Das Aufstellen von Offshore-Windrädern ist noch längst nicht Routine. Nahezu bei jedem neuen Projekt tauchen Schwierigkeiten auf, die das Stromernten weit vor den Küsten von Nord- und Ostsee verzögern und die Kosten der über Seekabel an Land geschafften CO2-freien Kilowattstunden in die Höhe treiben.
Vor allem die salzhaltige Seeluft macht den Anlagen zu schaffen. So mussten etwa im Windpark „Horns Rev 1“ fast alle 80 Getriebe, Generatoren und auch einige der Rotorblätter getauscht werden. Auch mit dem Korrosionsschutz der Stahlfüße der Windturbinen haperte es, der Schutzlack warf Blasen. Lange suchte man nach einer Lösung, letztlich entschied man sich für ein strenges „Monitoring“ der Fundamente. Neue Getriebe bekam auch die Hälfte der zwölf Windräder des deutschen Vorzeigewindparks „Alpha Ventus“ rund 45 Kilometer vor Borkum. Hier hatte man aus unerfindlichen Gründen für die Lager der Getriebe einen anderen Stahl als bei dem über Monate getesteten Proberad an Land verwendet.
Erste Windräder sollen im Dezember aufgestellt werden
Wie sich herausstellt, sind vor allem die Kabel als Verbindungen von den Windmühlen zum Stromnetz auf dem Festland überdurchschnittlich störanfällig. So ist das Gros aller Versicherungsfälle auf fehlerhafte Kabelverbindungen zurückzuführen. Besonders verwunderlich ist das nicht, zerren doch an den in der Nordsee verlegten Kabeln permanent die Gezeitenströme. Besonders starken Belastungen unterliegen die Kabel dort, wo sie in die stählernen Beine der Windräder eingeführt werden.
© Bernd Lammel
Zweiteiler: Bis zu 60 Meter messen die rostroten Rammrohre, auf sie setzt man die gelben Übergangsstücke, darauf dann die Windräder
Wie schwierig das Verkabeln von Offshore-Windrädern ist, merken derzeit die Bauherren des nach seiner Fertigstellung größten Offshore-Windparks der Welt: „London Array“. Gut 24 Kilometer östlich der Küsten von Essex und Kent werden 175 Windanlagen (Nennleistung insgesamt 630 Megawatt) in das dort maximal 20 Meter tiefe Wasser gestellt. Bis heute haben die Arbeiter knapp 80 der aus einem bis zu 60 Meter langen zylindrischen Rammpfeiler und einem darauf sitzenden Übergangsstück bestehenden Fundamente fertiggestellt. Windräder sind noch keine montiert. Die ersten der von Siemens gebauten Exemplare sollen im Dezember aufgestellt werden.
230.000 Euro müssen die Erbauer täglich für die Miete überweisen
Erst zu fünf der signalgelb angestrichenen Windradfundamente hat man bisher Kabel gelegt. Das sollte deutlich schneller gehen. Doch hat sich herausgestellt, dass die zum Aufstellen der Türme benötigten Hubschiffe sich mit ihren Stützbeinen extrem tief in den englischen Meeresboden eindrücken. Löcher entstehen, und zwar richtig große. So misst jede Stellfläche der sechs Stelzen, an denen sich die „MPI Adventure“ in die Höhe hievt, 72 Quadratmeter und hinterlässt im Boden eine bis zu zwölf Meter tiefe Grube, in die ein Einfamilienhaus locker hineinpasst. Diese Abdrucklöcher müssen die Kabelleger sorgfältig umkurven. Quer darüber hinweg legen funktioniert nicht. Die Kabel würden gefährlich gestreckt.
