeit im Freien vor sich hin gammelte. Ich habe zwei Jahre lang mit der Universitätsverwaltung und den Landesbehörden gekämpft, um die Genehmigung und das Geld für ein Flügelmonument zu erhalten. Schließlich hatte ich Erfolg und konnte mit Hilfe eines kleinen Tricks die 92 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Aufstellung des Flügels erreichen: 1981 wurde das 17 Meter lange Rotorblatt zur nachträglichen Feier des 70. Geburtstags von Hütter wieder enthüllt. Seither steht dieses hochtechnische Produkt auf dem Vaihinger Universitätsgelände als Beitrag zur Kunst am Bau.

48 DIE GROSSE WINDENERGIEANLAGE GROWIAN Erst im Zuge der Energiekrise der 1970er-Jahre kehrte die Windkraft auf die politische Agenda zurück wurde Ulrich Hütter ins deutsche Forschungs- und Technologieministerium in Bonn eingeladen. Die Behörde hatte ihr Interesse an Windkraft wiederentdeckt, und die erste Frage, die Hütter in der Unterredung gestellt wurde, lautete: Wieviel Strom kann mit Windkraft erzeugt werden? EIN ENERGIEDÜNNES MEDIUM. Diese einfache Frage führte zum grundsätzlichen Problem der Windenergienutzung. Die Windkraft wird aus einem energiedünnen Medium entnommen. Das bedeutet, Man braucht große Flächen, große dass man große Flächen, große Anlagen oder Anlagen oder viele kleine Anlagen, viele kleine Anlagen braucht, um wirtschaftlich relevante Leistungen zu erzielen. Konkret um große Leistungen zu erzielen. muss mit einer Anlage eine große Fläche aus der natürlichen Windströmung herausgeschnitten" oder beeinflusst werden. Das ist nur mit großen Rotordurchmessern möglich. 94 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER DER SCHRITT ZUM 100-METER-ROTOR. Hütter führte damals im Ministerium aus, dass er Erfahrung mit einer 100-kW-Anlage aus den 1950er-Jahren habe, die stolze 34 Meter Durchmesser hatte die StGW 34. Wenn nun die Lieferung von Megawatt-Leistungen gewünscht werde, müsse man Anlagen mit mindestens 100 Metern Durchmesser errichten. Besser wären jedoch Anlagen mit einem Hektar Fläche im Wind, also mit 112,8 Metern Durchmesser. Mit dem Know-how der StGW 34 der Vorzeigeanlage der ehemaligen Studiengesellschaft für Windkraft könnte man jedoch getrost den Schritt zu einer 100-m-Anlage wagen. Je nachdem, wo sie aufgestellt würde, könnte man zwei bis drei Megawatt installierter Leistung erzielen. 95 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Die Growian an ihrem Standort nahe Marne in Schleswig-Holstein.

49 DAS PROJEKT BEGEISTERT. Diese gewaltige Vergrößerung des Rotordurch- könnte es zu Steifigkeitssprüngen kommen, die die Dauerfestigkeit beeinträchtigen messers wurde von der Presse nicht nur freudig, sondern geradezu begeistert aufge- und die Lebensdauer der Bauteile verkürzen. griffen. Wie sich später herausstellen sollte, war man damit jedoch in einen technischen Grenzbereich geraten. Hütter selbst sah das nicht so, vertrat er doch stets die GRAVIERENDE ÄNDERUNGEN. Die geänderte Bauweise der Rotorflügel Ansicht, ein Schritt ins Neuland könne nie groß genug sein, sondern müsse nur von unbändiger Phantasie und bestem Können getragen werden. machte eine Vielzahl von weiteren Anpassungen am Konzept der Growian nötig Ende November 1980 waren es 20 an der Zahl. Eine so umfassende Über- arbeitung des Maschinenkonzepts hätte eigentlich eine vollständige Neukonstruk- tion nach sich DER AUFTRAG WIRD ERTEILT. Nach einigen vorbereitenden Studien und Expertenanhörungen jedenfalls erteilte das Forschungs- und Technologieministerium 1977 dem Fahrzeug- und Maschinenbauunternehmen MAN in München den Auftrag, anhand von Hütters Entwürfen baureife Unterlagen für eine große Windenergieanlage kurz: Growian zu erarbeiten. Gefordert waren konkret drei Megawatt Leistung, 100 Meter Rotordurchmesser, 100 Meter Höhe, ein Zweiblattrotor mit Pendelnabe und Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff. ziehen müssen. Doch auch davon wurde Schließlich wurde der Turm abgesehen. Statt dessen wurden die Rotorauf 80 Meter Höhe verkür zt, blattlager wie erwähnt verstärkt und verändert, um das Schwingungsverhalten ebenso die tragende Konstruktion von Nabe und in den Griff zu bekommen. Maschinenhaus, Turm und Fundament. Der Querschnitt der Abspannseile wurde vergrößert, in Turm und Maschinenhaus wurden Schwingungstilger und Dämpfersysteme montiert, um das deutlich kritischere Schwingungsverhalten zu bewältigen. Im Endeffekt hatte STAHL UND GFK. Es muss Spekulation bleiben, wie das Growian-Projekt verlaufen wäre, hätte man nun Hütters Entwurf eins zu eins umgesetzt. Sein Konzept beinhaltete unter anderem, den Rotor in Composite-Bauweise herzustellen und die sich allein das Gewicht des Maschinenhauses um 55 Prozent auf 375 Tonnen erhöht beantragte MAN schließlich die Verkürzung des Turmes um fast 20 Meter, weil sich dadurch die Schwierigkeiten mit großen Massen in 100 Metern Höhe und die 96 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER gesamte Anlage in Leichtbauweise zu errichten. Doch das Nur die äußere Hülle wurde nicht gewagt. Man schreckte davor zurück, ein 50 des RotorÀügels wurde Meter langes Rotorblatt vollständig aus Faserverbundstoff aus GFK gefertigt. zu bauen. Statt dessen bestanden die Rotorflügel der Growian aus einem abgekanteten Sechskant- Stahlinnenholm, der sich zum Flügel- ende hin verjüngte. Die äußere Hülle, die dem Rotorblatt seine aerodynamische Form verlieh, wurde aus einer dünnen GFK-Schale gebildet. Das führte zu Problemen an den Verbindungsstellen dieser beiden Bauelemente und ebenso im Wurzelbereich der Rotorblätter in der Schweißkonstruktion. KEINE ERFAHRUNGEN. Zwar hatte niemand Erfahrungen mit einem 50 Meter langen Rotorflügel, egal ob in herkömmlicher oder moderner Bauweise. Hütter hatte aber immer darauf hingewiesen, dass der Übergang von einer metallischen Struktur zu einer Faserverbundstruktur äußerst sorgfältig konstruiert werden muss. Sonst Schwingungs- probleme entschärfen lassen würden. SKEPSIS DER BETREIBER. Neben den technischen Herausforderungen standen auch die energiepolitischen Rahmenbedingungen einer erfolgreichen Durchführung des Growian-Projektes im Wege. Die Energiewirtschaft war damals gegenüber der Windkraftnutzung mehr als skeptisch. Sie ließ sich nur langsam und mit Vorbehalten auf eine Unterstützung des Projektes ein. Auch von politischer Seite wurden Zweifel an den prognostizierten Ergebnissen geäußert zitierte die Zeitung Die Welt ein Vorstandmitglied der RWE mit den Worten: Wir brauchen Growian, um zu beweisen, daß es nicht geht. Das Scheitern des Growian-Projektes solle die Kernkraftgegner zum wahren Glauben bekehren. Ein früherer Forschungsminister sagte: Wir wissen, daß es uns nichts bringt. Aber wir machen es, um den Befürwortern der Windenergie zu beweisen, daß es nicht geht. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER 97

50 DIE GRÖSSTE JE ERRICHTETE WINDKRAFTANLAGE. Obwohl also das DIE WEC 520 Scheitern zumindest in Kauf genommen wurde, schritt die Errichtung der Growian im Kaiser-Wilhelm-Koog, einer der windreichsten Gemeinden an der Nordseeküste, Ulrich Hütter hatte zur Growian nur den Entwurf beigesteuert. Während der Umset- voran. Am 10. Februar 1983 war die Montage nach 38 Monaten Bauzeit abgeschlos- zung der damals größten Windturbine der Welt befasste er sich bereits zusammen mit sen etwa ein Jahr später als ursprünglich geplant. Matthias Heymann schilderte in der Firma Voith in Heidenheim mit einer mittelgroßen Anlage von immerhin 52 seiner Geschichte der Windenergienutzung die enormen Dimensionen der Anlage: Metern Durchmesser. Growian war die weltweit größte je errichtete Windkraftanlage. 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. IM AERODYNAMISCHEN GRENZBEREICH. Diese Anlage mit der Bezeichnung WEC 520 wurde so weit optimiert, dass man damit in einen strukturellen Grenzbereich vorstieß: Die Voith-Anlage erkundete die Grenzen des technisch Möglichen in Punkto Der Generator befand Gewichtsreduktion, Schnellläufigkeit und sich im Fuß des Turmes. Leistungsoptimierung. Der Generator wurde beispielsweise nicht im Maschinenkopf, sondern am Boden platziert und über eine Welle im DAS ENDE DER GROWIAN. Nach der Errichtung sollte die Anlage in Betrieb genommen, von MAN an die Betreiber übergeben und im Testbetrieb gefahren wer- Turm angetrieben. Diese Lösung war zwar aufwändig, senkte aber das Gewicht des Turmkopfes deutlich und vereinfachte außerdem die Wartung. 98 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER den. Doch zu einer geordneten Übergabe kam es nicht mehr die Probleme waren zu groß und zu häufig: Von der ersten Rotordrehung am 6. Juli 1983 bis zur Einstellung des Betriebes Ende August 1987 stand die Growian 99 Prozent der Zeit still. Im Sommer 1988 wurde die Anlage schließlich abgerissen. Ein ambitioniertes Prestigeprojekt galt als gescheitert. GROWIAN TECHNISCHE DATEN Höhe: 100 m Durchmesser: 100,4 m Nennleistung bei Nenngeschwindigkeit: kw Nenngeschwindigkeit Nabenhöhe: 11,2 m/s Spezifische Flächenleistung: 380 W/m 2 Nenndrehzahl: 18,5 U/min Blattspitzengeschwindigkeit: 100 m/s (340 km/h) Leistungsbeiwert der Anlage: 0,42 Maschinenhausmasse inkl. Rotor: 420 t NEUER WERKSTOFF FÜR ROTORBLÄTTER. Um möglichst hohe Leistung zu erzielen, wurde die Schnelllaufzahl der WEC 520 immer weiter gesteigert, das heißt, die Rotorblätter drehten sich mit einem immer größeren Vielfachen der Windgeschwindigkeit, bis in den zweistelligen Bereich hinein. Nur mit einer neu entwickelten Glasfaser-Kohlenfaser-Verbundbauweise konnten überhaupt geeignete Rotorblätter gebaut werden. Die Spitzen der Blätter sollten unter Umständen mit Geschwindigkeiten von mehr als 100 Metern pro Sekunde rotieren. Aus aerodynamischen Gründen ähnelten die Rotorblätter daher schmalen Holzlatten. Sie reagierten im Betrieb fast wie Peitschenschnüre und verformten sich auch entsprechend. EXTREME VERFORMUNGEN. Die sehr geringe Flächenbelastung von nur 125 Watt pro Quadratmeter ermöglichte einen leichten Die Blattspitzen wurden bis zu Anlauf und hohe Benutzungsdauern. Doch die zwei Meter weit abgelenkt. Auslenkung der Rotorblätter im Betrieb oder das Verbiegen der Rotorblätter betrug an der Flügelspitze bis zu zwei Meter. Schon bei der Inbetriebnahme der Anlage kam es zu DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER 99 Schäden an den Flügeln auf-

51 grund von Werkstoffversagen durch Drillknicken. Die Ingenieure von Voith führten die Knickbewegung auf eine zu hohe Geschwindigkeit der Blattwinkelverstellung beim Herunterfahren der Anlage zurück. Aber auch eine langsamere Blattwinkelverstellung konnte das Problem nicht lösen die Rotorblätter wahren wohl einfach zu leicht und zu schmal. SCHWANKENDE GENERATORLEISTUNG. Das wirkte sich auch auf die Generatorleistung aus, die aufgrund der sich verformenden Rotoren stark schwankte. Auch die präzise Regelung der Maschine erwies sich als äußerst schwierig. Die Messpunkte, mit denen Leistungskurven erhoben werden sollten, waren so weit gestreut, dass Mit dem Kappen der Rotorblätter war dem aerodynamischen Konzept die Grundlage entzogen. überhaupt kein Kurvenverlauf erkennbar war. Schließlich kappte man die Blätter um jeweils 5,5 Meter auf einen Rotordurchmesser von 41 Metern. Damit war dem aerodynamischen Konzept allerdings der Boden entzogen und die WEC 520, wie der Technikhistoriker Matthias Heymann schrieb, zu einer Anlage mit der aerodynamischen Qualität einer guten Windmühle geworden. 100 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Die WEC 520 erkundete die Grenzen der Leichtbauweise. WEC 520 TECHNISCHE DATEN Rotordurchmesser: 52 m Turmhöhe: 30 m Nennleistung: 316 kw Schnelllaufzahl: 12 Flächenbelastung: 125 W/m 2 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER 101

52 102 Ulrich Hütter gab die Details seiner Konstruktionen oft erst im letzten Moment bekannt. Er fürchtete, dass sie ihm sonst aus den Händen genommen würden. 103 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER DIPL.-ING. HEINER DÖRNER, ASSISTENT UND BIOGRAF VON DR. ULRICH HÜTTER Der Turmkopf der WEC 520 mit Rotorblattflansch, Kegelrad-Getriebekasten, Mastkorb und Turmflansch. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER

53 ULRICH HÜTTERS LEBENSWERK GIGANTISCHE ENTWÜRFE. Auch Riesenrotoren beschäftigten Ulrich Hütter weiter. So schlug er die Konstruktion eines 200 Meter hohen Turmes vor, an dem zwei In seinen letzten Jahren versuchte Hütter, seine bahnbrechende Theorie weiter aus- jeweils 125 Meter lange schlaffe Rotorblätter hingen. Der Rotor sollte mit Fremd- zubauen. Ihn beschäftigte vor allem der Bereich an den Rotorblattspitzen: Die Um- energie leicht in Drehung versetzt werden, danach öffneten Windkräfte und Fliehkräfte strömung der Rotorblattenden müsste eigentlich den Effekt haben, dass der Rotor, den Rotor wie einen Regenschirm. Sobald ein gewisser Öffnungswinkel erreicht war, bezogen auf seine geometrische Fläche, mehr Leistung und Energie aus der Wind- sollte der gesamte Rotor gekippt und senkrecht zum Wind gestellt werden mün- strömung entnimmt, als der Grenzwert laut einer Theorie des Physikers und Wind- dete dieser Entwurf in ein Patent, das allerdings nie umgesetzt wurde aus Kosten- kraftpioniers Albert Betz ausweist. gründen, und weil Hütter 1980 aus Landesdiensten ausschied und in Rente ging. EINE EINFACHE, RICHTIGE ABLEITUNG. Albert Betz hatte ohne Reibung DER EINZIG WAHRE WINDPAPST. Was bleibt also vom Lebenswerk Ulrich und ohne Drall in der Strömung, dementsprechend ohne induzierten Widerstand und Hütters? Die Antwort ist klar: Ulrich Hütter ist der Vater der aerodynamischen Wind- Hütter verfeinerte Albert Betz' Theorie. Randwirbel gerechnet. Das ist prinzipiell richtig: Wegen der langen Streckung der Rotorblätter spielt der induzierte Widerstand keine große Rolle. Betz Theorie ist unter den getroffenen Annahmen eine klassisch schöne, einfache und turbine. Die als Schnellläufer mit horizontaler Achse ausgebildete Maschine, nach besten Erkenntnissen ausgelegt, unter Verwendung des Faserverbundmaterials für die Rotorblätter, Ulrich Hütter ist und bleibt der Vater der modernen Windturbine. richtige Ableitung. konstruiert und gebaut nach absoluten Leichtbaukriterien eine so ausgebildete und 104 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER DIE WIRBELSCHLEPPEN-THEORIE. Hütter sah dennoch genauer hin und legte 1977 seine Wirbelschleppen-Theorie der Flügelspitzen vor. Dabei ging er auf die verschiedenen Umströmungszustände eines Windrotors ein: schwache und starke Geschwindigkeitsabminderung, Real-Propellerzustand, Vortex-Zustand, Powered- Descent-Zustand. Diese Strömungszustände sind auch von durchströmten Hubschrauberrotoren bekannt. MEHR WINDKRAFTANLAGEN AUF GLEICHER FLÄCHE. Bei optimalem Leistungsbeiwert ermöglichen kleinere Abminderungsfaktoren, das heißt eine größere Strahlaufweitung, ein engeres Bauraster. Es können also mehr Anlagen auf gleicher Fläche errichtet werden. Eine große Strahlaufweitung fördert zudem durch noch besseren turbulenten Ausgleich energiereichere Luft aus großen Höhen über die Wirbel am Rotorblattende in den Rotorstrahl hinein. Hütter prognostizierte auf Basis dieser Theorie einen Leistungszuwachs von vier bis 14 Prozent gegenüber dem von Betz errechneten Wert und trug diese Ergebnisse bei einer Windenergietagung in Bremen 1978 vor. Verstanden wurde er damals auch von den Fachleuten nicht. Heute verwirklichte Anlage war Hütters Idee. Das ist und bleibt für immer sein Verdienst auf dem Gebiet der Windenergienutzung. In seinen letzten Lebensjahren wurde Ulrich Hütter am Institut, und nicht nur dort, Windpapst genannt. Und in der Menschheitsgeschichte gab und gibt es normalerweise nur einen, und zwar den wahren Papst. DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER 105 bestätigen neueste Untersuchungen Hütters Prognosen.

