3Windkraft

von F. Besch und U. Cimolino

3.1Aufbau, Technik und historische Entwicklung

Auch die Windenergie ist keinesfalls eine „neue“ Technik. Sie wurde bereits im 12. Jahrhundert entwickelt und konsequent ausgebaut. Bis heute sind die in weiten Teilen Deutschlands noch erhaltenen Windmühlen dafür ein sichtbares Zeichen.

Windkraftanlagen in der heutigen Form entstanden in den 1950er-Jahren vor allem in Dänemark und den USA. In Deutschland konnte sich die Technik erst zu Beginn der 1990er-Jahren durchsetzen.

Waren 1992 nur 1.211 Anlagen in Betrieb, so waren es Ende 2011 schon rund 22.000 Anlagen.5 Diese Zahl wird in Zukunft sicher weiter steigen, zumal neue Anlagen Windkraft auch dort rentabel machen, wo es vor Jahren noch nicht der Fall war.

Dabei bleibt die Anzahl der für die Feuerwehr relevanten Schadenslagen bei ca. zehn pro Jahr stabil.

Gerade weil Schadenslagen im Zusammenhang mit Windkraft so selten, aber in der Regel sehr aufwändig in der Abarbeitung sind, müssen sich die Feuerwehren darauf ausreichend vorbereiten.

Abb. 3.1/1:Historische Windmühle (Foto: K. Besch, Völklingen)

3.1.1Aufbau

Windenergieanlagen (WEA) sind hochkomplexe Anlagen, bei denen es eine Vielzahl verschiedener Bauarten gibt.

Im Zusammenhang mit möglichen Feuerwehreinsätzen reicht jedoch eine grundlegende Betrachtung der Bauteile völlig aus.

Abb. 3.1.1/1:Bauteile einer Windenergieanlage (Foto: Weege, BARD – Offshore)

3.1.1.1Masten und Türme

Die Türme einer Windenergieanlage sind i.d.R. Röhren aus Stahl oder Beton bzw. als Hybridtürme aus beiden Werkstoffen.

Gittermasten wurden aus landschaftspflegerischen Gründen in der Vergangenheit eher selten verbaut. Mit immer weiter steigenden Nabenhöhen wird diese Art Türme in der Zukunft aber wieder häufiger verwendet.

Die Türme sind so ausgelegt, dass es auch bei einem Vollbrand nicht zu einem Versagen des Bauteils „Turm“ kommt. Gleichwohl kann es zum Versagen von Konstruktionselementen der Gondel bzw. Rotorblätter kommen!

Im Inneren der Türme sind Aufstiegsleitern verbaut, seltener Treppen. Ab einer bestimmten Höhe verfügen die Türme und Masten über Befahranlagen (vgl. Kap. 3.1.1.5, Abschnitt „Befahranlagen“).

Während lange Zeit die durchschnittliche Höhe mit 50–85 m angegeben wurde, beträgt die durchschnittliche Höhe zum Zeitpunkt der Drucklegung (2012) rund 100–140 m. In Zukunft werden Anlagen im Bereich 160–200 m Nabenhöhe geplant und zum Teil heute schon gebaut. Zum Vergleich: der Kölner Dom hat eine Höhe von 158 m.

Im Fußbereich des Turms können sich auch ein Teil der Steuerungstechnik sowie die Transformatoren befinden.

Abb. 3.1.1.1/1:Windenergieanlage mit Gittermast (Foto: Besch)

Abb. 3.1.1.1/2:Türbereich einer WEA mit Lüftern der Klimaanlage (Foto: Weege, BARD – Offshore)

Abb. 3.1.1.1/3:Innenansicht eines Turms (Foto: Weege, BARD – Offshore)

3.1.1.2Maschinenhaus

Das Maschinenhaus (oder auch Gondel genannt) nimmt die Rotorwelle, den Triebstrang, das Getriebe (sofern vorhanden) und den Generator auf. Auch ein Teil der Steuerungstechnik ist dort verbaut.

Zur Kühlung, Schmierung und für hydraulische Steueraufgaben sind im Maschinenhaus ca. 500–1.000 L Öl gelagert.

Das Maschinenhaus besteht aus GFK oder Stahlblech. An der Außenhülle können Messgeräte, Hindernisbefeuerungen für Luftfahrzeuge, Strom-Zähleinrichtungen oder Mobilfunkantennen befestigt sein.

Um die Anlage in den Wind drehen zu können, sind Windenergieanlagen mit einer Nachführung ausgestattet. Dabei ist das Maschinenhaus auf dem oberen Mastende drehbar gelagert und wird mit Hilfe von Motoren in den Wind gedreht.

Im Maschinenhaus sind unter Umständen kleine Kräne verbaut. Diese sind jedoch nicht für die Menschenrettung zugelassen.

Abb. 3.1.1.2/1:Innenansicht eines Maschinenhauses (Foto: Weege, BARD – Offshore)

Abb. 3.1.1.2/2:Demontiertes Maschinenhaus – auf der Oberseite sind Windmessanlagen zu sehen. (Foto: Höhenrettung FF Altenbeken)

3.1.1.3Rotor

Der Rotor besteht aus einem oder mehreren Rotorblättern, die über eine Nabe miteinander verbunden sind.