Die in China recht liederlich gefertigte, von mindestens einem Totalausfall des Stroms heimgesuchte 141 Meter lange und 40 Meter breite „Adventure“ bietet an Deck Platz für drei Windradfundamente. Auf das zweite für „London Array“ eingesetzte Arbeitsschiff, die deutlich kleinere, vierbeinige „Sea Worker“ passt nur ein zweiteiliger Fundamentsatz. Das macht deutlich, dass viel teure Charterzeit für die Fahrten vom Hafen zur Baustelle und zurück draufgeht. 230.000 Euro müssen die Erbauer von „London Array“ (Dong Energy aus Dänemark, der Energiekonzern Eon und der Finanzinvestor Masdar aus Abu Dhabi) täglich für die Miete der „Adventure“ überweisen, auch dann, wenn zu starker Wind und damit zu hohe Wellen das Heben, Absetzen und Einschlagen der bis zu 650 Tonnen schweren Stahlrohre (mit Durchmessern von bis zu 5,7 Meter) vereiteln.
Eigens konstruierte „Aufrichthilfe“
Das Rammen der sogenannten Monopiles und das sich anschließende Montieren der Windturbinen hat man der in diesem Metier erfahrenen Arbeitsgemeinschaft der beiden Bauunternehmen Aarsleff und Bilfinger Berger übertragen, die aus Erfahrungen wissen, wie wichtig eine sorgfältig vorbereitete Logistikkette ist. So müssen die Stahlfundamente nicht nur rechtzeitig ihren langen Weg von den Produktionswerken in Rostock und Aalborg in Dänemark zum englischen Baustellenhafen Harwich zurücklegen. Auch gilt es, sie anschließend sturmsicher auf den Hubschiffen zu vertäuen und so auf dem Deck anzuordnen, dass sie die „Adventure“ mit ihrem 1000-Tonnen-Kran am Aufstellpunkt ohne Schwierigkeiten aus ihrer waagerechten Position in die Vertikale aufrichten kann. Immer besteht die Gefahr, dass dabei die Rohrmonster die Decksaufbauten zertrümmern. Gelöst hat man dies mit einer eigens konstruierten „Aufrichthilfe“, einem um 90 Grad drehbaren Gelenk, in das ein Ende des Monopiles gelegt wird und das dann, weil auf Schienen gelagert, um bis zu zwölf Meter gegen die Aufstellrichtung gefahren werden kann.
© Georg Küffner
Trompetenförmige Stutzen schützen die Anschlusskabel
Nur dank dieses Kunstgriffs gelingt das sichere Bugsieren der Rohre in eine seitlich über das Deck des Schiffs hinausragende riesige Greifzange. Deren Aufgabe ist es, die Piles während des Rammens in Position zu halten. Dank dieser ausgetüftelten Vorarbeiten läuft der Einbau der Monopiles anschließend wie das Brezelbacken. Im Schnitt schafft man es, in eineinhalb Tagen einen Windradfuß zu setzen.
Entscheidend ist die Schlagkraft des „Rammbärs“
Und das geht so: An den mit Hilfe eines GPS-Ortungssystems bestimmten Standorten werden die Hubschiffe „aufgeständert“. Die beiden Finger des Greifarms halten ein Monopile. Dann kommt der „Rammbär“ zum Zuge. Diesen etwas merkwürdigen Namen trägt das vom Kran oben auf das Rohr gesetzte Schlaggerät. Es wiegt 217 Tonnen. Doch nicht das Eigengewicht des Rammbärs zählt. Entscheidend ist seine Schlagkraft, und die liegt bei dem eingesetzten IHC-Hammer bei maximalen 1400 kNm, was einem aus einem Meter Höhe niedergehenden Gewicht von 140 Tonnen entspricht. Um das mit einer deutlich kleineren Masse zu schaffen, wird das Schlaggewicht im Inneren des Hammers explosionsartig beschleunigt. Beschleunigungswerte von bis zu zwei g werden dabei erreicht.
Mit 5000 bis 8000 Hieben werden die Monopiles in den Boden getrieben. Diese Aktion beginnt, darauf ist man besonders stolz, mit einem „soft start“: Nach den ersten Schlägen stoppt man den Rammbär für einen Moment und gibt so lärmempfindlichen Tieren Gelegenheit, das Weite zu suchen.
Wie werden die Rammrohre vor Rostfraß geschützt?