54 ERINNERUNGEN VON DIPL.-ING. HEINER DÖRNER EIN FUNKENSPRÜHENDER GEIST Lange nachdem Ulrich Hütter das Institut verlassen hatte, machte ich mich daran, seine Theorien aufzuarbeiten und mit sämtlichen, nie so richtig geäußerten Annahmen, Vereinfachungen und Festlegungen zusammenzustellen. Mehr als einmal musste ich ihn dann zu einer Privataudienz aufsuchen, um herauszufinden, wie er denn von dem einen Schritt in seiner 106 DER WINDPAPST ULRICH HÜTTER Theorie letztlich zum nächsten gekommen sei. Erst beim eigenen Nachvollziehen wurde mir die volle Raffinesse dieser einfachen Theorie klar, da Hütter auch diverse mathematische Tricks angewandt hatte, ganz nach dem Motto mancher Kurz-Lehrbücher: Nach einiger Rechnung erhält man wurde Hütter mit dem Aachener und Münchener Preis für Technik und angewandte Naturwissenschaften für sein Lebenswerk geehrt.

55 WAS MICH MIT ULRICH HÜTTER VERBINDET Schon früh befasste sich Willi Balz mit E-Mobilität. GEDANKEN VON DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ Sein ferngesteuertes Flugmodell auf diesem Bild aus dem Jahr 1978 wurde von einem Elektromotor Prof. Dr. Ulrich Hütter war mir in vielen Bereichen meines Lebens betrieben. Inspiration und Vorbild. Seit 1999 habe ich, so wie er, mein Berufs- Tal, Baden-Württemberg) von Hütters Wegbegleiter Eugen Hänle. leben der Windkraftnutzung gewidmet. Aber auch die Leidenschaft Zusammen mit Fliegerkameraden von der Fliegergruppe Wolf Hirth 108 WAS MICH MIT HÜTTER VERBINDET für das Entwickeln und Steuern von SegelÀugzeugen teile ich mit ihm. Bereits mit 15 Jahren habe ich mit selbst konstruierten und gebauten ferngesteuerten SegelÀugmodellen Wettbewerbe und Meisterschaften gewinnen können. Hierfür habe ich konsequent Glasfaser- und Kohlefaserbauweise eingesetzt. Mein erstes eigenes manntragendes Flugzeug habe ich in 1983 erworben. Es handelt sich um die berühmte Kestrel, gebaut in Schlattstall (Lenninger in Kirchheim unter Teck besitze ich sowohl eine GÖ 4 (Werknummer 409, Baujahr 1952 in Nabern) als auch die Original Klemm 35 (Werk- nummer 1916, Baujahr 1940 in Böblingen) von Wolf Hirth, welcher Ulrich Hütter bereits vor dem Krieg zur Firma Schempp- Hirth holte. Die Hütter/Hirth-Idee des Klapptriebwerks habe ich in 2010 erstmals für den völlig CO 2 -frei eigenstartfähigen Windreich Arcus E verwendet. WAS MICH MIT HÜTTER VERBINDET 109

56 TEIL 2 ULRICH HÜTTERS ERBE. WINDKRAFT- NUTZUNG HEUTE

57 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG DAS BEISPIELLOSE WACHSTUM DER WINDINDUSTRIE 112 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG Was einst mit den visionären Konstruktionen engagierter Forscher wie Ulrich Hütter begann, ist heute längst eine ganze Industrie: Die Windbranche hat sich im Rekordtempo entwickelt und wächst rasant weiter. Denn das Potenzial für Strom aus Windkraft ist noch lange nicht ausgeschöpft. Wo steht die Branche also derzeit, und welche Herausforderungen muss sie in den kommenden Jahren meistern? Wie ist ihre wirtschaftliche Bedeutung einzuschätzen, und welche Rolle wird sie bei der globalen Wende in Richtung Erneuerbare Energien spielen? Diese und weitere Fragen werden im vorliegenden Kapitel beantwortet. Klar ist jedenfalls schon jetzt: Die große Zeit der Windkraft, sie hat gerade erst begonnen. WINDKRAFTNUTZUNG WIRD GLOBAL. Die Nachfrage nach Windkraftanlagen boomt weltweit. In Nordamerika und Asien dort vor allem in China wächst die Branche besonders schnell. Die Zukunftsmärkte in Lateinamerika, Südostasien und Afrika werden schon vorbereitet, und in den europäischen Kernmärkten wie Deutschland und Spanien werden ständig neue Windkraftanlagen gebaut. Frankreich, Großbritannien sowie Mittel- und Osteuropa holen mit großer Geschwindigkeit auf. Die durchschnittliche Wachstumsrate der Branche lag, weltweit betrachtet, seit 2000 bei etwa 30 Prozent pro Jahr.

58 114 ENORME LEISTUNGSSTEIGERUNG. Gleichzeitig gelang es den Technikern und Ingenieuren in den letzten Jahren, die Energieausbeute der Windkraftanlagen enorm zu steigern und das Betriebsverhalten am Energieversorgungsnetz ständig zu optimieren. Die Nennleistung hat sich seit 1995 von 600 Kilowatt auf sechs Megawatt verzehnfacht, der Rotordurchmesser stieg von 46 Metern auf 126 Meter. Genau so wichtig ist, die Turbine dort zu positionieren, wo der Wind weht also in möglichst großer Höhe: Die Nabenhöhen von früher 40 bis 60 Metern sind mit den großen Rotordurchmessern auf heute 100 bis 120 Meter gestiegen. Die derzeit größte Onshore-Windkraftanlage wurde von der Fuhrländer AG im Windpark Laasow bei Berlin errichtet und hat eine Gesamthöhe von 214 Metern. Eine moderne Onshore- Windkraftanlage kann heute den Jahresstrombedarf von mehr als Haushalten decken und erzeugt im Laufe ihrer mindestens 25- bis 30jährigen Betriebszeit das Die technische Verfügbarkeit liegt bei 98 Prozent. Vierzig- bis Achtzigfache der Energie, die ihre Produktion verbraucht hat. Die technische Verfügbarkeit von Windkraftanlagen liegt seit Jahren bei 98 Prozent. Wie gewaltig der Leistungssprung ist, kann man allerdings erst ermessen, wenn man die heutigen Ergebnisse und Dimensionen einer Anlage auf dem höchsten Entwicklungsstand mit jenen von vor 16 Jahren vergleicht: Den Strom, den eine 1995 gebaute Windkraftanlage pro Jahr erzeugt, speist eine moderne Anlage in weniger als einem Monat ins Netz. WINDINDUSTRIE IN DEUTSCHLAND BESCHÄFTIGTE direkt direkt + indirekt Quelle: Bundesverband WindEnergie, VDMA EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG WIRTSCHAFTS- UND JOBMOTOR WINDKRAFT Deutschland spielt auf dem internationalen Markt der Windkraftnutzung eine herausragende Rolle. Allein im Jahr 2010 wurden weltweit Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von Megawatt neu installiert. Das entsprach einem Investitionsvolumen von 36 Milliarden Euro. Knapp 1,76 Milliarden Euro bzw. fünf Prozent davon entfielen auf Windkraftanlagen in Deutschland. Der Umsatzanteil der deutschen Windindustrie war jedoch deutlich höher: Fast fünf Milliarden Euro oder 13,8 Prozent des weltweiten Umsatzes 2010 erwirtschafteten die deutschen Hersteller. Daran zeigt sich, wie überproportional stark die heimischen Unternehmen auf dem Welt- markt präsent sind. Hatte die Branche in den 1990er-Jahren noch überwiegend für den Inlandsmarkt produziert, so betrug die Exportquote im Jahr 2010 rund 66 Prozent. DIE MEISTEN ARBEITSPLÄTZE IN EUROPA. Von dieser starken Position profitiert auch der Arbeitsmarkt: Kaum ein Land hat mit Windkraft mehr Jobs geschaffen als Deutschland. Etwa Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer sind heute in der heimischen Windbranche beschäftigt. Schon allein für die Herstellung von Windenergieanlagen und Komponenten setzte die Industrie 2010 rund Menschen ein. Das waren und sind europäische Spitzenwerte und ein Prädikat für den deutschen Maschinenbau! EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

59 Windparks schaffen eine autarke Stromversorgung für ganze Regionen." DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ, WINDKRAFT-PIONIER EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG Der von Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz realisierte Windpark in Ochsenfurt-Erlach im Landkreis Würzburg. EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

60 DRITTGRÖSSTER MARKT DER WELT. Dieses enorme Wirtschafts- und Arbeitsplatzwachstum ist das Resultat des beispiellosen Ausbaus, den die Windkraftnutzung derzeit erlebt: Ende des Jahres 2003 waren weltweit Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von 40 Gigawatt installiert. Ende 2010, also nur sieben Jahre später, hatte sich dieser Wert auf 197 Gigawatt fast verfünffacht. Allein in Deutschland waren zu diesem Zeitpunkt 27,2 Gigawatt Leistung installiert. Damit nimmt Deutschland jetzt als größter europäischer Markt nach China und den USA den dritten Platz im globalen Ranking ein. DEUTSCHLAND BLEIBT REFERENZMARKT. Und das Wachstum geht weiter: Obwohl seit langem eine Sättigung prognostiziert wird, gehen in Deutschland jedes Jahr zwischen 1,5 und 2 Gigawatt zusätzlich ans Netz waren es nach Berechnungen des Bundesverbandes WindEnergie und des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) 1,551 Gigawatt. Aus diesem Grund behält Deutschland trotz der hohen Exportquote seine herausragende Position als Heimat-und Referenzmarkt für die Anlagenhersteller und ihre Zulieferer in Europa. Experten aus vielen verschiedenen Fachbereichen arbeiten zusammen, um Onshoreund Offshore-Windkraftanlagen erfolgreich zu errichten und zu betreiben. UNTERNEHMEN ALLER GRÖSSEN. Untersucht man die Zusammensetzung der Windwirtschaft genauer, so stellt man fest, dass ganz unterschiedliche Unter- nehmen daran beteiligt sind. Den größten Teil der Wertschöpfung erzielen erwartungs- gemäß 118 WINDINDUSTRIE IN EUROPA BESCHÄFTIGTE die Hersteller von Windkraftanlagen und Komponenten. Dazu kommen traditionsreiche 119 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG Onshore Offshore Quelle: EWEA Gesamt Branchen wie Stahlbau, Schiffbau und die chemische Industrie, aus denen neue Zulieferer wie Turmbauer und Rotorblattproduzenten entstanden sind. Getriebe- und Generatorenhersteller, Lagerhersteller, Schmieden, Gießereien und andere mittelständische Unternehmen aus dem klassischen Maschinenbau haben in der Windindustrie neue Geschäftsfelder erschlossen. Traditionelle Branchen Planungs- und Ingenieurbüros haben sich ebenso auf und neue Industriezweige die Windindustrie spezialisiert wie Unternehmen in arbeiten zusammen. den Bereichen Installation, Service und Wartung. DICHTES NETZWERK AN WINDKOMPETENZ. Deutschland verfügt heute über eines der weltweit dichtesten Netzwerke der Windenergiekompetenz. In den Küstengebieten Norddeutschlands, traditionell eher strukturschwache Regionen, EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

61 Onshore-Windkraft ist ein schönes Geschäft mit stabilen Erträgen. DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ, WINDKRAFT-PIONIER EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG Stolze Investoren vor einem 70-m-Rotor einer 1,5-MW-Anlage, kurz vor der Montage. EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

62 ist durch den Bau von Windparks eine Vielzahl kleiner und mittlerer Unternehmen entstanden, die sich zu Windclustern zusammengeschlossen haben. Doch nicht nur an der Küste sorgt die Windkraft für Aufschwung, auch das Binnenland profitiert. Traditionsreiche Maschinenbaustandorte in Nordrhein-Westfalen, Bayern, Baden- Württemberg und Ostdeutschland haben in den letzten Jahren Technologie- und Fertigungszentren der Windindustrie aufgebaut: Gießereien, Stahlverarbeiter und Getriebehersteller sind hier ansässig. Dazu kommen Forschungsinstitute und Ausbildungszentren, die die Weiterentwicklung der Branche mit qualifiziertem Personal und profunden Forschungsergebnissen unterstützen. Die international wichtigste Branchenmesse Husum WindEnergy und die Fachmesse Wind auf der Hannover Messe, der weltgrößten Industriemesse, ziehen internationales Fachpublikum nach Deutschland. NEUER WACHSTUMSSCHUB DURCH OFFSHORE-WINDKRAFT. Wenn in den nächsten Jahren die Offshore-Windkraft zu einem relevanten Markt heranreift, ist ein neuerlicher Wachstumsschub zu erwarten. In den Bau und Betrieb von Offshore- Windparks investieren neben Energiekonzernen und Stadtwerken auch internationale Investitionsgesellschaften und arabische Staatsfonds. Rahmenverträge mit Milliardenvolumen werden bereits gezeichnet. Durch diese Projekte entstehen an den Küsten erstmals Impulse für die maritime Wirtschaft. Reedereien rechnen mit neuen 122 Aufträgen zum Bau und Betrieb der Anlagen auf See, und Kabelhersteller bauen 123 bereits ihre Produktionsanlagen an der Küste mit Blick auf die Offshore-Wirtschaft EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG aus. Allein an der Nordsee sind schon jetzt mehrere hundert Millionen Euro in den Ausbau von Fertigungskapazitäten, Hafenlogistik und Infrastruktur geflossen. MEHR ALS STELLEN. All diese Aktivitäten werden nicht nur Umsatz, sondern auch weitere Arbeitsplätze schaffen. Derzeit hat Offshore-Windkraft noch einen kleinen Anteil am gesamten Windkraft-Markt und bietet daher auch erst wenige tausend Stellen. Das wird sich jedoch mit dem massiven Ausbau der Offshore-Windkraft ändern: Schon 2015 erwartet die European Wind Energy Association (EWEA) mehr als Arbeitsplätze in diesem Segment europaweit. Die Hafenregionen an Nord- und Ostsee rechnen mit tausenden neuen Jobs. Die Arbeit auf einer Offshore-Windkraftanlage stellt höchste Anforderungen an Mensch und Material. EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

63 ZUKUNFTSMARKT OFFSHORE-WINDKRAFT Im Vergleich zur Onshore-Windenergie steht die Offshore-Branche noch am Anfang. Die derzeitige Marktsituation ist in etwa dem Niveau des Onshore-Windmarktes 1995 vergleichbar, der in Europa damals 2,5 Gigawatt Leistung umfasste. Die instal- lierte Kapazität von Offshore-Windkraftanlagen betrug Ende 2010 insgesamt etwa 2,9 Gigawatt, hatte sich damit seit 2007 allerdings schon mehr als verdoppelt. GROSSBRITANNIEN BAUT STARK AUS. Den stärksten Kapazitätsausbau an Offshore-Windenergie hat bislang Großbritannien realisiert. Es setzt zur Erfüllung seiner Klimaziele stark auf die Windkraft auf hoher See und will bis 2020 insgesamt 33 Gigawatt Offshore-Windkraft installieren. Dazu hat die britische Regierung bereits Lizenzen für Offshore-Windparks im Umfang von 49 Gigawatt vergeben. Auch wenn diese Ziele hoch ambitioniert sind, bleibt das Vereinigte Königreich nach Ansicht der Beratungsgesellschaft KPMG auf absehbare Zeit der wichtigste Offshore-Markt weltweit. Mit etwa der Hälfte der in Europa installierten Offshore- Windenergieleistung (Stand Mai 2010) ist Großbritannien in der Offshore-Windenergie schon jetzt weltweit führend. Hinter dem britischen wird der deutsche Offshore-Markt künftig auf Rang zwei liegen. INVESTOREN UND INDUSTRIE SIND BEREIT. Technologisch ist Deutschland allerdings Spitzenreiter im Offshore-Segment: Hier wurden bereits 2009 die ersten Windkraftanlagen der neuen 5-MW-Klasse gebaut. Neben den Turbinen der 2- bis 4- MW-Klasse werden 5- bis 6-MW-Anlagen künftig auch in Großbritannien und anderen Märkten eingesetzt. Die Anlagen der Multimegawattklasse werden von deutschen Herstellern gefertigt, und auch die Schlüsselkomponenten kommen überwiegend aus Deutschland und werden schon heute exportiert. Dieser Vorsprung ist nicht neu: Während beispielsweise 2008 international noch Windkraftanlagen der 1,5-MW- Klasse Standard waren, wurden in Deutschland schon zu 80 Prozent Anlagen der 2- bis 3-MW-Klasse errichtet. Die Rotorblätter waren über 60 Meter lang, die Türme erreichten Höhen von bis zu 160 Metern. 125 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

64 Früher wurden wir als Spinner ausgelacht, heute werden wir als Pioniere gefeiert.³ DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ, WINDKRAFT-PIONIER EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG Eine AREVA Multibrid M5000 im Offshore-Windkrafttestfeld Alpha Ventus. EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