Abb. 3.1.1.3/1:Rotorblätter in der Blattkontrolle (Foto: Weege, BARD – Offshore)

In Deutschland werden überwiegend Windenergieanlagen mit drei Rotorblättern gebaut, da diese was Lärm und Schwingungen betrifft ein optimales Laufverhalten aufweisen. Sehr vereinzelt sind jedoch auch Anlagen mit einem oder zwei Rotorblättern anzutreffen.

Die einzelnen Rotorblätter bestehen aus GFK. Sie sind ähnlich wie Flugzeugflügel geformt und i.d.R. verstellbar, um im Wind einen optimalen Nutzen zu entwickeln und den Energieertrag des Rotors regeln zu können.

Die meisten Anlagen verfügen daher über eine so genannte Pitch-Regelung. Dabei kann der Anstellwinkel der Rotorblätter mittels eines Stellmotors6 so verstellt werden, dass für jede Windgeschwindigkeit der optimale Winkel erreicht wird. Die Pitch-Regelung stellt – wenn vorhanden – auch die Hauptbremse dar. Soll die Anlage außer Betrieb gesetzt werden, so werden die Rotorblätter in einen Winkel gefahren, in dem kein Auftrieb mehr möglich ist.

Alternativ dazu ist die Stall-Steuerung. Hierbei sind die Rotorblätter so geformt, dass ab einer gewissen Geschwindigkeit die Strömung abreißt und kein Auftrieb mehr zu Stande kommt. Auf Grund der schlechten Regelbarkeit und des meist niedrigeren Ertrags wird zunehmend auf Stall-Steuerungen verzichtet.

Aktuell werden in der Regel Rotoren mit einem Durchmesser von 90–130 m verwendet.

3.1.1.4Schalthaus

Abb. 3.1.1.4/1:Transformator/Schalthaus im Bereich des Turmfußes (Foto: Höhenrettung FF Altenbeken)

Im Schalthaus am Fuße des Turms befinden sich Umrichter und Transformatoren und die benötigte Mess- und Regeltechnik. Diese wandeln die erzeugte Energie so um, dass sie ins Netz eingespeist werden kann.

Je nach Bauart der Windenergieanlage kann das Schalthaus entfallen. Die Transformatoren befinden sich dann im Fußbereich des Turms oder im Maschinenhaus.

3.1.1.5Sicherheitsrelevante Bauteile

Nicht alle Windenergieanlagen verfügen über alle hier genannten sicherheitsrelevanten Bauteile.

Dies kann sowohl von der Höhe als auch vom Alter der Anlage abhängen.

Not-Aus-Schalter

Der Not-Aus-Schalter setzt alle beweglichen Teile der Windenergieanlage fest. Die Windenergieanlage kann dann keine Energie mehr liefern.

Darüber hinaus werden in der Windenergieanlage einige nicht sicherheitsrelevante Spannungsebenen weggeschaltet.

Abb. 3.1.1.5/1:Not-Aus-Schalter in einer Windenergieanlage (Foto: Köppelmann, Bildagentur Sportpictures)

Löschanlagen

In immer mehr Windenergieanlagen werden automatische Löschanlagen verbaut. Während vor allem Getriebe mittels Schaumanlagen geschützt werden, sichert man Schaltschränke durch Inertgas7 ab. Den Monteuren stehen zusätzlich Handfeuerlöscher zur Verfügung.

Abb. 3.1.1.5/2:Schaumlöschanlage (Foto: Weege, BARD – Offshore)

Abb. 3.1.1.5/3:Inertgaslöschanlage (Foto: Weege, BARD – Offshore)

Brandmeldeanlagen

Sind Windenergieanlagen mittels Brandmeldeanlangen abgesichert, so laufen die Anlagen meist erst beim Betreiber auf, der dann die Feuerwehr verständigt.

Befahranlagen

In der Regel werden bei Windenergieanlagen über 100 m Nabenhöhe Befahranlagen verbaut. Dies dient zum einen der Unfallverhütung und soll zum anderen die Monteure entlasten. Dabei handelt es sich um Kabinen die ungefähr die Größe von Telefonzellen aufweisen.

Abb. 3.1.1.5/4:Befahranlage (Foto: Weege, BARD – Offshore)

Bei Einsätzen mit verletzten Monteuren (vgl. Kap. 3.4.4.1) kann die Befahranlage – je nach Verletzungsbild – eine Alternative zur Rettung durch eine Höhenrettungsgruppe darstellen! Kenntnisse der Höhensicherung sollten aber in jedem Fall vorhanden sein (vgl. Werft, 2009).

Kommunikationseinrichtungen

Abb. 3.1.1.5/5:Telefon in einem Maschinenhaus (Foto: Wolf)

Alle Windenergieanlagen verfügen über die Möglichkeit vom Turmfuß aus Kontakt mit der Gondel aufzunehmen. Das kann über Funkgeräte, Telefone oder eine Gegensprechanlage realisiert sein.