KWEA – Neue Materialien und Strukturen für Kleinwindenergieanlagen – Rostock
Die WK-Potenzial-Initiative
Gesamtziel des Verbundvorhabens ist es, eine neue regionale Wertschöpfungskette im Wachstumsfeld Windenergie aufzubauen, die als Basis/Zentrum für eine neue regionale Entwicklungs- und Technologieplattform in der Region Rostock dienen soll. Die drei beteiligten Unternehmen arbeiten bereits heute entlang der notwendigen Wertschöpfungskette. Das angestrebte gemeinsame Produkt – eine Kleinwindenergieanlage (KWEA) –, das im Projekt bis zu einem Demonstrator entwickelt werden soll, stellt einen ersten Schritt zur Schaffung der Technologieplattform dar, die auf zahlreiche weitere Branchen, Anwendungen und Produkte ausgeweitet werden kann.
Fachlich stehen „Neue Materialien und Strukturen für Kleinwindkraftanlagen“ im Mittelpunkt. Die Verwendung der Projektergebnisse für Kleinwindenergieanlagen ist jedoch nur ein mögliches Anwendungsfeld.
Insbesondere im Zusammenhang mit der Energiewende besteht großer Entwicklungsbedarf für neuartige Materialien und Strukturen, insbesondere zur Erhöhung der Lebensdauer, der Effizienz und des Nutzungspotenzials von Windenergieanlagen. Besonders anspruchsvoll ist dabei etwa die Entwicklung neuer Werkstoffe für Windkraftanlagen, da sehr unterschiedliche Kompetenzen –zum Beispiel ein Verständnis zur Berechnung, Entwicklung und Konstruktion von Windenergieanlagen – und umfangreiches Werkstoffwissen notwendig sind. Nach Projektende soll die Entwicklungs- und Technologieplattform für weitere Partner der Region geöffnet werden.
Die Ziele
Strategisches Entwicklungsziel sind neue, hochbelastbare, ungesättigte Polyesterharze, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung hochbelastbarer carbon- und glasfaserverstärkter Werkstoffe eingesetzt werden sollen, um den steigenden Werkstoffanforderungen in der Windenergiegewinnung gerecht zu werden. Gemeinsam mit neuen Strukturen, die eine drastische Materialeinsparung erlauben, soll insbesondere der Materialeinsatz reduziert werden, wodurch die Windenergieanlagenkosten drastisch reduziert werden können, ohne hierbei einen Performanceverlust zu erleiden. Aufgrund der höheren mechanischen Eigenschaften der Harze kann das Anlagengewicht deutlich gesenkt werden, sodass neue konstruktive Ansätze möglich werden. Der im Gesamtvorhaben angestrebte Demonstrator – eine Kleinwindenergieanlage – soll gleichzeitig durch ein innovatives Konzept insbesondere in Bezug auf die Dauerhaftigkeit, die Effizienz und die Anlagenkosten gegenüber heutigen Referenzprodukten zahlreiche Vorteile aufweisen. Hierzu werden gezielt auch Technologien heutiger Großwindanlagen auf die Anforderungen der KWEA angepasst, wodurch ein Technologiesprung erreicht werden soll.
Im Einzelnen werden im Projekt folgende technische Ziele definiert:
Entwicklung einer innovativen KWEA-Technologie, die gegenüber heutigen KWEA-Anlagen, insbesondere durch ihre niedrige Amortisationszeit, ihre Dauerhaftigkeit und ihre Effizienz bei der Energiegewinnung überzeugt.
Gewickelte carbon- (CFK) und glasfaserverstärkte (GFK) Stabstrukturen, die höchsten statischen und dynamischen mechanischen Lasten standhalten und im Vergleich zu heutigen Produkten durch ihre Materialeffizienz und ihre Wirtschaftlichkeit überzeugen.
Neue ungesättigte Polyesterharze, die aufgrund ihrer chemischen Struktur deutlich höher mechanisch belastbar sind und so höherpreisigen Reaktivharzen gleichwertig sind, wodurch insbesondere die Wirtschaftlichkeit von CFK-/GFK-Bauteilen positiv beeinflusst wird und – bezogen auf ungesättigte Polyesterharze – ein Technologiesprung erreicht wird.
Die Projekte
Die Initiative wird durch vier Projekte gebildet, die gemeinsam die Erreichung der Ziele des Vorhabens sicherstellen sollen:
Das Ziel der Fraunhofer-Einrichtung PYCO innerhalb des Verbundforschungsvorhabens ist es, ausgehend von der Basisentwicklung eines neuartigen ungesättigten Polyesterharzes (UP-Harze) mit herausragenden mechanischen Eigenschaften, diese in Bezug auf ihre technische Leistungsfähigkeit weiterzuentwickeln um die Überführung der Harzentwicklung in die Anwendung zu erzielen. Dies soll im Rahmen des Vorhabens zielgerichtet auf die Anwendung in der Windenergiegewinnung erfolgen. Anhand des im Vorhaben angestrebten funktionsfähigen Demonstrators einer Kleinwindenergieanlage soll die erfolgreiche Verwendung der Harze in allen CFK- und GFK-Werkstoffen gezeigt werden.
Wegweisende Großwindkonzepte in innovativer Kleinwindenergieanlage
Ziel des Teilvorhabens ist die Realisierung des Demonstrators einer 30-Kilowatt-KWEA. Diese wird, nach erfolgreichem Vorhabenabschluss, in der sich anschließenden Phase der Industrialisierung zur Basisanlage einer Anlagenplattform weiterentwickelt. Im Gesamtvorhaben integriert dieses Teilvorhaben alle anderen Teilvorhaben des Verbundvorhabens.
Innovative Materialien für hochbelastete Stabwickelstrukturen
Unter der Verwendung eines neuartigen Polyesterharzsystems der Fraunhofer-Einrichtung PYCO werden neuartige technologische Ansätze für Windkraftanlagenkomponenten im Stabwickelverfahren der BaltiCo entwickelt, die technische Probleme bisheriger Lösungen reduzieren, technologisch bessere Bedingungen für eine Serienfertigung ermöglichen und zusätzlich helfen die Investitionskosten zu reduzieren.
Neue Materialien und Strukturen für die Herstellung von Rotorblättern und Gondeln für KWEA
Strategisches Entwicklungsziel im Projekt ist es, neue, hochbelastbare ungesättigte Polyesterharze zu nutzen, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung hochbelastbarer carbon- und glasfaserverstärkter Werkstoffe eingesetzt werden sollen, um den Anforderungen in der Windenergiegewinnung gerecht zu werden. Durch die gezielte Anpassung der Eigenschaften der Harze an die Bedürfnisse der Fertigung durch PYCO einerseits, aber besonders auch durch die Anpassung der Fertigung an die technischen Möglichkeiten des zu entwickelnden Harzes durch compren werden neue, effiziente Herstellungsmöglichkeiten entwickelt.
Dr. Sebastian Steffen
Fraunhofer-Einrichtung für Polymermaterialien und Composite (PYCO)
Kantstraße 55
14513 Teltow
Tel.: 03328 / 330-246
E-Mail: sebastian.steffen[at]pyco.fraunhofer.de