65 BESTE VORAUSSETZUNGEN IN DER NORDSEE. Die Voraussetzungen für die 60 Kilometer vor der Küste in direkter Nachbarschaft zu Alpha Ventus gebaut. Als Nutzung von Windkraft sind in der deutschen Nordsee bestens. Der Wind weht erster Windpark der Welt wird MEG 1 schlüsselfertig übergeben: Die WKU AG ist kontinuierlich, laminar das heißt, ohne sichtbare Turbulenzen und mit hoher eine 100-prozentige Tochtergesellschaft der Windreich AG und für die schlüsselferti- durchschnittlicher Geschwindigkeit. Die Wassertiefe beträgt größtenteils 40 Meter, die ge Errichtung von MEG 1 verantwortlich. Nordsee ist also zu weiten Teilen bebaubar. Durch die stabilen Windverhältnisse erreichen Nordsee-Windparks mehr als Volllaststunden pro Jahr. Alpha Ventus beispielsweise, das Offshore-Testfeld der Bundesrepublik Deutschland, erzielte von Sommer 2010 bis Sommer 2011 ein Betriebsergebnis von Volllaststunden und das, obwohl das Windaufkommen an Land 20 Prozent unter dem langjährigen Mittel lag. MARKTFÜHRER FÜR OFFSHORE-WINDKRAFT. Global Tech I und MEG 1 sind ab 2013/2014 planmäßig voll in Betrieb. Danach arbeitet die Windreich AG mit dem gleichen hohen Tempo weiter: Innerhalb der nächsten Jahre wird die Windreich-Gruppe mit weiteren bereits gesicherten Projekten die Marktführerschaft für Offshore-Windkraftanlagen in Deutschland ausbauen, führt Dipl.-Ing. Heiko Roß, technischer Vorstand der Windreich AG, aus. Mehr als 20 PIONIERPROJEKTE DER WINDREICH AG. Zwei Beispiele für gigantische Projekte sind bereits in der Pipeline, die sich zusammen auf 35 Prozent der in der Offshore-Windparks sind Global Tech I und MEG 1, die die Windreich AG in der Nordsee geplanten installierten Kapazität summieren. deutschen Nordsee errichten wird. Jeder der beiden Parks besteht aus 80 Anlagen der 5-MW-Klasse, das heißt, er verfügt über 400 Megawatt installierter Nennleistung. Damit können pro Jahr 1,7 Milliarden Kilowattstunden sauberer Strom für eine Million Menschen produziert werden. Gleichzeitig werden 1,5 Millionen WINDKRAFT STATT ATOM UND KOHLE Tonnen CO 2 oder fünf Tonnen Atommüll vermieden. Die Windenergie wird in Deutschland und weltweit enorme Beiträge zum 128 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG DIE PRODUKTION LÄUFT. Der Windpark Global Tech I liegt etwa 100 Kilometer vor der deutschen Küste. Die Zusammensetzung des Teilhaberkreises ist durchaus typisch für den aktuellen Stand des Offshore-Marktes: Als Großinvestoren sind die Stadtwerke München, der Energieversorger HEAG Südhessische Energie AG und der Schweizer Energiehändler EGL tätig, dazu kommt die Windreich AG selbst und ein namhaftes Family Of ce. Aktuell läuft die Produktion der Komponenten für das Windkraftwerk, berichtet Tim Kittelhake, Vorstandsvorsitzender der WKU AG und Technischer Geschäftsführer der Global Tech I GmbH, zweier Tochterunternehmen der Windreich AG und 2013 werden die 80 Windkraftanlagen des Typs AREVA Multibrid M5000 installiert. ERSTMALS SCHLÜSSELFERTIGE ÜBERGABE. Auf Basis dieser Erfahrungen wird dann der nächste Schritt erfolgen: Der Windpark MEG 1 (Multibrid-Entwicklungsgesellschaft) umfasst ebenfalls 80 Windkraftanlagen und wird ab 2013 etwa Klimaschutz leisten. Schon heute ist ihre CO 2 -Bilanz beachtlich: Hätte die gesamte Energie, die Windkraftwerke im Jahr 2010 in Deutschland lieferten, durch fossile Brennstoffe erzeugt werden müssen, hätte das 28,3 Millionen Tonnen Treibhausgas- Emissionen und 26,1 Millionen Tonnen CO 2 verursacht. Damit war Windkraft für ein knappes Viertel der durch Erneuerbare Energien eingesparten Emissionen verantwortlich. Weltweit wurden 2008 nach Berechnungen des Global Wind Energy Council (GWEC) durch Windkraftnutzung 158 Millionen Tonnen CO 2 vermieden. Bis 2020 soll weltweit eine jährliche Einsparung von bis zu 1,5 Millarden Tonnen CO 2 erreicht werden können. ZENTRALER FAKTOR FÜR DEN KLIMASCHUTZ. Windenergieanlagen verbrauchen während des Betriebs keine fossilen Ressourcen und emittieren keine klimaschädlichen Gase. Die zur Produktion eingesetzte Energie haben die Anlagen nach nur drei bis sechs Monaten wieder eingefahren. Von diesem Zeitpunkt an tragen 129 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

66 GESAMTE INSTALLIERTE LEISTUNG LAND MW % China ,7 USA ,4 Deutschland ,8 Spanien ,5 Indien ,6 Italien ,9 versprechend: Nach Szenarien der EWEA etwa kann Windenergie bis 2020 mit 200 bis 250 Gigawatt installierter Leistung 12 bis 15 Prozent der Stromversorgung der EU gewährleisten. Das Department of Energy der USA rechnet bis 2030 mit einem Anteil der Windenergie am US-amerikanischen Stromverbrauch von 20 Prozent. Weltweit prognostizierte GWEC für 2020 eine Kapazität von Gigawatt, mit denen zwölf Prozent des globalen Strombedarfs gedeckt werden könnten. Um diese Ziele zu erreichen, haben sich Politiker auf der ganzen Welt den Ausbau der Windkraft zum Schutz des Klimas auf die Fahnen geschrieben und Gesetze erlassen, die Investitionen in Windkraftanlagen attraktiv machen. Frankreich ,9 Großbritannien ,6 ANSTOSS DER INTERNATIONALEN ENERGIE-AGENTUR. Im September Stand: Dezember 2010; Quelle: GWEC Kanada ,0 Dänemark ,9 Rest der Welt ,6 Top 10 gesamt ,4 Welt gesamt , hat die Internationale Energie-Agentur (IEA) erstmals Regierungen weltweit dazu aufgerufen, den Anteil Erneuerbarer Energien massiv auszubauen. Auch auf EU- Ebene wurde die Bedeutung der Windkraft erkannt hat der Europäische Rat beschlossen, dass die Mitgliedsstaaten ihre CO 2 -Emissionen bis 2020 um zunächst 20 Prozent senken und dafür 20 Prozent der Energie für Strom, Wärme und Verkehr aus Erneuerbaren Quellen beziehen das so genannte Ziel. Außerdem hat die EU ihre Ausbauziele für die Offshore-Windenergieleistung definiert: von 1,1 Gigawatt sie zum Klimaschutz bei, wann immer der Wind weht. Nebenbei machen sie auch installierter Leistung Ende 2007 auf mindestens 30 Gigawatt im Jahr 2020 und noch unabhängig von Energieimporten und drosseln die Preissteigerungen von Erdöl mindestens 110 Gigawatt im Jahr und Gas. Die Windbranche jedenfalls stand bereit, als in Deutschland der Ausstieg aus 131 der Atomkraft beschlossen wurde: Die Windenergie kann die Kernenergie ersetzen, DEUTSCHLAND WILL 80 PROZENT ÖKOSTROM. Deutschland strebt in der EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG sagte der Präsident des Bundesverbandes Windenergie, Hermann Albers, bei der Hannover Messe Bei einem Zubau von 3,5 Gigawatt Windenergie pro Jahr reichen zwei bis drei Jahre, um die abgängigen Kapazitäten der alten Kernkraftwerke auszugleichen, sagte er. Windkraftanlagen könnten bei Ausnutzung aller geeigneten Flächen sogar bis zu 65 Prozent des derzeitigen Strombedarfs in Deutschland bereitstellen, hat das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik erhoben und das lediglich mit Onshore-Anlagen. VIELVERSPRECHENDE PROGNOSEN. Neben solchen beeindruckenden Berechnungen des theoretisch Möglichen liegen auch zahlreiche Prognosen vor, die die wahrscheinliche weitere Entwicklung skizzieren. Auch sie sind mehr als viel Umsetzung des Ziels an, bis 2020 mindestens 35 Prozent des Stroms mit Erneuerbaren Energien zu erzeugen. Bis 2050 ist geplant, den Anteil auf 80 Prozent zu steigern. Mindestens die Hälfte davon soll Windkraft bereitstellen. Bis dahin ist noch einiges zu tun: Im Jahr 2010 speisten die Windkraftanlagen in Deutschland 36,5 Milliarden Kilowattstunden ins Netz, so dass sechs Prozent der Stromproduktion durch Windkraft gedeckt werden konnten. Windenergie war schon zu diesem Zeitpunkt der mit Abstand größte Stromerzeuger unter den Erneuerbaren Energien. INTERNATIONAL VORBILDLICHES GESETZ. Ein Meilenstein auf dem Weg zum sauberen Strom war das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) aus dem Jahre 2000, das mittlerweile zweimal novelliert worden ist. Es wird von allen im Bundes- EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

67 tag vertretenen Parteien unterstützt und war Vorbild für ähnliche Regelungen in vielen anderen Ländern. Seit der Novelle dieses Gesetzes im Jahre 2009 erhalten Betreiber NEUINSTALLATIONEN 2010 von Windparks eine Anfangsvergütung von 9,2 Cent pro Kilowattstunde aus Onshore- Anlagen und, je nach Errichtungsdatum der Anlage, zwischen 15 und 19 Cent pro LAND MW % Kilowattstunde aus Offshore-Windkraft. China ,5 USA ,4 AUSTAUSCH VON ANLAGEN LOHNT SICH. Zudem werden jetzt Investitionen Deutschland ,9 in die Erneuerung von Altanlagen gefördert: Für neue Windenergieanlagen an Land, Spanien ,0 die alte Anlagen ersetzen das so genannte Repowering, erhöht sich die Anfangs- Indien ,6 vergütung um 0,5 Cent pro Kilowattstunde. Denn längst sind Windkraftanlagen in Italien 948 2,5 Betrieb, die 10 Jahre und mehr auf dem Buckel haben und gegen moderne, ef zientere Frankreich ,8 Turbinen ausgetauscht werden sollten. Die ersetzten Anlagen müssen aus dem Großbritannien 962 2,5 gleichen oder einem benachbarten Landkreis stammen. Die neue Anlage muss Kanada 690 1,8 mindestens die doppelte Leistung des ersetzten Modells erreichen, darf aber die Schweden 604 1,6 fünffache Leistung nicht überschreiten. Rest der Welt ,5 Top 10 gesamt ,5 AMBITIONIERTER OFFSHORE-AUSBAU. Anfang August 2010 hat die Zeitraum: 1. Januar bis 31. Dezember 2010; Quelle: GWEC Welt gesamt Bundesregierung schließlich im Nationalen Aktionsplan für Erneuerbare Energien 132 beschlossen, dass bis 2020 in der deutschen Nord- und Ostsee zehn Gigawatt Offshore- Windenergieleistung errichtet werden sollen. Das entspricht einem Investitionsvolumen von über 30 Milliarden Euro. Politisch gewollt sind weitere 10 bis 15 Giga- INSTALLIERTE OFFSHORE-WINDKRAFTLEISTUNG IN DER EU 133 watt bis 2025/2030. EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG PROJEKTE WERDEN GEFÖRDERT. Weitere nationale Förderprogramme unterstützen die Unternehmen bei der Finanzierung von Windkraftprojekten. So hat die KfW-Bankengruppe durch die beiden Konjunkturprogramme der Bundesregierung den Rahmen für Finanzierungen massiv ausgeweitet. Der maximale Kreditbeitrag, den die KfW pro Projekt beisteuert, beträgt jetzt für die ersten 10 Windparks in Nord- und Ostsee bis zu 500 Millionen Euro. BESTE VORAUSSETZUNGEN WELTWEIT. In den USA wurde zuletzt die Förderung flexibilisiert. Ursprünglich wurde nur nachträglich ein Steuernachlass auf die erzeugte Strommenge gewährt der sogenannte Production Tax Credit (PTC). Jetzt Jahr 2000* 2001* 2002* MW EU-15; ** EU-25; Quelle: GWEC 2003* ** ** ** EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

68 kann alternativ eine 30-prozentige Investitionszulage namens Investment Tax Credit beantragt werden. Zudem wurde die Laufzeit des PTC um drei Jahre verlängert. Mit all diesen Programmen, den Energiepaketen und dem Hunger Asiens nach sauberer Energie haben sich die Voraussetzungen für Windenergieprojekte global weiter verbessert. STARKES INTERESSE DER INVESTOREN. Und auch die Finanzierungs- lage ist im Vergleich zur Gesamtwirtschaft mehr als vielversprechend. Zwar hat die Finanzkrise auch in der Windbranche die Suche nach Kapital und Bankkrediten erschwert. Insgesamt bleibt das Interesse an Investitionen in Windparks aber hoch. Energieversorger und Finanzinvestoren haben die Windkraft für sich entdeckt und engagieren sich als Kapitalgeber. Die großen europäischen Energieversorgungsunternehmen, ausgestattet mit guten Eigenkapitaldecken, erhöhen ebenfalls ihr Engagement in Erneuerbare Energien. EIN NEUER MARKT: REPOWERING. Doch es geht noch viel mehr. Der Bundes- verband WindEnergie berechnete die Effekte von Repowering und stellte fest, dass bei einer Halbierung der Anlagenzahl und gleichzeitiger Verdoppelung der Leistung durch ef zientere Nutzung der Standorte eine Verdreifachung des Ertrags erreicht werden kann. Der Verband erwartet einen potenziellen jährlichen Markt von bis zu einem 134 Gigawatt, das entspricht rund 1,5 Milliarden Euro Umsatz. Gleichzeitig können 135 ungünstig gewählte Standorte verlegt werden. Außerdem stören die leistungsstärkeren, EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG Die Fuhrländer FL Das höchste Windrad der Welt steht in Laasow im Spreewald und hat 160 Meter Nabenhöhe. langsamer drehenden Rotoren das Landschaftsbild weniger als ältere Modelle, und auch die Integration ins Stromnetz ist bei modernen Anlagen einfacher und stabiler. HEMMNISSE ABBAUEN. Deutschland kann auch im Repowering zum Pionierund Referenzmarkt für Hersteller, Zulieferer, Planer und Betreiber werden. Allerdings müssen dafür noch einige Hemmnisse im Planungsrecht abgebaut werden. Das betrifft neben Höhenbegrenzungen der Anlagen durch Kommunen auch Abstandsgebote einiger Bundesländer. Mit dem klassischen Neuanlagen- und Ersatzanlagengeschäft bleibt Deutschland jedenfalls auch onshore ein Milliardenmarkt. EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

