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Thema Faszination und Technik

18. Jun. 15

Gegen Wasser, Salz und Wind

Den konstantesten Wind gibt es auf dem Meer. Dort müssen die Windkraft-Anlagen extremen Witterungsbedingungen trotzen, der Materialschutz spielt eine zentrale Rolle.

Bei der Verlegung der Seekabel wird per Wasserdruck ein Graben in den Meeresboden gepflügt und gleichzeitig das Kabel eingelassen.

Fernab der Küsten, weit in der salzigen See, weht der Wind stetig und böig. Die Umstände sind jedoch schwierig: Die Windkraftanlage wird vom Salzwasser umschlungen, dem starken Wind trotzend, welcher meterhohe Wellen gegen die höheren Regionen des Turmes wirft. Zudem muss der erzeugte Strom von den Standorten im Meer aus weite Strecken zurücklegen, um ins Stromnetz eingespeist zu werden. Ein Härtetest für jedes Material.

Damit der Strom der Offshore-Windparks das Stromnetz auf dem Festland erreicht, müssen zunächst kilometerlange Kabel im Meeresboden verlegt werden.

Spezialschiffe vergraben die Seekabel mindestens 1,5 Meter tief im Meeresboden, um das Risiko der Kabelbeschädigung und den Einfluss auf die Umwelt zu minimieren. Bei der Verlegung wird per Wasserdruck ein Graben in den Meeresboden gepflügt und gleichzeitig das Kabel eingelassen.

Eine extrem robuste Ummantelung schützt die Hochleistungsstromverbindungen vor den strapaziösen Anforderungen, die durch den Installationsvorgang auf hoher See entstehen. Auf diese Weise sollen aufwändige Instandsetzungsarbeiten an den Seekabeln möglichst von vornherein ausgeschlossen werden.

Kolke: Die Bedrohung aus der Tiefe

Starke Winde, Wasser und der Meeresboden. Die Elemente nagen von allen Seiten an den gigantischen Windkraftanlagen. Bei deren Errichtung lauert eine schwer auszurechnende Gefahr in der Tiefe: Auskolkungen.

Kolke sind Ausspülungen des Gewässergrundes an Offshore-Bauwerken. Jeder, der schon mal barfuß am Strand war und nur wenige Schritte tief im Wasser stand, kennt das leichte Wegsacken der Füße und die Bewegung des Sandes. „Kolke können sich in der Regel unmittelbar nach der Errichtung einer Struktur in einer Strömung einstellen“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Werner Richwien, ehemaliger Professor an der Universität Duisburg-Essen.

Entscheidend sei die Wechselwirkung der Strömung mit der Struktur des Bauwerks. Stellen sich Kolke ein, können sie unter Umständen die Gründung eines Bauwerkes freilegen und bis zu mehrere Meter tief werden. „Auf der Grundlage des heutigen Wissensstands kann diese Art der Kolkbildung nicht zuverlässig vorhergesagt werden“, so der Hochschullehrer mit Forschungsschwerpunkt Standsicherheit von Offshore-Konstruktionen.

Deshalb begegnet die Offshore-Industrie dieser Herausforderung mit einem Konzept aus Vermessungen, Berechnungen, Kontrollen von Fundament und Meeresboden sowie in Form von Sandsäcken und Steinen, die rund um das Fundament am Meeresboden aufgeschichtet werden.

Die Windkraftanlagen werden mit Mehrschichtsystemen versiegelt, die bis zu vier Ebenen umfassen.

Korrosionsschutz und Umweltschutz

Eine ausgewogene Lösung ist ebenfalls nötig, wenn es um den Schutz der Windkraftanlage gegen Korrosion geht: Das Metall leidet permanent unter dem Salzwasser, da das darin enthaltene Salz die Leitfähigkeit des Wassers verbessert – dies macht es reaktionsfreudiger und fördert die Bildung von Rost.

Hier setzt die Offshore-Industrie auf die Erfahrungen aus der Seefahrt sowie der Öl- und Gasindustrie: Aktuell wird beim Korrosionsschutz nach den Vorschriften des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrografie (BSH) eine bewährte Kombination aus Schutzbeschichtung und sogenannten Opferanoden verwendet.

Die Windkraftanlagen sind demnach mit ölabweisenden Anstrichen zu versehen – die dem Salzwasser ausgesetzten Teile werden mit Mehrschichtsystemen versiegelt, die bis zu vier Ebenen umfassen. Grundlage bildet eine Zink-Grundierung, dann folgen zwei Epoxidharz-Schichten und eine Polyurethanharz-Schicht. Dieser Aufbau soll die darunter liegenden Stahl-Bauteile wirkungsvoll vor eindringender Nässe schützen.

Zusätzlich kommen sogenannte kathodische Systeme zur Anwendung: Dabei wird ein unedleres Material geopfert, welches sich dann anstelle der Gründungspfeiler zersetzen soll – deswegen der Name „Opferanode“. Es handelt sich hierbei um ein bewährtes Verfahren aus der Schifffahrt, bei dem die Opferanoden, bestehend etwa aus Aluminium, Zink oder Magnesium, in Form großer Blöcke fest mit dem Metall verbunden sind.

Alternativ können auch so genannte Fremdstromanoden zum Einsatz kommen. Dabei stellt ein Netzteil eine geringe Stromspannung bereit, welche das Rosten wirksam unterbindet.

Genauso wichtig wie der Schutz der Anlagen ist der Schutz des Meeres, deshalb nimmt die Offshore-Branche die möglichen Auswirkungen auf die Natur und Umwelt sehr ernst.

„Es gibt ein umfassendes Umwelt-Monitoring während der Bau- und Betriebsphase der Offshore Windparks“, erklärt der Geschäftsführer vom Netzwerk der Windenergiebranche (WAB) Ronny Meyer. „Die Daten aus der Umweltüberwachung des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrografie (BSH) aus der Nähe von bestehenden Windparks belegen, dass sich der Aluminiumgehalt im Oberflächensediment nicht verändert hat“, so Ronny Meyer weiter. Zudem weist das BSH daraufhin, dass nach derzeitigem Kenntnisstand nicht mit Rückwirkungen auf die Meeresumwelt zu rechnen sei – in der Meereswelt sei Aluminium nicht als Schadstoff bekannt.

„Der Umweltschutz spielt im Genehmigungsverfahren eine entscheidende Rolle, weil Voraussetzung ist, dass keine Gefährdung der Meeresumwelt eintreten darf“, erklärt Janine Sänger-Graef vom Referat für Offshore-Vorhaben des BSH. „Außerdem wird eine Umweltverträglichkeitsprüfung durchgeführt, die zu einem positiven Ergebnis führen muss“, so die BSH-Expertin weiter.

Die Industrie ist verpflichtet, die Offshore-Anlagen in einer Weise zu konstruieren, in der weder bei der Errichtung noch beim Betrieb nach dem Stand der Technik vermeidbare Emissionen von Schadstoffen, Schall und Licht in der Meeresumwelt auftreten. 

Iris Franco Fratini
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