Forschung Wirtschaft
Foto: Klaus Rockenbauer
Windenergieanlagen-Prototyp in Scharndorf von Enercon.
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Energiewende

Günstiger Wind

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Die Vorarlberger Firma Bachmann gilt in der Automatisierungstechnik als Weltmarkführer.
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Die heimische Windkraftbranche erlebte in den letzten Jahren einen kräftigen Gegenwind. Trotzdem gibt es weltweit sehr erfolgreiche Unternehmen sowie zukunftsweisende Forschungsprojekte. Die neuen Regierungspläne versprechen wieder Aufwind.

von: Alfred Bankhamer

Die Windkraftbranche hatte in den letzten Jahren eher wenig Grund zur Freude. Zwar wurden technologisch laufend neue Rekorde gefeiert und die Anlagen immer effizienter, aber trotz Klimawandel und den Forderungen, den Anteil der Erneuerbaren Energie deutlich zu erhöhen, ist in Ländern wie Österreich oder Deutschland der Ausbau massiv eingebrochen. Das wird vor allem den aktuellen Fördersystemen zugeschrieben: In Deutschland hatte die Umstellung auf ein Ausschreibungssystem den Neuausbau von 1.792 Windkraftanlagen im Jahr 2017 auf 325 im Jahr 2019 fallen lassen. Nach Abrechnung der Demontagen und Erneuerungen wurden gar nur 243 Windkraftanlagen mit 981 MW Leistung zugebaut. In Österreich hat sich wiederum ein Stau bereits genehmigter Projekte für Windkraftanlagen gebildet, da wegen des Strompreisverfalls die zu knapp kalkulierten Fördersummen für den garantierten Ökostromzuschlag nicht mehr ausreichten. „Seit 2014 schrumpfte der jährliche Zubau von 131 Anlagen auf 33 im Jahr 2019“, erklärt Stefan Moidl, Geschäftsführer der IG Windkraft. Heuer sollen gar nur neun Anlagen errichtet werden. „Eines der großen Probleme ist, dass ein Projekt von der Idee bis zur Realisierung in Österreich drei bis acht Jahre benötigt“, so Moidl. Das kostet Geduld und Geld. Dieses Auf und Ab am Markt ist jedenfalls weder für die Windpark-Planer noch die weltweit durchaus sehr erfolgreiche heimische Industrie von Windkrafttechnologie förderlich. Unternehmen in der Windkraft wie Bachmann electronic, Elin Motoren, der Lagerspezialist SKF, Hexcel Composites in Oberösterreich oder das Start-up Ventus sind deshalb vor allem im Ausland aktiv. Die Vorhaben der neuen Regierung geben aber nun Hoffnung, Österreich auch wieder als F&E-Standort für Windkrafttechnologie zu stärken.


Test neuer Technologien

Dass Österreich ein Ort für Windkraftinnovationen ist, zeigt etwa ein Vorzeigeprojekt in Scharndorf in Niederösterreich. Ende November des Vorjahres fand hier die weltweite Erstinbetriebnahme einer neuentwickelten Windenergieanlage von Enercon, dem größten deutschen Hersteller von Windenergieanlagen, statt. Die Besonderheit dabei ist vor allem der modulare Stahlturm. „Allein dadurch wird die Anzahl der Transportfahrten um bis zu 75 Prozent reduziert“, betonte Paul Dyck, Sales Country Manager von Enercon Austria. Damit wählte der Hersteller schon zum zweiten Mal Österreich zur Errichtung und Testung von Prototypen. „Mit den Maschinen der neuen EP3-Plattform hat Enercon einen radikalen Schnitt beim Anlagendesign vollzogen. Kompakt, effizient und konsequent optimiert hinsichtlich sämtlicher Prozesse von der Fertigung über Transport und Logistik bis zum Aufbau – das sind die Kernmerkmale der neuen Anlagengeneration“, so Dyck. Als Partner konnte der Niederösterreichische Windkraftbetreiber ImWind gewonnen werden. Anstatt der herkömmlichen Stahlrohrsegmente besteht die neue Konstruktion aus gekanteten Stahlelementen. Diese werden auf der Baustelle zu einzelnen Turmsektionen zusammengeschraubt und schließlich aufeinandergesetzt. Dadurch lassen sich nicht nur die Transportfahrten um bis zu 75 Prozent im Vergleich zu Beton- bzw. Hybridturmkonstruktionen reduzieren, sondern auch Spezialtransporte vermeiden. Das spart Zeit und Geld.


