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Eine Ode an den Wind
Die Energiewende schreitet voran. Der immer spürbarere Klimawandel, aber auch zunehmende Versorgungsengpässe geben dem Ausbau erneuerbarer Energien erheblichen Rückenwind. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf klimaneutraler und ressourcenschonender Stromerzeugung durch Windkraft. Hier liefern die Liebherr-Produktsegmente vielfältige Beiträge zum Gelingen dieser Menschheitsaufgabe.
Time to turn
„Wenn der Wind der Veränderung weht, bauen die einen Mauern und die anderen Windmühlen“, sagt ein altes chinesisches Sprichwort. In Zeiten des Klimawandels und umfassender Transformationen in Wirtschaft und Gesellschaft ist dies durchaus wörtlich zu nehmen. Um die CO2-Emissionen bis 2030 um 50 beziehungsweise 55 Prozent zu senken und bis 2050 klimaneutral zu sein, hat die EU-Kommission den Klimaschutz ganz oben auf ihre Agenda gesetzt.
Der „Green Deal“ bedeutet dabei massive Investitionen in den Ausbau und die Erforschung erneuerbarer Energien sowie in den Netzausbau. Das ist nicht nur eine große Menschheitsaufgabe, sondern auch eine Herausforderung an die Industrie, die dafür erforderlichen Technologien und Maschinen bereitzustellen. Liebherr ist dazu weltweit in herausragender Weise aufgestellt und realisiert für die Windbranche bereits heute umfassende Lösungen.
Die Kraft des Windes zu nutzen, ist keine neue Erfindung. Schon vor vielen hundert Jahren nutzten Menschen Windmühlen, die die Energie des Windes in eine Drehbewegung verwandelten, um so beispielsweise Mühlräder für das Mahlen von Korn oder für Bewässerungssysteme anzutreiben. Moderne Windräder funktionieren ähnlich wie die alten Windmühlen: Auf ihrem schmalen Turm sitzen riesige, propellerartige Rotoren, die vom Wind angetrieben werden. In entsprechend exponierten Lagen – auf Hügeln, in Küstennähe und auf offener See – wird die Rotorbewegung auf einen Generator übertragen, der die Energie wie ein Dynamo in elektrischen Strom verwandelt.
Wie entsteht Wind?
Wind entsteht, wenn Luftfronten mit unterschiedlichem Luftdruck aufeinandertreffen. Je größer die Unterschiede, desto stärker windet es. Durch Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Luft, dehnt sich aus, wird dadurch leichter und steigt nach oben. Es entsteht Tiefdruck. In der Höhe ist es wiederum kälter als am Boden. Die Luft kühlt daher ab und sinkt wieder nach unten. Es bildet sich Hochdruck. Die kältere Luft strömt dorthin, wo die wärmere Luft aufsteigt. Eine Art Kreislauf entsteht und es windet.
Wind weht (fast) immer
Die Formel ist einfach: Je stärker der Wind weht, desto mehr elektrischer Strom kann erzeugt werden. Das heißt zugleich auch: Bei Flaute gehen dieser Energieform ohne taugliche Speicher buchstäblich die Lichter aus. Die Antwort ist ein Mix aus erneuerbaren Energien: Dazu tragen neben dem Wind vor allem Solarenergie, Biogas und Wasserkraft bei. Energie aus der zeitweise stark schwankenden Einspeisung von Wind- und Solarstrom kann dabei über die Sektorenkopplung in den Bereichen Wärme, Mobilität und Industrie ausgeglichen und/oder mittels Energiespeicher gespeichert werden. Mit anderen Worten: Die Energiewende ist für Anlagenentwickler, Betreiber, die ausführenden Firmen und Wartung ein überaus komplexes Feld mit vielen Herausforderungen an die Qualität der Produkte und Lösungen.
Hart am Wind
Während bei derzeit an Land verbauten Modellen teilweise bis zu mehr als fünf Megawatt Strom erzeugt werden, haben Offshore-Turbinen der neuesten Generation eine Leistung von elf Megawatt. Zudem gelten Offshore-Windanlagen als besonders effizient, da dort deutlich mehr und ein sehr gleichmäßiger Wind weht. So kann ein Offshore-Windpark mit 80 Anlagen den Stromverbrauch von 400.000 Haushalten mit sauberer Energie vom Meer decken.