69 AUSBLICK HERAUSFORDERUNG NETZINTEGRATION der gesamten Trassen. Darüber hinaus sollten verschiedene Leitungen verstärkt und bisher ungenutzte Möglichkeiten zur Optimierung ausgeschöpft werden. Im Großen Die Anlagenbauer und -betreiber leisten das Ihre, um die Energieversorgung für und Ganzen ist der Windstrom in Deutschland aber auch bei starkem Ausbau vorerst zukünftige Generationen sicherzustellen. Doch der umweltfreundlich hergestellte noch mit überschaubarem Aufwand integrierbar. Selbst für Regel- und Reserveenergie Strom muss auch zu den Verbrauchern kommen wer von Windkraftnutzung spricht, darf vom Netzausbau nicht schweigen. Eine vorausschauende Netzplanung durch Regulierungsbehörden und Netzbetreiber verschafft Projektierern, Herstellern und Zulieferern die dringend nötige Investitionssicherheit. sind bis 2015 keine zusätzlichen konventionellen Kraftwerke notwendig. GESETZ ZUR INTEGRATION VON OFFSHORE-WINDPARKS. Um die Einbindung der Offshore-Windparks ins Stromnetz zu fördern, hat Deutschland Ende 2006 zudem das Infrastrukturbeschleunigungsgesetz beschlossen. Es verpflichtet die STARKE SCHWANKUNGEN. Zwei Herausforderungen sind zu meistern, um Strom aus Windkraft erfolgreich ins Netz zu integrieren. Erste Herausforderung: die witterungsabhängige Strommenge. Wind und im übrigen auch Sonne für Photovoltaik ist nicht immer stark genug, um so viel Strom zu erzeugen wie benötigt wird. Zu anderen Zeiten wiederum sind sie zu kräftig und überschwemmen das Netz mit Übertragungsnetzbetreiber, die Anbindung der Offshore-Windparks zu gewährleisten, und erlaubt ihnen gleichzeitig, die Kosten auf alle Stromkunden umzulegen. Auch dank dieser Regelung werden in der Nordsee bereits erste Kabeltrassen installiert und erste Umspannwerke auf hoher See gebaut. Energie. Diese Schwankungen werden zunehmen, je mehr Strom aus Erneuerbarer EIN GRENZÜBERGREIFENDES STROMNETZ. Mit dem Ausbau der Wind- Energie produziert wird. Sie auszugleichen ist eine zentrale Aufgabe der Netzbetreiber. energie in der EU steigt der Stromhandel über Landesgrenzen hinweg. Auch europa- weit müssen daher die Netze zusammenwachsen. Die Studie TradeWind unter- 136 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG GROSSE TRANSPORTSTRECKEN. Zweite Herausforderung: die räumliche Trennung von Stromerzeugung und Stromverbrauch. Mit dem Ausbau der Windkraft und der Liberalisierung der europäischen Strommärkte ändert sich auch die regionale Verteilung der Stromproduktion. Im Norden und Osten Deutschlands, wo viel Strom aus Windkraft erzeugt wird, ist die Nachfrage nach Strom geringer als im Süden und Westen. Dort sind, vor allem in Bayern und Baden-Württemberg, die Kernzentren der Industrie angesiedelt. Diese Diskrepanz ist in größerem Maßstab auch auf europäischer Ebene zu beobachten und wird sich durch den Bau von Offshore-Windparks, das Repowering und neue Windflächen noch verstärken: Staaten an Nord- und Ostsee müssen ihre Stromkapazitäten über weite Strecken transportieren, um sie auf dem europäischen Markt handeln zu können. VORERST ÜBERSCHAUBARER AUFWAND. Bis 2015 ist das deutsche Netz für den erwarteten Energiezuwachs noch relativ gut gerüstet, wie die Deutsche Energie- Agentur (dena) festgestellt hat. Zwar müssen im Höchstspannungsnetz 850 Kilometer Leitungen zugebaut werden, das entspricht allerdings nur fünf Prozent suchte, wie das europäische Verbundnetz bis zum Jahr 2030 optimiert werden muss, um Windenergie im Umfang von 300 Gigawatt aufnehmen zu können. Sie zeigte, dass auch dieses Ziel erreichbar ist, wenn Netz- Ein Ausbau ist nötig, um die kuppelstellen und Übertragungsnetze angepasst und erzeugten Mengen Windstrom ausgebaut werden. Bis 2050 werden Erweiterungen im europäischen Verbundnetz zwingend vollständig nutzen zu können. erforderlich, will man die erzeugten Mengen Windstrom komplett ausnutzen, sagte Dipl.-Ing. Heiko Roß, technischer Vorstand der Windreich AG. ZUVERLÄSSIGE STROMVERSORGUNG. Das große gemeinsame Ziel, an dem Errichter, Betreiber und die Politik so engagiert arbeiten, ist ein europäisches Stromnetz mit einem sehr hohen Anteil Windstrom, das Bürgerinnen und Bürger sowie die Wirtschaft langfristig, wirtschaftlich, umweltfreundlich, sicher, sauber und zuverlässig versorgt. Moderne Windenergieanlagen mit hervorragenden Netzeigenschaften werden dazu einen wesentlichen Beitrag leisten. Ulrich Hütter wäre stolz darauf. 137 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG

70 GEDANKEN VON DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ MEHR ALS ZEHN JAHRE ERFAHRUNG Die Windreich AG ist seit 1999 auf dem Gebiet der Windkraft aktiv und hat sowohl die technische als auch die Marktentwicklung der Branche aktiv mitgestaltet und geprägt. Mit dieser langjährigen Erfahrung in der Projekt- und Betriebsführung haben wir die besten Voraussetzungen für den Schritt hinaus auf die hohe See. Durch frühe aggressive Investitionen konnten wir 138 EINE NEUE ÄRA DER ENERGIEERZEUGUNG uns 35 % der für Windparks vorgesehenen verfügbaren Flächen in der deutschen Nordsee sichern. Unsere Offshore-Windparks werden Millionen Menschen mit sauberem und sicherem Strom versorgen. Auf diese Leistung bin ich sehr stolz.

71 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT MODERNSTE TECHNIK FÜR OFFSHORE-WINDKRAFTANLAGEN Mit dem Wandel in Richtung Offshore-Technologie sehen sich die Entwickler von Windkraftanlagen einer Vielzahl von neuen Herausforderungen gegenüber, die bei einer Installation an Land nicht auftreten. Die Anlagen müssen so geplant und gebaut werden, dass sie jahrzehntelang Wind, Wetter und Wellen trotzen. Denn auf offener See herrschen raue Verhältnisse: Das salzhaltige Meerwasser ist extrem korrosiv. Die Fundamente der Türme müssen im Extremfall einer meterhohen Sturmflut standhalten. 140 Material und Technik sind ständig hohen Belastungen ausgesetzt. Gleichzeitig begrenzen die extremen Wetterverhältnisse die Möglichkeit von Wartungsarbeiten im Sturm kann sich ein Servicetechniker nicht an Rotorblättern abseilen. Aber die Anlage muss möglichst kontinuierlich laufen, denn der Strom, den sie produziert, ist unverzichtbar. DAMITSICHDEROTORDREHT DAM EXPERTEN AUS VIELEN FACHGEBIETEN. Die Anforderungen der Industrie an diese Kraftwerke werden in den nächsten Jahren noch deutlicher steigen. Um trotz dieser Herausforderungen hocheffiziente Energiegewinnung zu betreiben, arbeiten Experten aus vielen verschiedenen Fachbereichen zusammen. Ob es die Konstruktion der Windkraftanlage selbst ist, ihre Verankerung im Meeresboden, ob die Wartung im laufenden Betrieb oder die Qualitätssicherung bei der Herstellung im Vorfeld alles muss stimmen, um ein innovatives Produkt von diesen Dimensionen in einer so herausfordernden Umgebung erfolgreich einzusetzen.

72 TECHNISCHE OPTIMIERUNG. Trotzdem gibt es aber natürlich auch viele Gemeinsamkeiten von Onshore- und Offshore-Windkraftanlagen. Ganz dem Prinzip Ulrich Hütters folgend, werden beide für maximalen Ertrag, minimale Kosten, lange Lebensdauer und hohe Umweltverträglichkeit optimiert. Das Gewicht aller Anlagen und damit der Materialeinsatz ist im Verhältnis zur Leistung in den vergangenen Jahren deutlich gesunken. Die Zuverlässigkeit des Antriebsstranges und das Kraftwerksverhalten werden ständig verbessert. Für Standorte an Land besonders interessant: Durch die Weiterentwicklung der Das Gewicht der Anlagen im Verhältnis zur Leistung ist gesunken. Rotorblätter haben die Schallemissionen der Anlagen abgenommen. PERMANENTE ÜBERWACHUNG. Bei 142 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT vielen modernen Anlagen werden alle wichtigen Bauteile und Versorgungskreisläufe permanent überwacht: Sie sind rund um die Uhr an den zentralen Kontrollcomputer des Herstellers oder Serviceanbieters angeschlossen. Sollten Störungen auftreten, stellt der Betreiber das sofort fest, kann im gleichen Moment reagieren und dadurch die Ausfallzeiten der Anlagen kurz halten. Die Anlagen-Überwachung das so genannte Condition Monitoring System (CMS) ist besonders bei den Windenergieanlagen auf See mit fünf Megawatt installierter Leistung oder mehr hilfreich und ermöglicht Monteuren und Technikern, ihre Wartungs- und Servicearbeiten optimal einzusetzen und so zu einer zustandsorientierten Wartung zu kommen. BEFEUERUNG NUR BEI BEDARF. Bei der Befeuerung der Windräder geht die technische Entwicklung ebenfalls weiter. Radarsysteme übermitteln künftig den Windenergieanlagen, wenn sich ein Flugzeug nähert. Das Windrad schaltet bei Empfang eines Signals automatisch die Befeuerung an. Mit diesen modernen Technologien ist es in Zukunft möglich, die Befeuerung von Windrädern nur bei Bedarf einzusetzen, ohne die Sicherheit des Flugverkehrs zu gefährden. Zur Kenntlichmachung für Luftfahrzeuge ist schon heute die Sichtweitemessung zur Reduktion der Leuchtstärke bei guter Sicht für Neuanlagen Stand der Technik. 143 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Dank der permanenten Überprüfung der Rotorblätter erkennen die Betreiber eventuelle Störungen sofort.

73 INNOVATIVE TURMKONSTRUKTIONEN. Auch vor den Türmen der Wind- HERMETISCH GEGEN MEERESLUFT ABGEDICHTET. Die M5000 ist gut räder macht die Veränderung nicht halt. Die Daumenregel lautet: Jeder Meter gegen das strenge Wetter gewappnet. Gondel und Nabe der Anlage sind hermetisch Höhengewinn steigert den Ertrag um bis zu ein Prozent. Um Standorte im Binnen- gegen die Außenluft abgekapselt. Ein patentiertes Luftaufbereitungssystem im land wirtschaftlich nutzen zu können, bieten Hersteller mittlerweile Türme in Stahl- Zugangsbereich der Windenergieanlage sorgt dafür, dass im Inneren keine Schäden und Beton-Mischbauweise mit über 130 Metern Höhe an. Gleichzeitig erleben durch Korrosion entstehen. Das gelingt, indem die salzhaltige Luft angesaugt wird und Türme in Gitterbauweise ein Comeback und erreichen Höhen von bis zu 160 die Salz- und Wasserpartikel aufgrund ihrer höheren Masseträgheit in mehreren Metern. Bei solchen Nabenhöhen drehen sich die Rotorblätter in stärkerem und Stufen abgeschieden werden, so dass im Inneren der Anlage nur saubere Luft gleich- mäßigerem Wind. vorzufinden ist. INTELLIGENTE INTEGRATION. Alle Komponenten der Windenergieanlage M5000 EINE KOMPAKTE GONDEL TROTZT DEM WIND sind außergewöhnlich kompakt gestaltet. Gondel und Rotor wiegen zusammen nur rund 349 Tonnen. Das ist günstig für den Transport und erlaubt eine sichere und schnelle Montage der Anlage. Die geringen Abmessungen der Gondel ermöglichen Die AREVA Multibrid M5000 ist eine der innovativsten Windkraftanlagen, die derzeit kurze Wege der Lastübertragung in den Turmkopf optimal für Offshore-Wind- für den Einsatz Offshore auf dem Markt ist. Sie ist perfekt an die Witte- energieanlagen. rungsbedingungen auf hoher See angepasst. Deshalb wurde sie unter anderen Anlagen ausgewählt, um im deutschen Offshore-Testfeld Alpha Ventus erste Ergebnisse zur HOHE ZUVERLÄSSIGKEIT. Die Konstruktion hat einen weiteren entschei- Erforschung der Windkraftnutzung auf See zu liefern. Seit Mitte Juli 2009 sind dort denden Vorteil: Das niedrige Drehzahlniveau und die daraus resultierende geringe DAMIT SICH DER ROTOR DREHT 144 sechs M5000-Windkraftanlagen installiert. Jeder ihrer Rotoren fängt den Wind auf einer Fläche ein, die rund anderthalb mal so groß ist wie ein Fußballfeld. VORBILD FÜR FOLGEPROJEKTE. 45 Kilometer vor der deutschen Insel Borkum gelegen, war Alpha Ventus der erste deutsche Windpark, der auf hoher See unter echten Offshore-Bedingungen und in erheblicher Wassertiefe so weit entfernt von der Küste gebaut wurde. Konstruktion, Errichtung, Betrieb und Integration in das Stromversorgungsnetz wurden in Alpha Ventus getestet. Wesentliche Erfahrungen für die zukünftige Errichtung von Mehr als 80 Prozent der AREVA großen Offshore-Windparks wurden Multibrid M5000 werden in Windparks gesammelt. Die Ergebnisse sind direkt der Windreich AG stehen. umsetzbar: Auch in den Windparks Global Tech I, MEG 1 und Deutsche Bucht der Windreich AG werden sich AREVA Multibrid M5000 drehen. Mehr als Anzahl von bewegten Teilen verringern das Alle betriebswichtigen Risiko von Schäden im Antriebsstrang. Hilfsaggregate und Sensoren sind Außerdem sind alle betriebswichtigen Hilfsaggregate und Sensoren zweifach vorhanden, zweifach vorhanden. so dass wenn ein Element ausfallen sollte die Anlage nicht komplett zum Stillstand kommt. Beides trägt ganz wesentlich zur extrem hohen Zuverlässigkeit der Windkraftanlagen bei und sorgt dafür, dass sie bei Alpha Ventus eine durchschnittliche Verfügbarkeit von 96 Prozent aufweisen. KLEINE UND LEICHTE BAUTEILE. Blickt man etwas tiefer in das Innere der M5000, sieht man, wie die kompakte Bauweise möglich gemacht wurde. Das vollständig integrierte Triebstrangkonzept vereint die Vorteile von getriebelosen und konventionellen Anlagen. Es besteht aus einem Momentenrotorlager, einem einstufigen Getriebe und einem Generator mit einer Nenndrehzahl von 148 Umdrehungen 145 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT 80 Prozent der Anlagen, die AREVA baut, werden in Projekten der Windreich AG pro Minute. Diese Kombination erlaubt es, eine sehr geringe Zahl rotierender Teile, zum Einsatz kommen.

74 Die AREVA M5000 ist für mich die mit Abstand beste Anlage in der 5-MW-Klasse. Sie überzeugt durch Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und perfekten Korrosionsschutz." DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ, WINDKRAFT-PIONIER DAMIT SICH DER ROTOR DREHT DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Die AREVA M5000 im Windpark Alpha Ventus in der deutschen Nordsee.

75 M5000 TECHNISCHE DATEN kleinstmögliche Abmessungen und niedrige Gewichte zu verwenden. Weil die volle Drehzahlvariabilität genutzt wird und die Rotorblattprofile auf Blattspitzengeschwindigkeiten von bis zu 320 km/h optimiert sind, erzielt der Rotor gleichzeitig sehr hohe Wirkungsgrade. AUSLEGUNG Nennleistung: kw Einschaltgeschwindigkeit: 4 m/s Nennwindgeschwindigkeit: 12,5 m/s BAUSTOFF KOHLEFASER. Die Strukturen der Rotorblätter der M5000 bestehen aus Kohlefasern. Das sichert eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Die spezielle Aerodynamik der Rotorblätter garantiert hohen Ertrag und senkt die Schallemissionen erheblich. Drei voneinander unabhängig arbeitende elektrische Blattverstellsysteme sorgen für eine hochdynamische Blattwinkelanpassung und maximale Sicherheit im Störfall. Auch die Rotornabe ist vollständig geschlossen, so dass die Verstellmechanik bestens gegen Witterungseinflüsse geschützt ist. Abschaltwindgeschwindigkeit: 25 m/s Auslegungslebensdauer: 20 Jahre Typenklasse: GL-TK 1 offshore ROTOR Durchmesser: 116 m Blattzahl: 3 Rotorfläche: m2 Drehzahlbereich: 4,5 14,8 min -1 ± 10 % Nenndrehzahl: 14,8 min DAMIT SICH DER ROTOR DREHT KEINE DYNAMISCHEN ROTORLASTEN. Ein zweireihiges Kegelrollenlager verbindet den Rotor mit dem Maschinengehäuse. Die geometrische Anordnung von Rotorlagerung und Getriebe ist so gewählt, dass dynamische Rotorlasten keinen störenden Einfluss auf die Zahneingriffe nehmen können. Das schrägverzahnte Planetengetriebe gewährleistet zudem eine optimale Schmierung aller Wellen und Räder. Unabhängig davon wird das Rotorlager permanent vom Getriebe mit Öl versorgt. OPTIMALE WIRKUNGSGRADE. Der Permanentmagnet-Synchrongenerator ist direkt in das Maschinengehäuse eingebaut. Da der Läufer des Generators auf der Abtriebswelle des Getriebes montiert wurde, benötigt er keine eigenen Lagerungen. Die Permanentmagnet-Technologie erzielt in Kombination mit dem Vollumrichter eine maximale Drehzahlbandbreite und damit optimale elektrische und aerodynamische Wirkungsgrade. Der Generator ist über einen 4-Quadranten- Vollumrichter mit dem Netz verbunden, der die maximale Drehzahlvariabilität und die Einhaltung sämtlicher Netzrichtlinien erlaubt. Rotorachsneigung: 5 Konuswinkel: - 2 BLATTVERSTELLUNG Prinzip: elektr. Einzelblattverstellung Leistungsregelung: Blattwinkel- & Drehzahlregelung TURM Bauart: Stahlrohrturm GETRIEBE Bauart: Stufenplanetengetriebe Nennleistung: kw Nenndrehmoment: knm Übersetzungsverhältnis: 1:10 GENERATOR Bauart Generator: synchron, permanenterregt UND UMRICHTER Nennleistung Generator: kw Nennspannung: V Drehzahlbereich: 45,1 148,5 min -1 Kühlung: Wasserkühlung Schutzklasse: IP 54 Bauart Umrichter: 4-Quadranten-Umrichter Leistungsfaktor netzseitig: 0,9 induktiv 0,9 kapazitiv MASSEN Rotorblatt: 16,5 t Nabe: 62 t Gondel: 233 t DAMIT SICH DER ROTOR DREHT 149