Stark am Weltmarkt

Österreich ist zwar kein großer Windenergiemarkt und verfügt über keine eigene Produktion von Windkraftanlagen, hat dafür aber hochinnovative Technologieunternehmen. Bachmann ist etwa in der Automatisierungstechnik für Windkraftanlagen Weltmarkführer. In jeder dritten Windkraftanlage, in Summe schon in über 100.000, ist eine Steuerung zur Automatisierung von Bachmann installiert. Für das Vorarlberger Unternehmen ist Forschung und Entwicklung essenziell, um im globalen Wettbewerb mithalten zu können. Aktuelle Themen sind hier spezielle Softwarelösungen, die vom Condition Monitoring des Triebstranges über Security bis hin zur Strukturüberwachung, Rotorblatt-Monitoring oder Turmschwingungsüberwachung reichen. Ein großes Thema ist auch die Aufrüstung alter Anlagen.

Auch heimische Start-ups sorgen immer wieder für Aufsehen – etwa das Linzer Unternehmen Aero Enterprise, das Windräder mit Drohnen auf Schäden überprüft und dadurch beispielsweise Fehler auf Rotorblättern von der Größe eines Fingernagels erkennen kann. Besonders bei schwer zugänglichen Offshore-Anlagen verspricht das System großen Nutzen, wozu Aero Enterprise kürzlich einen deutschen Partner gewinnen konnte.


Neuer Windkraft-Boom

Für die nächsten Jahre erwartet sich die Windkraftbranche jedenfalls wieder einen günstigen Wind. Das Thema Klimaschutz ist in der Agenda vieler Staaten ganz nach oben gerutscht, nachdem die Auswirkungen des Klimawandels immer deutlicher zu spüren sind. Im neuen österreichischen Regierungsprogramm ist beispielsweise bis 2040 der Ausstieg aus fossiler Energie und bis 2030 100 Prozent Strom aus erneuerbaren Energiequellen vorgesehen. Ein Ziel, das sich nur mit sehr viel Anstrengungen und auch hohen Investitionssummen erreichen lässt.

Einer der wichtigsten Punkte ist der Ausbau der Erneuerbaren Energie. Die Ökostrom-Novelle im Vorjahr beendete zwar durch Vorziehen der Mittel fürs Jahr 2021 den akuten Windkraftprojektestau. Das Problem ist nur, dass wegen der bisherigen langen Wartezeiten von rund zweieinhalb Jahren nun vieles neu geplant werden muss, was wiederum rund ein bis zwei Jahre Verzögerung bedeuten kann. So rasch wird es also mit der windgetriebenen Energiewende nichts werden. Und wie es in den nächsten Jahren aussehen wird – die nächste Ökostromgesetznovelle ist für 2022 vorgesehen – ist noch offen. „Das neue Regierungsprogramm ist für die Branche aber ein großer Hoffnungsschimmer“, sagt dazu Windkraftvertreter Stefan Moidl.


Reichlich Ausbaukapazitäten

In Österreich erzeugen aktuell rund 1.340 Windräder mit einer Gesamtleistung von rund 3.160 MW rund 7 Terawattstunden Strom pro Jahr. Damit können aktuell rund 11 Prozent des gesamten Strombedarfs von Österreich abgedeckt werden. Laut Regierungsprogramm soll bis 2030 die ganze elektrische Energieversorgung, die mit 27 TWh prognostiziert wurde, mit Erneuerbaren abgedeckt werden. 11 TWh sollen dazu zusätzlich die Photovoltaik, 10 TWh die Windkraft, 5 TWh die Wasserkraft und 1 TWh die Biomasse liefern. 10 TWh Zubau in der Windkraft sind laut Moidl durchaus realistisch. „Wir haben immer davon gesprochen, dass wir sogar 22,5 TWh bis 2030 liefern können", so Moidl. Projekte für 3 TWh liegen bereits genehmigt vor und warten auf die Realisierung. Wichtig für den Ausbau sei aber, dass es nicht mehr wie in der Vergangenheit zu jahrelangen Verzögerungen bei bereits genehmigten Projekten komme und dass anstatt der bisherigen Stop- and Go-Politik ein kontinuierlicher Ausbau ermöglicht würde. So löste etwa das neue Ökostromgesetz in den Jahren 2003 bis 2006 einen starken Windkraft-Ausbau aus, dann folgte ein tiefes Loch. Die Gesetzgebung brachte dann ab 2011/12 wieder einen deutlichen Boom. Aber während 2014 noch 400 Megawatt ausgebaut wurden, waren es 2019 nur mehr 120 Megawatt und heuer sollen es gar nur 41 Megawatt sein. Damit lassen sich keine Terawattstunden produzieren.