Windanlagen prägen Landschaften und Kulturräume. Zur Akzeptanz bei der vor Ort lebenden Bevölkerung trägt bei, wenn ihr eine Beteiligung an dem Projekt angeboten wird. Im Modell „Bürgerwindpark“ steht eine attraktive Geldanlage für die involvierten Bürger und die jeweilige Kommune möglichen Einbußen an Lebensqualität gegenüber. Ein solches bürgerschaftlich getragenes Invest in die Zukunft macht zunehmend Schule.
Ein starker Partner in der Energiewende
Für Windparks an Land wie auch auf hoher See ist Liebherr ein starker Partner, der für unterschiedlichste Anforderungen die jeweils passende Lösung anbietet – und das weltweit. Diese umfassen die Konstruktion und Entwicklung von Komponenten genauso wie Erdbewegungsmaschinen für Arbeiten rund um die Baustellenvorbereitung, Betonfertigteile für die Türme, Mobil- und Raupenkrane sowie Schwerlast-Offshore-Krane für die Montage.
Nicht zuletzt werden Großwälzlager für die Rotorblatt- und Azimutverstellung auf hochpräzisen Liebherr-Verzahnmaschinen gefertigt. Mit anderen Worten: Fast die ganze Welt der Windenergie ist bei Liebherr zu Hause und wird zum Schaufenster für die Leistungs- und Innovationsfähigkeit des Familienunternehmens.
Vorarbeiten für ein solides Fundament
Um Windanlagen auf Land zu errichten (und später auch umweltgerecht zurückzubauen) leisten Erdbewegungsmaschinen von Liebherr die Basisarbeit. Die Liebherr-EMtec GmbH bietet eine große Bandbreite an unterschiedlichen Erdbewegungs- und Materialumschlagsmaschinen, die auch beim Bau von Windkraftanlagen entlang des gesamten Bauprozesses zum Einsatz kommen.
Das beginnt bereits beim Verladen von Komponenten durch Liebherr-Umschlagmaschinen, etwa in Häfen. Beim Bau der Anlagen selbst kommen die Kernkompetenzen der Liebherr-Erdbewegungsmaschinen zum Tragen: Mit Raupenbaggern wird die Geländeerschließung vorgenommen und durch Aushubarbeiten die Baustellen beispielsweise für das Erstellen der Fundamente vorbereitet. Dieser Aushub wird von Muldenkippern oder Radladern abtransportiert. Planierraupen werden anschließend für das flächenmäßige Einebnen des Geländes und somit als Vorbereitung für den Kranstellplatz eingesetzt.
Für die angestrebte höchste Materialqualität kann die Betonmischanlage von Liebherr direkt an die Produktionshalle für Turmsegmente angegliedert werden.
Landmarken aus Beton
Unter anderem werden die Türme moderner Windkraftanlagen vor Ort aus Betonfertigteilen montiert. Bei der Herstellung dieser Beton-Turmsegmente im Fertigteilwerk bestehen daher höchste Anforderungen an den Hightech-Beton. Bei der Liebherr-Mischtechnik GmbH in Bad Schussenried (Deutschland) wurden dazu eigens hocheffiziente Mischsysteme für die besonders anspruchsvollen Betonrezepturen bei der Turmsegment-Herstellung entwickelt. Damit können beispielsweise die Drehzahlen des Mischwerkes und der Wirblerwerkzeuge unabhängig voneinander während des Mischprozesses stufenlos angepasst werden, je nach der Zugabe der Materialien sowie der Rezeptur. Für die hohe Qualität des Betons und die richtige Konsistenz sorgt darüber hinaus die Prozessorsteuerung Litronic-MPS in Verbindung mit dem von Liebherr entwickelten Feuchtemess-System Litronic-FMS.
Um die in Form und Belastbarkeit sehr anspruchsvollen Komponenten aus Qualitätsbeton gemeinsam mit den Kunden immer weiter zu entwickeln, hat Liebherr ein eigenes Versuchstechnikum eingerichtet. Auf der Suche nach neuen Rezepturen können dort mit den Labormischern Tests im kleinen Maßstab durchgeführt werden. Diese sind dann auf die großen Mischsysteme für die Produktion übertragbar.
Wie funktioniert Windkraft?