76 STARKER HALT AM MEERESGRUND Um eine hunderte Tonnen schwere Windkraftanlage dauerhaft und sicher im Meeresgrund zu befestigen, ist Höchstleistung gefordert. Bei der sogenannten Gründung von Windkraftanlagen auf hoher See gibt es keine Standardlösungen. Unterschiedliche Wassertiefen, geologische und meteorologische Besonderheiten sowie die jeweilige Entfernung zur Küste müssen bei der Planung von Fundament und Logistik berücksichtigt werden. Die Kräfte der Natur Wellen, Strömungen, Stürme, Salzwasser und Eis stellen höchste Anforderungen an Konstruktion und Material. DAMIT SICH DER ROTOR DREHT 150 VIER VON SIEBEN FUNDAMENTKLASSEN. Sieben Fundamenttypen für Offshore-Windkraftanlagen kennt die Technik, mit vieren davon hat die deutsche Windindustrie schon Erfahrungen gesammelt: Die Jacket-Fundamente sind Fachwerkkonstruktionen und ähneln als solche den bekannten Überland-Strommasten. Monopiles bestehen aus einem einzigen zylindrischen Pfahl. Tripile-Fundamente wiederum sind drei Stahlpfeiler, denen über der Wasseroberfläche eine Dreibeinkonstruktion aufgesetzt wird, die die Windturbine trägt. In den Windparks Alpha Ventus, Global Tech I, MEG 1 und voraussichtlich auch Deutsche Bucht schließlich werden die Windturbinen AREVA Multibrid M5000 von Tripod-Fundamenten getragen Grund genug, sich diese Klasse der Fundamente einmal näher anzuschauen. EIN HÖCHST STABILES DREIBEIN. Ein Tripod ist, vereinfacht gesagt, eine Konstruktion aus Stahlrohren, die den Hauptpfahl unter Wasser stützt. Die Rohre sind in einem Winkel von 120 verschweißt und bilden so einen höchst stabilen Dreibock. Um den Tripod im Meeresboden zu verankern, ist an jedem seiner Fußpunkte ein oben offenes, sich nach unten hin verjüngendes senkrechtes Drei Gründungspfähle Rohr angeschweißt, der sogenannte Pile Sleeve. In befestigen das Fundament diese Rohrhülsen wiederum werden die jeweils 30 im Meeresgrund. Meter langen und 100 Tonnen schweren Gründungspfähle, die Piles, eingefädelt und danach in den Boden gerammt. Abschließend werden die Fundamente und Pfähle mit einem Spezialzement verklebt, das sogenannte Grouting. Die imposanten Dimensionen der Tripod-Fundamente werden im Hafen besonders deutlich. 151 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT

77 60 METER HOCH. Die Dimensionen der Tripods sind beeindruckend. Schon für MEHR SICHERHEIT FÜR DEN PILOTEN die Windkraftanlagen in Alpha Ventus waren 45 Meter hohe und 667 Tonnen schwere Exemplare entwickelt worden. Für den Windpark Global Tech I wurden sie aufgrund der größeren Wassertiefe noch einmal schwerer: Auf Grundflächen von 30 mal 30 Metern erheben sich nun 60 Meter hohe und 850 Tonnen schwere Fundamente. Ist ein Offshore-Windpark einmal errichtet und in Betrieb genommen, muss er regelmäßig gewartet werden. Servicetechniker gelangen üblicherweise mit dem Helikopter zur jeweiligen Windkraftanlage. Für die Wartungs- und Serviceflüge zum Offshore-Windpark MEG 1 wird ein völlig neues und innovatives Flugnavigations- NEUE TECHNIK IN DEUTSCHLAND. Die Konstruktion und Fertigung der 80 Fundamente für Global Tech I wurde in zwei Losen an die ARGE Tripod Global Tech I und an die SIAG Nordseewerke GmbH vergeben. Sie sind die ersten deutschen Unternehmen, die diese gewaltige Leistung erbringen, denn die Tripods für Alpha Ventus wurden in Norwegen gefertigt. system namens visio 3D eingesetzt. Es kombiniert Navigation und Windparkmanagementsystem in einem Gerät. Derzeit befindet sich visio 3D in der finalen Testphase und wird von der Nawio GmbH, einem Tochterunternehmen der Windreich AG, auf den Markt gebracht. DER PILOT KANN FLEXIBEL REAGIEREN. Grundlage der Entwicklung war 152 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT AUSGEKLÜGELTE LOGISTIK ERFORDERLICH. Die ARGE Tripod Global Tech I ist ein Konsortium aus WeserWind GmbH in Bremerhaven und Erndtebrücker Eisenwerke GmbH & Co. KG in Rostock/Warnemünde. Bei WeserWind arbeiten rund 300 Mitarbeiter bis Mitte 2012 an diesem Großauftrag. Welche Herausforderungen dabei gemeistert werden müssen, erläuterte Dirk Kassen, Geschäftsführer der WeserWind GmbH: Die Stahlröhren der Tripods werden am Stück bei uns montiert. In einer Halle befinden sich gleichzeitig sechs dieser Tripod-Fundamente. Da muss beim,rangieren die Logistik einfach stimmen, um Kollisionen zu vermeiden. TAUSENDE VON RAMMSCHLÄGEN. Bei der Montage auf hoher See geht es ebenfalls mächtig zur Sache. Um das Fundament sicher zu befestigen, muss jeder einzelne Gründungspfahl mit rund Rammschlägen 30 bis 40 Meter tief in den Meeresboden getrieben werden. Bei guten Bedingungen dauert der gesamte Aufbau eines Tripod-Fundaments nur zwei bis drei Tage. Die Witterung bestimmt Doch darauf kann man sich nicht verlassen: Bei der das Tempo der Errichtung. Errichtung der sechs Tripods für Alpha Ventus zogen sich die Gründungsarbeiten wegen des schlechten Wetters deutlich länger hin. Auch war das damals verfügbare Equipment für die Aufgabe nicht genau passend. Deshalb werden heute Spezialschiffe gebaut, die diese ein GPS-gestütztes Navigationssystem der Moving Terrain AG, das vor 10 Jahren von Willi Balz mitentwickelt wurde. Es verfügt über ein großes Vollgrafikdisplay und ist bereits seit vielen Jahren erfolgreich in zahlreichen Flugzeugen und in Helikoptern der Bergrettung unter härtesten Bedingungen im Einsatz. Dieses System bietet neben vielen anderen Funktionen eine zu jeder Tageszeit und bei allen Witterungsbedingungen funktionierende Geländekollisionswarnung. Außerdem ermöglicht es, jederzeit aktuelle Wetterdaten abzurufen und sofort in die Flugroutenplanung einzubinden. Dank dieser beiden Funktionen kann der Pilot flexibel auf jede Wettersituation reagieren. Beim Einsatz auf hoher See, wo sich Wetter und Flug- bedingungen schnell ändern, verbessert ein solches System die Sicherheit und Effizienz der Einsatzflüge deutlich. INS BETRIEBSSYSTEM INTEGRIERT. Für den Einsatz bei MEG 1 wurde das Basissystem komplett neu entwickelt und über seine vorhandenen Ausstattungsmerkmale hinaus erheblich erweitert und an die Erfordernisse eines Offshore-Windparks angepasst. Ziel war es, die Navigationstechnologie vollständig in das bestehende Betriebsführungssystem des Windparks zu integrieren und den Piloten so in die Logistikplanung einzubinden, ohne ihn zusätzlich zu belasten. 153 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Errichtungsaufgaben präzise und wirtschaftlich erfüllen können. AUTOMATISCH ERRECHNETER FLUGPLAN. Zunächst wird die exakte Position jeder einzelnen Windkraftanlage im Windpark sowohl zwei- als auch

78 dreidimensional in der Kartenansicht visualisiert. Zusätzlich erhält das visio 3D eine GPS/UMTS-basierte Datenverbindung mit dem Hauptrechner des Windparkleitstands. Auf diese Weise ist ein ständiger Datenaustausch zwischen dem Leit- standrechner und dem Einsatzhubschrauber sichergestellt. Im Fall eines Der Pilot steht in plötzlichen Anlagenfehlers kann die Leit- stelle den permanentem Kontakt Piloten davon über das Flugdisplay sofort in Kenntnis zur Leitstelle. setzen. Die Servicetechniker im Hubschrauber erhalten die Informationen ebenfalls über im Helikopter installierte Sekundär- displays. Das System integriert die Nachricht in die Flugplanung und erstellt auto- matisch eine zeitoptimierte Flugroute zwischen den einzelnen Windkraftanlagen. 154 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT AUCH NACHTS SICHER UNTERWEGS. Über ein weiteres Ausstattungsmodul werden die Windkraftanlagen inklusive der Rotorblätter in ihrer exakten Höhe dargestellt. Bei jeder gefährlichen horizontalen oder vertikalen Annäherung an eine Windkraftanlage erhält der Pilot eine visuelle und akustische Warnung. Für den Piloten ist dies insbesondere bei Schlechtwetter und bei Nacht ein enormer Sicherheitsgewinn. Zusätzlich ist der Hubschrauber mit einer speziellen Infrarot-Kamera ausgestattet, deren Livebilder auf das Flugdisplay zugeschaltet werden können. Mit Hilfe dieser Ausstattung werden auch bei Nacht gefahrlose Einsatzflüge unter Sichtflugbedingungen möglich. KÜRZERE SERVICEINTERVALLE, MEHR ERTRAG. Durch die vielfältigen und teilweise völlig neu entwickelten Ausstattungsmerkmale von visio 3D können bei nahezu jedem Wetter Einsatzflüge gefahrlos durchgeführt werden. Durch die weitgehende Unabhängigkeit vom Wetter lassen sich die Serviceintervalle präzise einhalten und eine zustandsorientierte Instandhaltung durchführen: Es ist nicht mehr nötig, günstige Flugbedingungen abzuwarten. Das steigert die Verfügbarkeit des Windparks und damit letztlich den Stromertrag erheblich. Das Navigationssystem visio 3D ermöglicht auch bei schlechten Sichtverhältnissen sicheren Flug. Aktuelle Wetterdaten fließen automatisch in die Routenplanung ein. Der Pilot ist vollständig in die Logistik des Windparks eingebunden. Foto: Offshore-Stiftung/AREVA Wind/Jan Oelker, 2009

79 HÄRTESTE TESTS FÜR WINDKRAFTANLAGEN Fraunhofer IWES in Bremerhaven sind spezialisiert auf die überdimensionalen Material- und Zuverlässigkeitstests. Die Prüfeinrichtung ist eine der größten der Welt. Um den gesamten Lebenszyklus einer Windkraftanlage zu erfassen und zu opti- Ein Prüfstand für Blattlängen bis 70 Meter ist seit 2009 in Betrieb. Aufgrund der mieren, braucht man interdisziplinäre Teams. Anlagenbauer, Produktionstechniker, starken Auslastung wurde Anfang Juni 2011 zusätzlich ein 90-m-Prüfstand eröffnet. Entwickler von zerstörungfreien Prüfverfahren und Mathematiker, die die Strom- Das Interesse der Rotorblatthersteller an einer Nutzung des Prüfstandes ist enorm ausbeute simulieren, müssen zusammenarbeiten. Deshalb wurde im Januar 2009 das hoch, so Prof. Dr.-Ing. Bullinger. Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Bremer- haven und Kassel unter der Leitung von Prof. Dr. Andreas Reuter und Prof. Dr. SOFTWARE BERECHNET ERGEBNISSE. Und so werden die Rotorblätter Jürgen Schmid gegründet. geprüft: Der zu untersuchende Flügel wird an einem im Boden verankerten Betonblock horizontal festgeschraubt und dann mit Seilen unter Zug gesetzt. Um UMFASSENDE KOMPETENZ. Unter dem Dach des neuen Instituts wurden genau nachvollziehen zu können, wie sich das Rotorblatt unter Belastung verformt, mehrere Forschergruppen zusammengefasst: Das bisherige Fraunhofer-Center für haben die Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Informations- und Daten- Windenergie und Meerestechnik CWMT in Bremerhaven bringt seine Erfahrungen im Bereich Materialprüfung und Simulation ein, während das ehemalige Institut für Solare Energieversorgungstechnik ISET in Kassel auf elektrotechnische Fragestellungen spezialisiert ist. So entstand ein Kompetenzzentrum, das alle Dienstleistungen von Entwicklung und Bau der Komponenten bis hin zur Betriebssteuerung und Prüfung anbietet. verarbeitung IITB ein eigenes Messsystem ent- 15 Meter Verbiegung muss ein 70 wickelt und in Bremerhaven installiert: Auf Meter langes Blatt aushalten. dem zu prüfenden Rotorblatt und in der Halle werden Markierungen angebracht, die eine Kamera während des Versuchs registriert. Eine Software wertet die Bilder aus, bestimmt die genaue Position der markierten Punkte im Raum und berechnet, wo sich das Rotorblatt wie weit gebogen oder verdreht hat. 15 Meter Verbiegung muss PROGNOSE FÜR WINDSTROM. Das Fraunhofer IWES in Kassel ist ein 70 Meter langes Blatt unbeschadet aushalten, damit es den 156 spezialisiert auf Netzintegration von Kraftwerken und prognostiziert mit Hilfe von Sicherheitsanforderungen entspricht. DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Computersimulationen die Stromproduktion. Solche Hochrechnungen helfen, fossile Rohstoffe zu sparen: Wenn die Betreiber von Gas- oder Kohlekraftwerken vorher wissen, wann Windkraftanlagen Strom liefern, können sie die Produktion rechtzeitig drosseln. Mittlerweile lassen sich mit Wettersimulationen die Leistungen von Windkraftanlagen 24 Stunden im voraus sehr genau vorhersagen. VERFORMUNGSTESTS IM GROSSFORMAT. Damit die Anlagen auch tatsächlich die errechneten Leistungen erbringen, müssen sie in technisch einwandfreiem Zustand sein", sagte Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bullinger, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft und Aufsichtsratsvorsitzender der Windreich AG. Schon kleine Materialfehler können verheerende Folgen haben. Die Prüfung der Bauteile allen voran der Rotorblätter ist eine Wissenschaft für sich. Die Ingenieure am MEHRERE MILLIONEN SCHWINGUNGEN. Auch die dynamische Belastung können die Forscher in Bremerhaven simulieren: Das Rotorblatt wird eingespannt und mit Hilfe von Hydraulikzylindern in Schwingung versetzt. Durch Nutzung der Eigenfrequenz werden große Biegeverformungen erzeugt, die mit den Verformungen an der Windenergieanlage vergleichbar sind. Währen eines Prüfzyklus von mehreren Millionen Schwingungen wird das Blatt immer wieder inspiziert, um festzustellen, ob die Beanspruchung Schäden im Material hervorgerufen hat. Um in einem zyklischen Schwingungstest mehrere Zonen eines Rotorblattquerschnitts gleichzeitig zu prüfen, entwickelten die Forscher ein mehrachsiges Testsystem. Es liefert in einer kürzeren Zeit und mit geringerem Energieaufwand als die vorherige Prüfmethode zuverlässige Ergebnisse. DAMIT SICH DER ROTOR DREHT 157

80 Die Prüfung der Bauteile allen voran der Rotorblätter ist eine Wissenschaft für sich. PROF. DR.-ING. HANS-JÖRG BULLINGER, PRÄSIDENT DER FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT DAMIT SICH DER ROTOR DREHT DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Auf dem Prüfstand der Fraunhofer-Gesellschaft werden Rotorblätter gebogen und in Schwingung versetzt.