Die Fundamente müssen senkrecht stehen. Durch Anlegen einer Wasserwaage und feinfühliges Nachjustieren während des Rammens bleibt man in den meisten Fällen ohne größere Schwierigkeiten nahe an der Ideallinie. Kleinere Abweichungen können beim Aufsetzen des gelben, 27 Meter hohen und rund 350 Tonnen schweren Übergangsstücks ausgeglichen werden. Und erst wenn die Kopfstücke fest mit den Monopiles verbunden sind, ist das Windradfundament komplett. Dazu werden die Spalte zwischen den aufgesetzten Turmspitzen und den gerammten Stahlrohren mit einem Spezialmörtel verfüllt. Eine umlaufende Gummidichtung hält dazu den „Ringraum“ nach unten dicht. Es ist ein empfindliches Bauteil, das beim Einschwenken des Aufsatzstücks nicht beschädigt werden darf, sonst würde der dünnflüssige Zementbrei in die Nordsee strömen und die Kopplung der beiden Fundamentstücke bliebe instabil.
© Georg Küffner
Gegen Rostfraß kämpft man mit „Opfer-Anoden“
Doch wie werden die Rammrohre vor Rostfraß geschützt? Den Wettstreit um die beste Methode haben die Vertreter des passiven Korrosionsschutzes verloren - was man unschwer erkennen kann. Denn der in „London Array“ im Boden steckende Stahl ist rostrot. Demnach hatten Lacke oder Harze keine Chance. Man setzt jetzt auf den (aktiven) kathodischen Rostschutz, mit dem seit Jahren auch Stahl- und Stahlbetonbrücken geschützt werden. Dabei wird der Stahl entweder mit einer unedleren Schicht überzogen, die als sogenannte Opferanode fungiert und aufgebraucht wird. Ein klassisches Beispiel ist die Verzinkung von Stahl. Oder man klemmt, wie man es bei den englischen Windradfundamenten praktiziert, auf die zu schützenden Stahlrohre Barren aus einer speziellen Zinklegierung „formschlüssig“ auf. Die müssen eng anliegen, was man im Windpark mit Anodenkäfigen schafft, die über die gerammten Monopiles gestülpt und mit einem eigens dafür konstruierten 100 Tonnen schweren „Stopfer“ festgeklopft werden.
Deutlich schwierigere Bedingungen als im Flachwasser vor England
Ob man den Windpark „London Array“ fristgerecht bis Ende des kommenden Jahres fertigstellen und mit ihm dann einen kleinen Teil des von der englischen Regierung ausgegebenen Ziels erreichen wird, bis 2020 eine Stromleistung von 32.000 Megawatt aus Windrädern im Meer zu ziehen, ist offen. Nicht nur das Wetter muss mitspielen. Voraussetzung ist, dass auf der Baustelle vor Englands Ostküste recht bald das ebenfalls bei chinesischen Schiffbauern in Auftrag gegebene baugleiche Schwesterschiff der Adventure, die „Discovery“, eintrifft. Denn nur mit diesem Schwergerät, das auch bei rauherem Seegang eingesetzt werden kann, lassen sich die tonnenschweren Windmühlen mit ihren 30 Meter messenden Rotorblättern aufstellen.
Diese Erfahrung haben auch die Windfarmer gemacht, die vor der deutschen Küste Windräder aufstellen. Sie liegen weit hinter den Plänen zurück. Nach den Vorgaben der Bundesregierung sollen bis 2030 Anlagen mit einer Nennleistung von 25 000 Megawatt installiert sein. Doch bisher gibt es außer dem Testfeld „Alpha Ventus“ nur einen Windpark in der Ostsee (“Baltic 1“) und einen in der Nordsee, „Bard Offshore 1“. Dort ragen inzwischen 18 von 80 Anlagen aus dem Wasser, aber nicht alle davon rotieren auch. 47 Fundamente konnten bisher in rund 40 Meter tiefem Wasser gesetzt werden. Das sind deutlich schwierigere Bedingungen als im Flachwasser vor England und erklärt, warum die deutsche Lösung, die Windräder weit draußen in tiefem Wasser zu gründen, nicht allzu rasch die Energiewende bringen wird. Macht nichts, könnte man sagen, denn die Leitungen für den Transport des Ökostroms in die Ballungszentren müssen ja ebenfalls noch gebaut werden.