Windenergie ist die derzeit wichtigste Form der erneuerbaren Energiequellen. Windkraftanlagen wandeln die Energie des Windes ohne CO2-Ausstoß in elektrische Energie um, die anschließend in das Stromnetz eingespeist werden kann. Windkraftanlagen können in allen Klimazonen genutzt werden. Sie werden entweder an Land (onshore) oder im Meer (offshore) installiert. Wenn Wind auf die Rotorblätter einer Windanlage trifft, entsteht Unterdruck, der die Flügel in Bewegung setzt. Dadurch beginnt der Rotor zu laufen. Die kinetische Energie des Windes wird in eine Drehbewegung umgewandelt, welche wiederum einen Generator antreibt, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Mechanische Meisterleistungen
Windkraftanlagen werden nicht nur immer höher. Auch die Auslegung bestehender Kugel- und Rollenlager mit Außen- oder Innenverzahnung muss mit den wachsenden Dimensionen an immer anspruchsvollere Lastprofile angepasst werden. Dabei sind Qualität und Verlässlichkeit der Komponenten das oberste Gebot.
Ein Fehler bei einem Lager und die ganze Anlage steht still. Reparaturen sind dann immer sehr zeit- und kostenaufwendig. Zudem ist der Zugang zu diesen Verstelleinrichtungen äußerst schwierig, da der Rotorstern in der Regel in einer Höhe von über 100 Metern installiert wird. Deswegen müssen die für die Bewegung zuständigen Lager außerordentlich zuverlässig sein und werden für eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren ausgelegt.
Seit 1996 baut die Liebherr-Component Technologies AG Schlüsselkomponenten für Windanlagen. Dazu zählt neben Großwälzlagern, Drehantrieben, Hydraulikzylindern und integrierten Schmiersystemen das gesamte Spektrum für die elektromechanische und hydraulische Rotorblatt- und auch die horizontale Windnachführung des Maschinenhauses, die sogenannte Azimutverstellung, in Windkraftanlagen.
Hauptlager für Windturbinen werden bei Liebherr auf einem speziell entwickelten Prüfstand getestet. Dabei werden die Steifigkeitsverhältnisse realitätsgetreu nachgebildet.
Wesentlicher Bestandteil der Zusammenarbeit mit Kunden aus aller Welt ist das anwendungsspezifische Engineering zur Abstimmung der Einzelkomponenten. In der Windindustrie arbeitet Liebherr mit nahezu allen namhaften Anlagenherstellern zusammen und hat bis heute mehr als 15.000 Windkraftanlagen mit Komponenten ausgerüstet. Das Produktspektrum reicht dabei von Komponenten für 800-kW-Anlagen bis hin zu Lösungen für Multi-Megawatt-Turbinen im Offshore-Einsatz.
Zusätzlich zu den aktuellen ein- und zweireihigen Vierpunktlagern bietet Liebherr mittlerweile auch dreireihige Rollenlager für Pitchsysteme sowie Großwälzlager an. Hier ist Liebherr Innovationsführer und baut kontinuierlich seine Kompetenzen und Produktionskapazitäten in Europa, Mexiko, Brasilien sowie auf dem Asiatischen Markt aus. In China entsteht derzeit ein neues Werk für Großwälzlager, Hydraulikzylinder und Antriebe.
High-tech auch im Maschinenbau
Die Liebherr-Verzahntechnik GmbH in Kempten (Deutschland) liefert für die Hersteller von Verzahnungen für die Windkraftbetriebe entsprechend ausgelegte Wälzfräs-, Wälzstoß- und Profil- und Wälzschleifmaschinen. Nach der Weichbearbeitung im Fräsen oder Stoßen und dem anschließenden Härteverfahren werden die Zahnräder in der Hart-Fein-Bearbeitung noch in sehr hoher Qualität entweder mit Profil- oder Wälzschleifmaschinen geschliffen. Hier kann Liebherr Verzahnungsfräsen und Verzahnungsschleifen aus einer Hand anbieten und bietet höchste Genauigkeit. Wegen der großen und teilweise schweren Bauteile ist deren Zuführung zu den jeweiligen Bearbeitungsmaschinen eine Herausforderung, auf die Liebherr mit einer ebenso aufwendigen wie effizienten Automationslösung geantwortet hat.
Sechs Fakten zum Thema Windkraft
Heben und Bewegen
Beim Auf- und Abbau von Windanlagen ist extrem leistungsfähige Hubtechnik gefragt. Bei Liebherr ist sie in verschiedenen Traglastklassen aufgestellt und mit neuen Auslegersystemen für besonders hohe Traglasten genau auf die Bedürfnisse der Windindustrie abgestimmt.