81 HUNDERTE VERKLEBTE SCHICHTEN. Auch äußerlich makellose Rotorblätter günstig sind. Andere Forschergruppen arbeiten an Prüfgeräten, die mit Ultraschall haben unter Umständen Fehler im Material, und die sind gefährlich. Sie können, wenn oder Licht Defekte in den Rotorblättern aufspüren. das Rotorblatt den Belastungen des Alltags ausgesetzt wird, zu mechanischen Spannungen, zum Aufreißen des Laminats und unter Umständen zum Bruch führen. Daher werden hohe Anforderungen an die Produktion gestellt: Bei der Herstellung eines Rotorblattes müssen bis zu Hunderte von Glasfasermatten oder -gewebestreifen plan aufeinander gelegt und im Vakuum mit speziellen Harzen verklebt werden. Schon kleine Fehler oder Unregelmäßigkeiten können dazu führen, dass sich Luftblasen, Wellen oder Falten bilden. ANALYSE DER TRAGSTRUKTUR. Neben den Rotorblättern steht die Tragstruktur der Offshore-Anlagen im Fokus der Wissenschaftler. Die Aeroelastische Simulation von Offshore-Windanlagen erlaubt ihnen, das Zusammenspiel von Baugrund, Wind- und Wellenlasten durch finite Elemente ein Standardwerkzeug bei der Festkörpersimulation zu berechnen. Ziel ist es, die technische Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen durch eine optimierte Gesamtsimulation zu verbessern und dadurch Offshore-Windparks besser planbar zu machen. Hier hat das Fraun- hofer- FEHLER UNTER DER OBERFLÄCHE. Das Fraunhofer-Institut für Holzfor- Institut im internationalen Vergleich einen Spitzenplatz erreicht, erläuterte Prof. Dr.- schung WKI in Braunschweig hat ein Verfahren entwickelt, das unsichtbare Fehler Ing. Bullinger. aufspürt: die Infrarot-Thermografie. Diese ist für die Materialprüfung sehr gut geeig- 160 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT net, schnell, verhältnismäßig kostengünstig und verursacht keine Schäden. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche der Rotorblätter Eine Spezialkamera verfolgt die lediglich kurz mit einem Infrarotstrahler erwärmt. Ausbreitung der Wärme. Anschließend kann mit einer Spezialkamera sichtbar gemacht werden, wie sich die Wärmefront im Material ausbreitet. Stößt die Front beispielsweise auf Lufteinschlüsse oder Delaminationen, wird sie gestaut, weil sich Wärme in Luft schlechter ausbreitet als in festem Laminat. Mit der InfrarotThermografie können die Forscher jetzt also einige Zentimeter tief in das Material hineinsehen. Dabei werden alle Einschlüsse sichtbar, die eine andere Wärmeleitfähigkeit haben als Glasfaser, wie zum Beispiel Luft, Metall oder Wasser. So können Prüfer Defekte, die unter einer makellosen Oberfläche verborgen sind, schneller und zuverlässiger aufspüren. SENSOREN REGISTRIEREN BRÜCHE. Das Fraunhofer-Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP entwickelt Sensoren, die Materialermüdungen frühzeitig erkennen. Die Sensoren messen Verbiegungen im Rotorblatt und registrieren kleine Brüche im Material. Mit Hilfe dieser Messungen lassen sich größere Schäden voraussagen. Bevor ein Rotorblatt zerbricht, schlagen die Sensoren Alarm. Die AUSBLICK: NACH DEM VORBILD DER NATUR BIONIK Wie in jeder Wachstumsbranche herrscht auch in der Windkraftnutzung hoher Innovationsdruck. Neue Technologien sollen die Produktivität steigern, die Energieeffizienz erhöhen und gleichzeitig die Kosten reduzieren. Ein besonders vielversprechender Innovationsmotor im Technologiebereich ist die Bionik. NEUER NAME, ALTE IDEE. Unter Bionik versteht man jene Wissenschaft, die Erfindungen" der Natur entschlüsselt und sie in der Technik anwendet oder nachahmt. Schon Ulrich Hütter hat so gearbeitet, als er den Verlauf von Holzfasern um Astlöcher analysierte und nach diesem Modell eine Schlaufenlösung zur Krafteinleitung bei GFK-Rotorblättern entwickelte. Die Bionik liefert aber nicht nur wichtige Impulse für Innovationen, sondern hilft auch dabei, technische Phänomene zu veranschaulichen. Von beidem kann die Windkraftbranche profitieren. NATUR ALS VORBILD. In der Natur existieren bereits Lösungen, um Wind- 161 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Sensoren sind für das Langzeitmonitoring auf See gut geeignet, weil sie in die energie effizient zu nutzen", sagte Dr. Dipl.-Ing. Eberhard A. Veit, Vorstands- Glasfaserlaminate integriert werden, absolut wetterbeständig und nebenbei kosten- vorsitzender des Automatisierungsspezialisten Festo AG und stellvertretender

82 Aufsichtsratsvorsitzender der Windreich AG. Sie haben sich im Laufe einer Millionen von Jahre andauernden Evolution ausgebildet und einen hohen Grad an Perfektion erreicht. Die Herausforderung besteht nun darin, diese Lösungskonzepte der Natur über die Bionik in industrielle Produkte umzusetzen. DIE BRUSTFLOSSE DES BUCKELWALS. Ein Beispiel für die Innovationsimpulse, die die Bionik für die Windkraftbranche bereithält, ist die Effizienzsteigerung von Windkraftanlagen durch eine Wirkungsgrad-Optimierung der Rotorblätter. Einer Studie von Forschern der Harvard University in Cambridge zufolge können die Brustflossen von Buckelwalen als Vorbild für effizientere Rotorblätter dienen. Kleine Erhebungen an der OberÀäche der WalÀosse verhindern einen Strömungsabriss. winkeln von über 40 Grad reißt die Strömung nicht abrupt ab. Übertragen auf strömungen an Flugzeugflügeln und Windrotoren ließe sich mit diesem ft DieForscherwiesenach,dasdiewinzigenErhebungenaufdenBuckelwalfloseneinenunerwünschtenAbrisderWaserströmungverhindern.SelbstbeiAnstel- 162 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT

83 EFFIZIENTERE PRODUKTION. Doch nicht nur am Produkt selbst, auch im Fertigungsprozess können aus der Bionik abgeleitete Innovationen Vorteile bringen. Durch den Einsatz biomechanischer Produkte wie beispielsweise dem von Festo entwickelte Greifer BionicTripod lässt sich der Herstellungsprozess von Windkraftanlagen und deren Komponenten aus der Zulieferindustrie deutlich effizienter gestalten, was letztendlich einer schnelleren Amortisation der Windkraftanlagen zugute käme. DIDAKTISCHER MEHRWERT. Die Bionik ist für die Windbranche jedoch auch in ganz anderer Weise nutzbringend. Zum einen kann über die Bionik das Image einer Technologie weiter verbessert werden. Auch wenn sich die öffentliche Meinung hinsichtlich der Errichtung von Windkraftanlagen in den letzten Jahren deutlich zum Positiven gewendet hat, so hat sich dieser Wandel vor allem vor dem Hintergrund der Klimawandel-Debatte ergeben. Auf technologischer Ebene hat die Windkraftbranche in punkto Wahrnehmung in der Öffentlichkeit noch Nachholbedarf. Hier hält die Bionik positive Effekte bereit, denn über sie kann aus der Natur entlehnte Technologie veranschaulicht werden und dadurch eine breite Akzeptanz erfahren: Denn warum sollte etwas falsch sein, das die Natur vorlebt? waren begeistert. Wir führten am Stand und weit über die Messe hinaus viele fruchtbare Gespräche und konnten unsere Marke im Bewusstsein der Öffentlichkeit verankern. EFFIZIENZ, ATTRAKTIVITÄT, AKZEPTANZ. Diese Erfahrungen sind durchaus auf die Windkraftbranche übertragbar. Die Anwendung von Prinzipien aus der Natur in der Technik wird nicht nur der Effizienzsteigerung des Produkts Windkraftanlage entscheidende Impulse geben. Mit Hilfe der Bionik kann die Attraktivität der Branche vermittelt und nicht zuletzt die Akzeptanz neuer Technologien in der breiten Öffentlichkeit befördert werden. 164 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT ATTRAKTIV FÜR FACHLEUTE. Zum anderen kann die Bionik bei der Bewältigung einer großen Herausforderung der nächsten Jahre helfen: Auch die Windkraftbranche wird sich früher oder später der Problematik des Fachkräftemangels stellen müssen. Um qualifizierte Mitarbeiter zu finden, muss ein Unternehmen als attraktiv wahrgenommen werden. Hier ist die Bionik ein guter Vermittler, um Interesse und Begeisterung für ein Fachgebiet zu wecken. Festo hat mit der Veranschaulichung von Technologie durch die Bionik bei der weltgrößten Automatisierungsmesse in Hannover sehr gute Erfahrungen gemacht", sagte Dr. Dipl.-Ing. Veit. Wir zeigten, wie sich künstliche Quallen mithilfe unserer Technologie autonom bewegen, ein einfaches Schwarmverhalten zeigen und eigenständig miteinander kommunizieren. Messebesucher, Kunden und Mitarbeiter DAMIT SICH DER ROTOR DREHT 165

84 GEDANKEN VON DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ ERFOLG DURCH INNOVATIONSKRAFT Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bullinger und Dr. Dipl.-Ing. Eberhard A. Veit bringen aktuell im Aufsichtsrat der Windreich AG wertvolle Erfahrungen und Impulse aus ihrem Forschungs- und Berufsalltag in unser Unternehmen ein. Wir bei der Windreich AG sind aber auch selbst als Entwickler aktiv. Ich als Ingenieur suche immer nach einer noch besseren 166 DAMIT SICH DER ROTOR DREHT Lösung für jede technische Herausforderung. Durch das optimale Zusammenspiel von ausge- feilter Aerodynamik, zuverlässigem Maschinenbau und effizienter Elektrotechnik sind deutsche Windkraftanlagen heute unerreicht leistungsfähig und zuverlässig.

85 INNOVATION IST TEAMARBEIT FORSCHUNG UND VERNETZUNG IN DER WINDBRANCHE Die Windindustrie hat sich dank des enormen Wachstums der vergangenen Jahre als starker Wirtschaftszweig konsolidiert. Nun erwarten Experten einen Wandel der Branche. Laut einer Prognose der Beratungsfirma KPMG schmieden vor allem kleinere Anbieter und Zulieferer Allianzen oder werden gekauft und gehen in größeren Unternehmen auf. 168 INNOVATION IST TEAMARBEIT MIT EINER STIMME SPRECHEN. Die Branche hat Verbände und Interessenvertretungen gebildet, die ihr ein geschlossenes Auftreten erlauben und in der Öffentlichkeit eine gemeinsame Stimme geben etwa den Bundesverband WindEnergie e.v. (BWE) oder, als bundesweiten Ansprechpartner speziell für die Offshore-Windindustrie, die Windenergie-Agentur Bremerhaven/Bremen e.v. (WAB). So bleibt der Austausch zwischen den politischen Entscheidungsträgern und den Akteuren der Wirtschaft gewahrt und das gemeinsame Ziel einer nachhaltigen Stärkung der Erneuerbaren Energien im Blick. Gleichzeitig können im Verbund Forschungsprojekte realisiert werden, die für einzelne Unternehmen nicht sinnvoll sind. FORSCHER AUS VIELEN DISZIPLINEN. Beim Thema Forschung und Entwicklung wird Zusammenarbeit ebenfalls groß geschrieben und zwar sowohl auf Ebene der Unternehmen, als auch an den Hochschulen: Die Windkraftnutzung

86 berührt so viele verschiedene Fachgebiete, dass sich Wissenschaftler über die Grenzen ihrer Disziplinen hinaus austauschen und gemeinsam an der Weiterentwicklung der Technologie arbeiten. Unternehmen begleiten diese Projekte, ermöglichen Praxistests, liefern Daten und Erfahrungen aus dem Einsatz, die wiederum an den Universitäten ausgewertet werden. kraft GmbH. Selbst große Unternehmen wie diese drei betraten mit dem Projekt absolutes Neuland. Denn die Wetterverhältnisse am Standort von Alpha Ventus sind rau. Der Wellengang kann bei schwierigen Bedingungen höher als zehn Meter sein, erreicht im Schnitt aber zumindest sechs bis acht Meter. Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit beträgt zehn Meter pro Sekunde, dies entspricht Windstärke fünf. UMFANGREICHES SICHERHEITSKONZEPT. Es ist eine große Aufgabe, in ALPHA VENTUS DAS ERSTE DEUTSCHE OFFSHORE-TESTFELD einer so rauen Umgebung Zeitpläne einzuhalten, Zulieferer und Subunternehmer zu koordinieren, technische Perfektionsarbeit zu liefern und nicht zuletzt die Sicherheit aller Anwesenden auf der Baustelle zu gewährleisten. Die Erfahrungen, die DOTI Die wohl größte und bekannteste Forschungsstätte für Windkraft in Deutschland ist das Offshore-Testfeld Alpha Ventus, das 45 Kilometer nördlich der Insel Borkum und in einer Wassertiefe von 30 Metern errichtet wurde. Mit dem Betriebsstart 2010 begann hierzulande die Windstromerzeugung auf hoher See. Doch schon vorher hatte das Pilotprojekt viele wertvolle Erfahrungen geliefert. So war beispielsweise die dabei sammelt, kommen auch anderen Unternehmen zugute. Beispielsweise wurde für Alpha Ventus erstmals in Deutschland ein umfangreiches Arbeits- und Sicherheitskonzept entwickelt, das Verhaltensregeln, Verantwortlichkeiten und Arbeitsprozesse im Windpark detailliert festlegt. Genehmigung zur Errichtung von Alpha Ventus, die das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) 2001 erteilte, der erste derartige Bescheid einer deutschen Behörde. Seither hat das BSH viele weitere Genehmigungen für Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee ausgestellt und Standards für die Verfahren geschaffen, die bereits wieder evaluiert und weiter verbessert werden. FORSCHUNGSPROJEKT RAVE. Forschung und Entwicklung rund um Alpha Ventus sind unter dem Dach der Initiative RAVE (Research at Alpha Ventus) versammelt. Mit Unterstützung des Bundesumweltministeriums sollen die zahlreichen Projekte die Offshore-Tauglichkeit von Multi-Megawatt-Windenergieanlagen verbessern und zur größeren Umweltverträglichkeit der Offshore-Windenergienutzung INNOVATION IST TEAMARBEIT 170 WIRTSCHAFT, POLITIK UND FORSCHUNG VEREINT. Alpha Ventus ist ein großes gemeinsames Pionierprojekt von Wirtschaft, Politik und Forschung: Vertreter aller drei Gruppen sind in der Stiftung Offshore-Windenergie versammelt, die das Testfeld ursprünglich initiierte erwarb die Stiftung mit Unterstützung des Bundesumweltministeriums die Genehmigungsrechte am Standort von Alpha Ventus schloss sie einen Pachtvertrag mit der Betreiberin ab, der Deutschen Offshore- Testfeld und Infrastrukturgesellschaft (DOTI). Bis heute begleitet und unterstützt die Stiftung die Arbeit am Testfeld. NEULAND FÜR BETREIBERGESELLSCHAFT. DOTI, die Alpha Ventus realisiert und betreibt, ist ein Konsortium der Energieversorgungsunternehmen EWE AG, E.ON Climate & Renewables Central Europe GmbH und Vattenfall Europe Wind- beitragen. Die Themenpalette von RAVE ist breit und umfasst alle relevanten Aspekte: Gründungs- und Tragstrukturen, Anlagentechnik, Ökologie, Sicherheit und Akzeptanz werden erfasst, erforscht, evaluiert und weiterentwickelt. Die wissenschaftliche Koordination von RAVE liegt beim Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES, das auch selbst mit Forschungsprojekten zu den Themen Monitoring und Netzintegration an RAVE beteiligt ist. EIN RIESIGES FREILUFTLABOR. Ergänzt wird die Forschung an Alpha Ventus durch umfangreiche Messungen, die das Deutsche Windenergie Institut (DEWI) durchführt. Die Messtechnik wiederum wurde vom BSH installiert. So ist Alpha Ventus heute nicht nur ein Windpark, der mit zwölf Windkraftanlagen zu je fünf Megawatt installierter Leistung 220 Gigawattstunden Strom liefert, sondern gleichzeitig auch ein riesiges Freiluftlabor und der wahrscheinlich am besten erforschte Offshore-Windpark der Welt. 171 INNOVATION IST TEAMARBEIT

87 VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN WIE EINE OFFSHORE-WINDKRAFTANLAGE GEBAUT WIRD Der Rotor wird in unmittelbarer Hafennähe fertiggestellt. Ein spezielles Transportsystem verfrachtet ihn auf ein eigens konstruiertes Schiff. VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN

88 Das Tripod-Fundament wird errichtet. Nach der Fertigstellung stecken die Befestigungspfähle mehr als 35 Meter tief im Meeresboden VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN

89 17 VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN Der Turm besteht aus mehreren Teilen, die passgenau montiert werden. 176 VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN

90 Bereit zum Hochziehen: Der Rotorstern ist am Standort der Windkraftanlage eingetroffen VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN

91 VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN Von der Gondel aus überwacht ein Mitarbeiter die Montage. Die Arbeit an so exponierter Stelle ist nur unter strengsten Sicherheitsvorkehrungen möglich. VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN

92 VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN Der Stator, ein gigantischer Ringmagnet, sorgt dafür, dass der Rotor fast wie von selbst die richtige Position auf der Gondel findet. VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN

93 VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN Das Sternziehen" so nennen es die Windkraftingenieure, wenn der Rotorstern am Turm montiert wird. Es ist wichtig, dass dabei wenig Wind weht. VOM STAPELLAUF BIS ZUM STERNZIEHEN