Besonders flexibel und vielfältig einsetzbar sind die Teleskop-Mobilkrane (LTM). Sie fahren eigenständig auf öffentlichen Straßen und können daher besonders wirtschaftlich transportiert werden. Auf den Baustellen sind sie schnell aufgebaut und benötigen hierfür nur wenig Fläche. Ein weiterer Vorteil: In Windparks können sie mit eingefahrenem Teleskopausleger und Zusatzausrüstung auf schmalen Wegen von Anlage zu Anlage fahren. Auch das Grundgerät der Gittermast-Mobilkrane (LG) fährt auf öffentlichen Straßen. Dies reduziert die Anzahl der Transporteinheiten im Vergleich zu Gittermast-Raupenkranen.
Für den Bau immer größerer Windkraftanlagen (von 60-80 Meter auf heute in Europa 160-165 Meter, es gibt auch schon erste 180 Meter-Türme) bewähren sich zudem Raupenkrane mit einer Tragkraft zwischen 500 und 1.000 Tonnen. Sie sind in der Lage, schwerste Lasten in Form von zunehmend größeren Rotorblättern und größeren Maschinenhäusern immer höher zu heben. Unterstützt werden die Großgeräte vor allem beim Rüsten in der Regel auch durch kleinere Hilfskrane, also 4-6 Achser der Teleskop-Mobil- und Raupenkrane oder Geländekrane.
Größere Anlagen erfordern größere Krane und neue Technologien. Hier entwickelt Liebherr gemeinsam mit Kunden Hochleistungstechnologien für die Errichtung von Windkraftanlagen der Zukunft.
Wind ist in Windparks naturgemäß gern gesehen. Nur beim Aufbau nicht. Dann verzögert er oft Hübe und Einsätze. Einen Meilenstein für mehr Sicherheit und längere Einsatzzeiten bei Kranarbeiten unter windigen Bedingungen hat Liebherr mit der Entwicklung spezieller „WindSpeed Load Charts“ gesetzt. Die Liebherr-Ingenieure in Biberach (Deutschland), Ehingen (Deutschland) und Nenzing (Österreich) haben damit eine Vielzahl von neuen Mobil- und Raupenkranen für den Einsatz bei stürmischem Wetter stabiler gemacht.
Die auf „Heavy Lift offshore“ spezialisierte Liebherr-MCCtec Rostock GmbH liefert Krane, die für die Installation von Turbinen und Windanlangen-Fundamenten auf hoher See eingesetzt werden können. Dabei bespielt das Produktsegment beide Enden der Energiewende: Sie unterstützt zum einen beim Aufbau von Offshore Windparks. Zum anderen sorgt sie durch „Decommissioning“ für den Abbau „alter“ Energieformen, die bislang auf hoher See gefördert werden.
Die Herausforderung und das Potenzial für effiziente Lösungen auf diesem maritimen Feld liegt in der smarten projektspezifischen Anpassung des Krans (samt Schiff) an die jeweilige Anwendung. Liebherr-Krane verfügen dabei über ein kompaktes Design, um zum Beispiel auf Plattformen wenig Platz einzunehmen. Gleichzeitig haben Sie weite Ausleger und große maximale Hubkapazitäten von mehreren tausend Tonnen. Zudem hat beispielsweise die HLC-Serie einen faltbaren A-Bock, um Brücken durchfahren zu können. So können die Krane schnell, effizient und variabel für die Windenergie genutzt werden.
Offshore-Schwerlastkrane verfügen über Tragkräfte von bis zu 5.000 Tonnen.
Gefertigt werden Liebherr-Krane in Europa nach höchsten Qualitätsstandards. Mit der Inbetriebnahme wird das Gerät dann engmaschig weltweit durch die Experten von Liebherr im 24/7 Service betreut. Hier geht es auch um maximal schnelle Verfügbarkeit von mehr als 50.000 Ersatzteilen. Für Krane auf Plattformen kommt zudem Liebherr Intelligent Maintenance, LiMain, zum Einsatz. Das eigenentwickelte System ermöglicht die Remote-Wartung von Kranen. Idealerweise muss so eine Plattform nur einmal jährlich selbst besucht werden. Die Einsparungen von Ressourcen sind dadurch immens und geben Plattform-Betreibern die Chance, jederzeit und überall agieren zu können.
Das sind gute Aussichten. Gerade jetzt, wo die Energiewende viel Rückenwind hat. Laut Expertenschätzung wird sich die installierte Leistung im Offshore-Windbereich bis 2030 versechsfachen. Dazu werden dringend weitere Installationsschiffe gebraucht, die die Fähigkeit haben, die Versorgung der neuen Generation von 15-Megawatt-Turbinen abzudecken. In Rostock ist dafür der Kurs längst gesetzt.