94 INITIATIVEN IM SÜDEN DEUTSCHLANDS ANSPRECHPARTNER FÜR DIE REGIERUNG. Der Windcluster ist aber nicht nur eine Kommunikationsbasis für den brancheninternen Austausch, sondern auch ein Im Süden Deutschlands, hunderte Kilometer von der Küste entfernt, befindet sich ein kompetenter Ansprechpartner für die Landes- und die Baden-Württemberg will anderes Zentrum der Windkraftnutzung. Aus der Anzahl der installierten Windkraftanlagen ließe sich das allerdings nicht ersehen: Baden-Württemberg denn um Beschluss zum Atomausstieg vorrangig auf Windkraft Bundesregierung. Auf nationaler Ebene wird seit dem zehn Prozent Windstrom. dieses Bundesland handelt es sich ist in Deutschland derzeit das Schlusslicht, was gesetzt, um die Energiewende auch tatsächlich innerhalb die Windstromerzeugung angeht. des ambitionierten Zeitrahmens zu realisieren. Hier ist die Expertise der Branche gefragt. Im Land Baden-Württemberg wiederum hat die seit 2011 amtierende grünrote Regierung beschlossen, jährlich bis zu 150 Windkraftanlagen zu errichten. Damit VIELE MARKTFÜHRER VERSAMMELT. Dies überrascht umso mehr, wenn man einen Blick in die Wirtschaftsbilanz wirft. Sie zeigt, wie wertvoll die Branche soll das im Koalitionsvertrag festgeschriebene Ziel erreicht werden, bis 2020 für das Land ist: Baden-Württemberg beherbergt viele führende Unternehmen der mindestens zehn Prozent des Stromverbrauchs mit im Land erzeugter Windenergie zu Zulieferindustrie, darunter etliche Weltmarktführer in ihren Segmenten. Der decken. deutsche Marktführer unter den Der marktführende Hersteller von Herstellern von Windkraftanlagen greift KNAPP 500 ANLAGEN SIND NÖTIG. Diese erfreulichen Entwicklungen wollen Windkraftanlagen in Deutschland hat auf etwa 180 baden-württembergische Firmen und Institutionen der Windenergienutzung aus Baden-Württemberg 180 baden-württembergische Zulieferer. Zulieferer zurück. Insgesamt befassen aufgreifen, unterstützen und verstärken, heißt es in der Grundsatzerklärung des sich rund 350 Unternehmen im Land Windclusters zu den Regierungsvorhaben. Technisch sind die gewünschten Werte mit Windenergie. Sie erwirtschaften jedes Jahr mehr als eine Milliarde Euro durchaus realistisch: Mit einer Hochleistungs-Windkraftanlage der neuesten Generation sind an einem windstarken, exponierten Standort in Baden-Württemberg rund Umsatz, beschäftigen bereits jetzt nahezu hoch qualifizierte Arbeitskräfte und werden in den nächsten Jahren bei weiterem Ausbau der Windkraftnutzung 20 Millionen Kilowattstunden Stromertrag pro Jahr möglich. Mit knapp 500 solcher weiter wachsen. Anlagen kann das 10-%-Ziel erreicht werden INNOVATION IST TEAMARBEIT WINDCLUSTER BADEN-WÜRTTEMBERG. Um diesen Unternehmen eine FORSCHUNGSVERBUND WINDFORS. Auf Ebene der Universitäten und gemeinsame Plattform zu bieten, hat sich im Frühsommer 2011 der Windcluster Baden- Forschungseinrichtungen hat sich im Juni 2011 ebenfalls ein neues Netzwerk Württemberg gegründet. Wir wollen zeigen, dass viel Know-how und Kompetenz zur gegründet: das Windenergie-Forschungsnetzwerk Süd (WindForS). Sechs Hochschulen aus Baden-Württemberg und Bayern bündeln in diesem Zusammenschluss von 14 Errichtung von Windkraftanlagen im On- und Offshore-Bereich in Baden-Württemberg beheimatet sind, sagte Dr. Walter Döring, Vorsitzender des Windclusters und Instituten und Lehrstühlen ihre Kompetenzen in Forschung, Aus- und Weiterbildung stellvertretender Vorstandsvorsitzender der Windreich AG. Bis Mitte 2011 sind schon rund um das Thema Windkraft. Gemeinsames Ziel ist es, Windkraftanlagen noch knapp 40 Unternehmen Mitglied des Windclusters geworden. Mit ihren Erfolgsgeschichten legen sie Zeugnis davon ab, wie hervorragend die Perspektiven dieses effektiver und in allen Belangen umweltgerechter zu gestalten. zukunftsfähigen Marktes sind. EIN TESTFELD SOLL ENTSTEHEN. Schon ist ein erstes gemeinsames Projekt von WindForS und Windcluster Baden-Württemberg in Planung: Beide Vereinigungen wollen mit Unterstützung von Europäischer Union, Bund und Landesregierung ein Testfeld von europaweiter Bedeutung schaffen. Dieses Testfeld soll auf einem INNOVATION IST TEAMARBEIT

95 bewaldeten, exponierten Standort errichtet werden, auf dem besondere Windbedingungen vorherrschen. Denkbar wären zum Beispiel Standorte im Nord- und Südschwarzwald, auf der Schwäbischen Alb oder in Hohenlohe. NEUE FLÄCHEN ERSCHLIESSEN. Der Grund für diese Standortwünsche: Windkraftnutzung ist in einem solchen Gelände deutlich schwieriger als in flacheren Regionen. Der Wind ist schwer zu messen, er weht unregelmäßig und aus unterschiedlichen Richtungen, und auch die Errichtung von über hundert Meter hohen Türmen und gigantischen Rotoren ist an exponierten Standorten eine technische und logistische Herausforderung. Auf dem geplanten Testfeld könnten Hersteller und Betreiber von Windenergieanlagen ebenso wie ihre Zulieferer Technologien und Verfahren für diese besonderen Bedingungen erproben und auswerten. Die möglichen Forschungsgebiete sind zahlreich: Konstruktion, Fertigungstechnik und Betriebsführung zählen dazu, aber auch Modellierung, Messtechnik und Monitoring. Die Aerodynamik, ein Kernthema der Windkraftingenieure, würde weiter verbessert, ebenso wie Lärmreduktion und Speichertechnologien. Sogar neue Werkstoffe ließen sich anhand der gewonnenen Erkenntnisse entwickeln. 188 INNOVATION IST TEAMARBEIT EINZIGARTIG IN EUROPA. Ein solches Testgelände wäre bisher einzigartig in Europa. Das beweist, dass sowohl der Windcluster als auch WindForS jeweils für sich und erst recht gemeinsam zukunftsorientierte Einrichtungen in unserem Land sind, sagte Dr. Döring. Sie leisten einen wichtigen Beitrag, um das Land bei innovativen, arbeitsplatzsichernden und Wohlstand generierenden Technologien weltweit an der Spitze zu halten. Die Politik sieht das offenbar ähnlich: Das Konzept wurde den zuständigen Ministerien Umwelt, Land-/Forstwirtschaft und Wissenschaft bereits vorgelegt und dort mit großem Interesse aufgenommen. Ein neues Forschungsthema: Windkraftnutzung im Wald und auf den Bergen. INNOVATION IST TEAMARBEIT 189

96 STIFTUNGSLEHRSTUHL WINDENERGIE energieanlagen. Außerdem beteiligt man sich aktiv an Forschungsprojekten wie RAVE oder Upwind Integrated Wind Turbine Design, die von der Europäischen Union Die Windkraftnutzung in Baden-Württemberg hat nicht nur eine sehr lebendige Gegenwart, sondern auch eine große Vergangenheit. Um insbesondere das Erbe Ulrich Hütters zu wahren, richtete die Universität Stuttgart im Jahr 2004 den Stiftungslehrstuhl Windenergie (SWE) ein. Er setzt die Forschung und die Lehre des gefördert werden. Durch die Zusammenarbeit der Universität Stuttgart mit den Unternehmen der Region und anderen Hochschul- und Forschungseinrichtungen, unter anderem im Netzwerk WindForS, ist der SWE ein wichtiger und gewichtiger Faktor der Windkraftbranche im Land Baden-Württemberg. Windenergiepioniers am Institut für Flugzeugbau fort. Als erster deutscher Lehrstuhl für Windenergie hatte der SWE Vorbildwirkung: In der Zwischenzeit gibt es auch eine Stiftungsprofessur für Windenergiesysteme an der Universität Oldenburg und eine für Windenergietechnik an der Universität Rostock. Finanziert wurde der NACHKLANG DIE 20-MW-ANLAGE Lehrstuhl 2010 jeweils zur Hälfte vom ursprünglichen Stifter und Initiator Karl Schlecht, Gründer der Putzmeister AG, und Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz, dem Inhaber der Windreich AG. Im Frühjahr 2011 wurde das europäische Projekt UpWind nach fünf Jahren abgeschlossen. Es widmete sich der Frage, welche Dimensionen Windkraftanlagen in Zukunft erreichen werden. Die vorgelegten Ergebnisse zeigten beeindruckendes DAS GESAMTSYSTEM VERSTEHEN. Prof. Dr. Martin Kühn war der erste Potenzial: Obwohl dafür noch einiges an Forschung nötig ist, werden innerhalb der Inhaber des Stiftungslehrstuhls und erläuterte bei der Gründungsfeier, warum eine nächsten zehn Jahre Anlagen mit 20 Megawatt installierter Leistung zum Einsatz umfassende, auf Windkraftanlagen spezialisierte Ausbildung notwendig ist: kommen. Diese Anlagen hätten einen Rotordurchmesser von 200 Metern, also etwa 80 Meter mehr als die heute üblichen 5-MW-Anlagen, und wären auf rund 150 Meter 190 INNOVATION IST TEAMARBEIT In der Windenergiebranche gibt es seit Jahren einen starken Bedarf an wissenschaftlich geschulten, quali zierten Fachkräften. Sie sollen nicht nur Spezialisten f r Teilaspekte wie Aerodynamik, Festigkeitsberechnung oder Leistungselektronik sein, sondern gerade das Zusammenspiel all dieser Aspekte im System Windenergieanlage verstehen, weiterentwickeln und erfolgreich auf dem internationalen Markt vertreiben können. BETEILIGUNG AN INTERNATIONALEN PROJEKTEN. Neben der Nachwuchsförderung, einem ausdrücklichen Anliegen des Stifters, setzt der SWE einen weiteren Schwerpunkt auf die Offshore-Windkraftnutzung. Er widmet sich aber auch hohen Türmen montiert derzeit übliche Offshore-Windkraftanlagen haben gut 100 Meter Nabenhöhe. IN SEKTIONEN GETEILTE ROTORBLÄTTER. Die European Wind Energy Association (EWEA) sieht für diese Multi-Megawatt-Anlagen vor allem den Offshore- Bereich als Einsatzgebiet. Um sie zu realisieren, sind allerdings noch leichtere Rotorblätter nötig, die aus flexibleren Materialien gefertigt und mit individueller Steuerung und Pitch-Verstellung gemäß der momentanen Windrichtung und Windstärke versehen sind. In Betracht käme auch eine Aufteilung der Rotorblätter in jeweils zwei Sektionen, wie bei einem Flugzeugflügel. Das würde die Steuerung und den Transport der Rotorblätter deutlich erleichtern. Man sieht: Die Windindustrie wird sich auch technologisch immer weiter entwickeln. 191 INNOVATION IST TEAMARBEIT anderen zentralen Forschungsfeldern wie dem aeroelastischen Verhalten von Windenergieanlagen und deren Komponenten oder dem Betriebsverhalten der Wind-

97 INNOVATION IST TEAMARBEIT Das Forschungsprojekt UpWind erwartet Windkraftanlagen mit 200 Metern Durchmesser und 20 Megawatt Leistung. INNOVATION IST TEAMARBEIT

98 GEDANKEN VON DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ WIR EHREN ULRICH HÜTTERS ERBE Die Windreich AG ist ein wirtschaftlich überaus erfolgreiches Unternehmen: Wir entwickeln Onund Offshore-Windparks und setzen sie erfolgreich und gewinnbringend um. Außerdem blicken wir auch über unseren Tellerrand hinaus: Wir sorgen dafür, dass die technische Entwicklung immer weiter geht. Prof. Dr. Hütters Geist ist uns dabei 194 INNOVATION IST TEAMARBEIT Ansporn und Verpflichtung zugleich. Er hat gezeigt, dass mit Phantasie und Wagemut Großes möglich ist. Deshalb ist es Ehrensache für uns, den ersten deutschen Stiftungslehrstuhl für Windenergie am Institut für Flugzeugbau an der Universität in Stuttgart zu unterstützen.

99 TEIL 3 WINDSTROM UND E-MOBILITÄT

100 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS SAUBERER STROM FÜR E-MOBILITÄT Nur mit sauber und sicher erzeugtem Windstrom können die ambitionierten Klimaziele der Politik erreicht werden: Bereits heute wird mit Windkraftanlagen deutlich mehr umweltfreundlicher Strom produziert, als mit allen anderen Erneuerbaren Energieträgern zusammen. Durch den Ausbau der Offshore-Windkraftnutzung wird sich dieser Vorsprung weiter vergrößern. Ein entscheidender Faktor für den Klimaschutz ist die Mobilität: In Deutschland werden derzeit gut ein Fünftel der CO 2 -Emissionen vom Verkehr verursacht. Deshalb spielt Windenergie in umweltfreundlichen Mobili- 198 tätskonzepten die zentrale und entscheidende Rolle. M IT WINDENERGIE UNTE RWEG S PROJEKTE MIT HERZBLUT. Das weiß man auch bei der Windreich AG, wo man sich dem Thema E-Mobilität mit viel Herzblut widmet und dazu einen entscheidenden Beitrag leistet: Im Fuhrpark stehen mit Windstrom betriebene Dienstwagen bereit. Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz' Leidenschaft für das Segelfliegen hat zur Entwicklung des ersten völlig CO 2 -frei fliegenden zweisitzigen Motorseglers geführt. Viele weitere Projekte aus dem Hause Windreich zeigen, was Windstrom im Bereich der Mobilität zu leisten imstande ist. WINDPARKS KOMPENSIEREN ABGASE. Die Arbeit der Windreich AG unterstützt den umweltfreundlichen Autoverkehr direkt. Schon einer der über 20 geplanten 400-MW-Offshore-Windparks des Unternehmens kann rund 1,5 Millionen viersitzige

101 Elektrofahrzeuge betreiben. Gleichzeitig kompensiert er den CO 2 -Ausstoß von PKW mit Verbrennungsmotor und einer durchschnittlichen Fahrleistung von Kilometern pro Jahr. INDIVIDUALVERKEHR WÄCHST RASANT. Solche Beiträge sind dringend nötig: Im Jahr 2000 gab es weltweit 700 Millionen PKW. Bis zum Jahr 2050 wird diese Zahl voraussichtlich auf zwei Milliarden steigen. Nur wenn dieses Wachstum mit einem kräftigen Ausbau der E-Mobilität verbunden ist, lässt sich die Umweltbelastung durch Individualverkehr begrenzen. Biotreibstoffe und effizientere Motoren reichen dafür bei Weitem nicht aus. Nur Strom aus Windkraft ermöglicht umweltfreundliche Mobilität. HÖCHSTER WIRKUNGSGRAD. Der Bundesverband WindEnergie rechnete vor, wie groß die Effizienzunterschiede zwischen E-Mobilität und Verbrennungsmotoren sind: Moderne Motoren, die mit Benzin aus herkömmlich gefördertem Erdöl betrieben werden, erreichen einen Wirkungsgrad von der Quelle bis zum Rad von 20 Prozent. Wenn aufgrund der schrumpfenden Erdölreserven auch Ölsande verwendet werden, sinkt der Wirkungsgrad weiter auf 15 Prozent. Elektrofahrzeuge, die mit Strom aus Windkraft betrieben werden, nutzen hingegen fast die gesamte eingesetzte Energie. 200 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS NUR MIT WINDSTROM SINNVOLL. Auch beim CO 2 -Ausstoß sind Elektro- autos unschlagbar. Ein hoch effizienter Dieselmotor stößt 100 Gramm CO 2 pro Kilo- meter aus, dazu kommen noch 20 Gramm aus der Vorkette. Ein Elektroauto verursacht im Betrieb keinerlei Emissionen. Wird der Akku allerdings nicht mit Windstrom, sondern mit Strom aus dem herkömmlichen deutschen E-Mobilität mit dem herkömmlichen Strommix produziert so viel Energiemix geladen, müssen pro gefahrenem Kilometer 115 Gramm CO 2 - Ausstoß CO 2 wie ein Dieselmotor. einkalkuliert werden. Denn mehr als drei Viertel dieses Stroms werden heute noch mit Kohle, Atomkraft oder Erdgas erzeugt. E- Mobilität ist also nur mit sauberem Strom eine sinnvolle Alternative zu Verbrennungsmotoren, erläuterte Hermann Albers, Präsident des Bundesverbandes für Windenergie: Die deutschen Klimaschutzziele werden künftig nur mit Elektrofahrzeugen erreicht, die mit Windstrom und nicht mit konventionellem Strom angetrieben werden. Eine Million Elektroautos so viele sollen bis 2020 in Deutschland unterwegs sein würden nur rund drei Prozent des gesamtdeutschen Stromverbrauchs verursachen. 201 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS

102 ELEKTROMOBILITÄT MARKTPROGNOSE GENUG STROM IST VORHANDEN. Der Strombedarf für eine Million Elektroautos diese Anzahl strebt die Bundesregierung bis 2020 an würde rund drei Prozent des gesamtdeutschen Stromverbrauchs ausmachen. Die Voraussetzungen, um diesen Bedarf mit Windstrom zu decken, sind in Deutschland hervorragend. Schon jetzt wird mit Erneuerbaren Energien genug Strom erzeugt, um den gesamten Individualverkehr zu elektrifizieren: Das Potenzial an Erneuerbaren Energien reicht locker, um eine vernünftig gestaltete, individuelle E-Mobilität zu etablieren, sagte Dipl.-Ing. Markus Landau vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel. Er leitet den Forschungsbereich Hybridsysteme und Elektromobilität. LEISTUNGSFÄHIGE BATTERIEN. Ein wichtiger Faktor für den Erfolg von E- Mobilität ist die Kapazität der Batterien. Obwohl die Industrie von einer marktreifen Lösung noch weit entfernt ist, gelang vor wenigen Jahren ein grundlegender technologischer Sprung. Früher speicherte eine 100 Kilogramm schwere Blei- batterie nur genug Strom für eine Fahrt von 25 Kilometern. Mit einem 100 Kilogramm schweren Nickel-Metallhydrid-Akku kam man 50 Kilometer weit. Erst die Entwicklung von Lithium-Ionen-Akkus ermöglichte eine vertretbare Reichweite von 125 Kilometern. Und die Kosten für solche Batterien derzeit noch zu hoch für Massenserien werden nach Ansicht von Experten bald sinken. 202 DEUTSCHE STÄDTE WERDEN ABGASFREI. Die Bundesregierung fördert 203 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS FAHRZEUGE MIT ELEKTROANTRIEB, IN Bis zum Jahr 2020 sollen in Deutschland eine Million Elektrofahrzeuge zugelassen sein. Dieses Ziel der Bundesregierung wird von manchen Prognosen übertroffen. diese Bemühungen und unterstützt die Weiterentwicklung der E-Mobilität aktiv. Sie hat klare Ziele definiert: Laut dem Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität" sollen bis 2020 rund eine Million Elektroautos und Hybride mit Steckdosenschnittstelle (Plug-In-Hybride) in Deutschland unterwegs sein rechnet man mit fünf Millionen, und bis 2050 soll der gesamte Stadtverkehr ohne fossile Brennstoffe auskommen. Denn auch für die Bundesregierung ist klar, dass Elektromobilität und Erneuerbare Energien zusammengehören. Nur mit Ökostrom ist der Umstieg auf stromgetriebene Fahrzeuge sauber, sicher und sinnvoll. MIT WINDENERGIE UNTERWEGS Quelle: PRTM Management Consultants

103 LITHIUM-IONEN-AKKUS SIND BRENNSTOFFZELLEN ÜBERLEGEN LITHIUM-IONEN-AKKU BRENNSTOFFZELLE Ein Lithium-Ionen-Akku speichert Windstrom, der direkt zum Antrieb eines Elektromotors genutzt wird. Dabei müssen nur etwa 10 Prozent Umwandlungsverlust in Kauf STROM AUS WINDKRAFT STROM AUS WINDKRAFT genommen werden. Im Unterschied dazu dient Windstrom bei der Brennstoffzelle in erster Linie dazu, Wasserstoff durch Elektrolyse herzustellen. Erst bei der Reaktion des Wasserstoffs in der Brennstoffzelle wird jener Strom bereitgestellt, der den Elektromotor des Autos antreibt. Dieses Verfahren verursacht einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad. Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser - 50 % Umwandlungsverlust ALLEIN FÜR DIE HERSTELLUNG VON WASSERSTOFF WERDEN RUND 50 PROZENT DER EINGESPEISTEN WINDENERGIE VERBRAUCHT. DOCH DAMIT NICHT GENUG: 204 > Tiefkühlung und Kompression des Wasserstoffs verursachen weitere Energieverluste und zusätzlichen Stromverbrauch. > Der Transport des Wasserstoffs zu den Tankstellen durch LKW mit Verbrennungsmotoren verursacht CO 2 -Emissionen. > In Autos und Tankstellen gespeicherter Wasserstoff diffundiert, das heißt, die Tanks leeren sich nach einer gewissen Zeit. Auch so geht Energie verloren. Speicherung in Lithium-Ionen-Akku - 10 % Umwandlungsverlust Kompression, Kühlung und Logistik bis zur Wasserstoff-Tankstelle (erfolgt durch CO 2 -ausstoßende LKW) - 30 % Umwandlungsverlust 205 > Weitere zehn Prozent der Energie entfallen durch Wirkungsgradverluste der MIT WINDENERGIE UNTERWEGS Brennstoffzelle bei der Rückumwandlung von Wasserstoff in Elektrizität. FAZIT: Von der ursprünglich eingesetzten Menge der Primärenergie können durch die Brennstoffzelle nur 10 Prozent für Mobilität genutzt werden. Im Unterschied dazu erreicht der Lithium-Ionen-Akku als Speichermedium einen Wirkungsgrad von 90 Prozent. WIRKUNGSGRAD: 90 % Rückumwandlung in der Brennstoffzelle - 10 % Umwandlungsverlust WIRKUNGSGRAD: 10 % MIT WINDENERGIE UNTERWEGS Prozentangaben beziehen sich immer auf die Primärenergiemenge (Strom aus Windkraft).

104 MOBILE SPEICHERKAPAZITÄT. Wenn Elektroautos die traditionellen Benzin- die mit insgesamt 14 Kilowattstunden Strom geladen werden können. Dank dieser und Dieselfahrzeuge ablösen, verändert sich allerdings mehr als nur Autos und Pufferbatterien steht die benötigte Leistung unabhängig vom Wind zur Verfügung. Treibstoff. Auch die Netzplanung wird anders aussehen als heute. Elektroautos Eine zweite mobile Wind-Ladestation mit 32 Lithium-Paketen und 50 Kilowatt- können als mobile Stromspeicher fungieren, die bei Leistungsspitzen billigen Strom stunden Strom betreibt bis zu vier viersitzige Elektrofahrzeuge mit einer durch- aufnehmen, um das Netz zu entlasten, und ihn später gegen eine geringe Vergütung schnittlichen Fahrleistung von jährlich Kilometern. wieder einspeisen. Es bedarf einer durchdachten Lösung, um übertragenen Strom eindeutig einem Auto zuzuordnen und die Abrechnung unkompliziert abzuwickeln. PREISGEKRÖNTE IDEE. Damit sind die letzten Hindernisse vor einem völlig CO 2 - freien Segelflug genommen: Weder muss der Windreich Arcus E von einem kon- MOBILITÄT WIRD DEZENTRAL. Vorerst sind die Automobilhersteller gefordert, marktreife Modelle für die E-Mobilität zu entwickeln. Nebenbei arbeiten auch einige Stadtwerke, universitätsnahe Unternehmen sowie Akteure aus dem Bereich der Erneuerbaren Energien bereits an neuen Lösungen. Nach einem Zeitalter, in dem einige wenige Autohersteller und Erdölkonzerne die Mobilität bestimmten, löst der Aufstieg der E-Mobilität also einen fundamentalen Wandel aus Mobilität wird dezentral, und sie motiviert viele neue Marktteilnehmer, innovative Ideen umzusetzen. ventionellen Motorflugzeug in die Luft geschleppt werden, noch ist ein Rücktransport auf der Straße nötig. Für diese innovative Entwicklung wurde Der Windreich Arcus E der Windreich Arcus E 2011 im Rahmen des Wettbewerbs 365 Orte im Land der Ideen ausgezeichnet. steht für Innovationskraft. Baden-Württembergs Ministerpräsident Winfried Kretschmann würdigte das Segelflugzeug bei der feierlichen Preisverleihung im Neuen Schloss in Stuttgart als eines von 48 Projekten, die für die Innovationskraft und das Engagement im Land stehen. PROTOTYPEN MIT POTENZIAL BERTRAND PICCARD WAR BEGEISTERT. Schon kurz nach Fertigstellung des Windreich Arcus E war der Schweizer Wissenschaftler und Abenteurer Dr. Bertrand Piccard auf dem Flugplatz Hahnweide im baden-württembergischen Kirchheim unter 206 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS Die Windreich AG arbeitet mit zukunftsorientierten Projekten daran, die Bedeutung von Windstrom für die Mobilität von morgen bekannt zu machen. Am Anfang stand 2010 der Windreich Arcus E, ein Segelflugzeug, das völlig CO 2 -freies Fliegen ermöglicht. Der doppelsitzige Elektro-Motorsegler ist mit einem ausklappbaren Triebwerk ausgestattet. Beim Start, aber auch wenn fehlende Thermik eine Heimkehrhilfe nötig machen, kann der Segler das Triebwerk ausfahren und auf Motorflug umstellen. MOBILE LADESTATION. Um den Motor mit sauberem Strom zu versorgen, wurde eine 3,5-kW-Windkraftanlage mit 3,8 Metern Rotordurchmesser auf dem Dach der Flughalle montiert. Sie lädt die Batterie des Elektromotors. Zusätzlich hat die Windreich AG den Transportanhänger des Segelflugzeugs zu einer mobilen Ladestation umfunktioniert. Darauf befinden sich ein Windrad mit einem Kilowatt Leistung, Solar-Panels mit 500 Watt Leistung sowie vier Lithium-Batterien, Teck bei Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz zu Gast. Piccard hatte als erster Mensch die Erde in einem Ballon umrundet, und die beiden Windspezialisten fühlten sich schon allein durch ihren Pioniergeist auf Anhieb verbunden. Bei seinem Besuch war Piccard vom Windreich Arcus E so sehr begeistert, dass er es sich nicht nehmen ließ, bei bestem Flugwetter mit Willi Balz zu fliegen. KLIMANEUTRALER TRANSPORT. Im Juni 2011 startete das Windreich- Team mit dem Windreich Arcus E beim 45. Internationalen Hahnweide-Segelflugwettbewerb. Um auch die An- und Abreise der Mannschaft klimaneutral durchzuführen, wurden dafür ausschließlich Elektrofahrzeuge verwendet. Insgesamt absolvierte Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Willi Balz mit dem Windreich Arcus E in nur einem Sommer ein beachtliches Flugpensum: zwei Wettbewerbe, 50 Starts und rund Flugkilometer und zwar ohne eine einzige Außenlandung. 207 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS

105 ERFOLGREICHER PILOT. Die Erfolge von Willi Balz bei nationalen und internationalen Segelflugmeisterschaften sprechen für sich. So gewann er zum Beispiel 1984 die Internationale Meisterschaft sowie dreimal bei der Deutschen Meisterschaft im Streckensegelflug (DMST). Dreimal siegte er bei der baden-württembergischen Wertung zur DMST, siebenmal beim Klippeneck-Segelflugwettbewerb und achtmal beim internationalen Hahnweide-Segelflugwettbewerb. Zuvor aber wurden seine große Leidenschaft und sein einzigartiges Talent fürs Fliegen für jedermann sichtbar mit zahlreichen Siegen bei Modellflugwettbewerben: Er gewann bei der Landes- Modellflug-Meisterschaft in Kehl, wurde 1979 süddeutscher Meister im Modellflug in München und wurde deutscher Junioren-Meister in Asslar. EIN NEUES HERZ FÜR EINEN KLASSIKER. Das Thema Elektroauto beschäftigt die Windreich AG ganz besonders. Es veranschaulicht hervorragend die Leistungs- fähigkeit und Zuverlässigkeit von Windstrom im Alltag. Die Ingenieure statteten deshalb 2011 nicht irgendein Auto, sondern den berühmten Jaguar E mit einem leistungsstarken Elektroantrieb aus und machten damit dessen Namen zum Programm. Die Batterie wird mit Strom aus Windkraft gespeist. So konnte der legendäre Sportwagen aus dem Jahr 1961 als Windreich E" bei der Silvretta E starten, der 2011 durchgeführten Rallye für alternative Antriebskonzepte. Der Windreich E absolvierte die 300 Kilometer lange Strecke problemlos und bewältigte dabei mehr als MIT WINDENERGIE UNTERWEGS Der Jaguar E, ein Klassiker aus dem Jahr 1961, ausgestattet mit einem Elektromotor bei der Silvretta E. Dessen Leistungswerte sind besser als die des Originals. Höhenmeter und Steigungen von bis zu 15 Prozent. Die Leistungswerte des umgebauten Jaguar E waren dabei sogar besser als jene des Originalfahrzeugs. WELTWEIT FÜHRENDER WETTBEWERB. Zum krönenden Abschluss einer erfolgreichen E-Mobilitätssaison 2011 wurde am 5. November vom Königlichen Automobilclub (RAC) die Future Car Challenge von Brighton nach London veranstaltet. Bei diesem wegen der hohen Teilnehmerzahl von 70 Fahrzeugen und den präzisen, von der Universität London entwickelten Messmethoden weltweit führenden Wettbewerb für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben tritt die Automobilindustrie mit den fortschrittlichsten Technologien (Brennstoffzelle, Range Extender, Hybrid, reiner Elektroantrieb usw.) gegeneinander an. Gewinner sind diejenigen Fahrzeuge, welche bei dieser rund 100 Kilometer langen Wettfahrt auf Landstraßen, Autobahnen und in Londons berüchtigtem Stadtverkehr am wenigsten Energie verbrauchen MIT WINDENERGIE UNTERWEGS

106 DOPPELSIEGER WINDREICH E. Gewonnen haben nicht Entwicklungen der Industrie, sondern privat initiierte Elektrofahrzeuge. Der Sieger in der hart umkämpften Kategorie Prototypen wurde Dipl.-Ing. (FH) Willi Balz mit dem Windreich E. Darüber hinaus belegte der Windreich E den zweiten Platz in der Gesamtwertung. Geschlagen wurde Willi Balz nur von dem ehemaligen Formel-1-Konstrukteur Gordon Murray mit seinem lediglich rund 400 Kilogramm schweren E 27. Erst danach folgte das breite Spektrum der Technologien der weltweiten Automobilindustrie. Sowohl die 70 Teilnehmer der Future Car Challenge, als auch die über 500 Teilnehmer des London Brighton Run" sowie 50 Jaguar E (als Hommage an den 50. Geburtstag der Sportwagenikone) nahmen Aufstellung in der Regent Street. Dadurch konnten über Besucher in Londons Innenstadt drei Jahrhunderte Automobilgeschichte erleben. AUCH DIE BAHN FÄHRT MIT WINDREICH-STROM. Sogar die Deutsche Bahn, schon an sich ein sehr umweltfreundliches Fortbewegungsmittel, will bis 2050 ganz ohne CO 2 -Ausstoß unterwegs sein. Ihr enorm hoher Verbrauch macht dieses Bemühen sinnvoll: Insgesamt zwei Prozent des deutschen Stromverbrauchs entstehen durch den Betrieb von täglich Zügen. Pro Jahr kommen so zwölf Milliarden Kilowattstunden zusammen das entspricht in etwa dem Stromverbrauch der Stadt Berlin. Gut 80 Prozent des Stroms im Bahnnetz stammen aus Atom, Kohle und Gas. 210 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS NEUE STROMQUELLEN. Nach dem Atomausstieg hat die Deutsche Bahn große Anstrengungen unternommen, um neue Stromquellen zu erschließen. Im Frühjahr 2011 betonte Dr. Rüdiger Grube, Vorstandschef der Deutschen Bahn: Wir kaufen alles auf, was zu vertretbaren Konditionen an regenerativen Energien am Markt verfügbar ist. Ende Juli 2011 unterzeichnete die Deutsche Bahn schließlich einen Liefervertrag für große Mengen Strom aus Wasserkraft. WINDSTROM TREIBT ZÜGE AN. Auch Windkraft hilft mit, Züge mobil zu halten: In Märkisch Linden hat die Windreich AG 2008/2009 einen Windpark mit 20 Anlagen zu je 1,5 Megawatt Leistung errichtet. Insgesamt erzeugen die 30 Mega- watt installierter Leistung pro Jahr 61 Millionen Kilowattstunden Strom. Und genau dieser Strom wird von der Bahn genutzt: Sie betreibt damit sechs ICE-Züge das ganze Jahr hindurch vollkommen CO 2 -frei. Willi Balz (l.) und Bertrand Piccard (r.) im Windreich Arcus E. Der Schweizer Abenteurer war von dem innovativen Motorsegler sofort überzeugt.

107 GEDANKEN VON DIPL.-WIRT.-ING. (FH) WILLI BALZ FÜR UNSERE ZUKUNFT Wir leisten durch unser Engagement einen großen Beitrag für unsere CO 2 -freie Zukunft. Dazu zählt auch die Zukunft der Mobilität, welche mir persönlich sehr am Herzen liegt. Wind ist die Energie für die Mobilität von morgen. Deshalb ist die E-Mobilität eine wichtige Säule innerhalb unserer Unternehmensgruppe. Ob es um tägliche Bestleistungen der 212 MIT WINDENERGIE UNTERWEGS Windreich AG oder um Pionierleistungen für neue Technologien geht es zählen immer die gleichen Kriterien, nämlich Präzision, Geschwindigkeit, messbarer Erfolg und Teamgeist. Daher tauschen wir uns auch regelmäßig mit dem e-genius-team der Universität Stuttgart oder auch mit Prof. Bertrand Piccard vom Solar-Impulse-Team aus. Willi Balz (l.) und der Schweizer Wissenschaftler und Abenteurer Bertrand Piccard (r.) flogen im Oktober 2010 mit dem Windreich Arcus E völlig CO 2 ~frei vom Flugplatz Hahnweide zum Flughafen Stuttgart.

108 NACHWORT

109 DER SIEGESZUG DER WINDENERGIE 216 DER SIEGESZUG DER WINDENERGIE Die Windenergie ist weltweit anerkannt die Königin der regenerativen Energien. Wenn sie ihren Siegeszug erfolgreich fortsetzen soll und wenn die Visionen der Wind-Pioniere" Ulrich Hütter und Willi Balz Wirklichkeit werden sollen, dann braucht es nicht nur kontinuierliche Innovationen durch höchste Ingenieurskunst, sondern auch ein eindeutiges Bekenntnis von Politik und Gesellschaft zu dieser Form der Energie- und Stromerzeugung: Die Windenergie benötigt die erforderliche Infrastruktur wie Hochleitungsmasten, ausreichende Hafenkapazitäten, hochmoderne und leistungsfähige Errichterschiffe, beschleunigte Genehmigungsverfahren, neue, zukunftsträchtige Ausbildungsberufe und für einige Zeit auch noch Finanzierungshilfen, überwiegend in Form von Bürgschaften. Wenn alle gemeinsam in die richtige Richtung denken, planen und realisieren, dann wird die Vision zur Realität: Die Windkraft sorgt weltweit für saubere Energie und einen gelungenen Ausstieg aus der Kernenergie. Dr. Walter Döring Stv. Vorstandsvorsitzender Windreich AG Vorsitzender Windcluster Baden-Württemberg Wirtschaftsminister a. D. Ein historisches Dokument aus der Zeit des Neubeginns der Windkraftnutzung nach dem Zweiten Weltkrieg: 1947 ersuchte das Wirtschaftsministerium Württemberg-Baden, Ulrich Hütter für den Bau einer Windkraftanlage jede mögliche Unterstützung zuteil werden zu lassen".

110 Willkommen im neuen Windenergie-Zeitalter.

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