Chancen für Windkrafttechnologie

Die neuen Ausbauziele der Regierung bedeuten auch für die Forschung und Entwicklung in Österreich neue Chancen. „Dank Innovationen war es möglich, in den letzten 30 Jahren die Leistung eines Windrades um das 200-fache und die Stromproduktion um das 400-fache zu steigern“, erklärt Stefan Moidl. Und es gibt noch viel im Bereich der Windkrafttechnologie zu tun – etwa auch in Kombination mit den Stromnetzen und Speichertechnologien.

In Österreich wurden schon zahlreiche, teils geförderte Forschungsprojekte abgeschlossen, die sich Themen wie Hybridtürmen, Kleinwindkraftanlagen oder dem Eiswurf widmeten. Im vom Klima- und Energiefonds geförderten Projekt ICE Control ging es etwa um die Entwicklung eines Prognosesystem für Vereisungen an Windkraftanlagen, um teure Stillstandzeiten zu vermindern. Umgesetzt hat dieses Projekt die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) gemeinsam mit der Universität Wien, dem VERBUND sowie der Firma Meteotest. Mit dabei war auch das Grazer Start-up ecologix mit einem Sensorsystem mit hauchdünnen Sensorfolien zur Eisdetektion, die mittlerweile weltweit bei über 350 Anlagen im Einsatz sind.

Gerade Tests unter realen Bedingungen sind sehr wichtig, um mit neuen Technologien in die Serienfertigung gehen zu können. Das junge Wiener Unternehmen Ventus Engineering hat sich etwa auf die Optimierung von Windparks spezialisiert. Erst 2017 gestartet, arbeiten heute schon über 30 Leute aus der ganzen Welt für die mittlerweile internationale Ventus Group. Getestet wurden die Systeme mit heimischen Windkraftbetreibern. Einer der ersten Partner hierfür war der Windparkbetreiber Ökoenergie in Niederösterreich. In den Testanlagen in der Region Wolkersdorf hilft nun etwa eine neue „Lichtradar“-Technologie dabei, den Ertrag der Windräder zu steigern und zugleich die Einsatzdauer zu verlängern.


Windparks optimieren

Mit dem LiDAR System (Light detection and ranging) lassen sich mittels Laser Abstands- und Geschwindigkeitsmessungen an Luftpartikeln sowie Fernmessungen atmosphärischer Parameter durchführen, um so die Gondel optimal in den Wind zu stellen und Windparks generell mittels Strömungsmessungen zu optimieren. Weiters wurde bei der Ökoenergie und einigen anderen Windkraftbetreibern ein neues Sensorsystem – das Monitoring System TripleCMASTM -–getestet, das erstmals den gesamten Rotor kontrollieren und überprüfen kann. Damit wird die Zustandsüberwachung kritischer Komponenten, die Fehlererkennung sowie ein Instant Alarm System in einem System vereint, um etwa laufend den aerodynamischen Wirkungsgrad einzelner Windturbinenschaufeln, den gesamten Rotor sowie kritische Komponenten in der Gondel zu überwachen. Bei diesem von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) unterstützten Forschungsprojekt arbeitet Ventus mit der TU Wien zusammen. Das neue System kann künftig mit Hilfe von Sensoren beispielsweise Blitzeinschläge, eine sehr häufige Schadensursache bei den Rotorblättern, genau messen und einordnen. Dadurch lässt sich gleich sagen, ob ein sofortiger Stopp der Turbine nötig ist oder eine Überprüfung bei der nächsten Inspektion ausreicht. Auch viele andere Probleme wie etwa am Getriebe oder am Antriebsstrang lassen sich dank Sensoren noch vor einem wirklichen Schaden erkennen.

Zur Überwachung und Echtzeitauswertungen kommen auch Analysetechniken wie maschinelles Lernen, Bildverarbeitung, Data Mining zum Einsatz. Dadurch kann der Betrieb beträchtlich optimiert, die Laufzeiten der Anlage deutlich erhöht und somit der Ertrag erhöht werden. „Derzeit laufen einige Forschungsprojekte – in erster Linie unser Projekt für ein neues Rotormonitoring System basierend auf unserer einzigartigen Sensortechnologie, Forschungen im Bereich Regen- und Eiserkennungstechnologien mit Sensoren sowie von Energy Harvesting Technologien für den Betrieb von Sensoren in Windkraftanlagen“, erklärt Martin Rath, Head of Sales and Business Development, Mitarbeiter Nr. 1 bei Ventus. Hinzu kommen Forschungsprojekte mit Advanced Materials auf Graphen-Basis. Das FFG-Projekt geht nun mittlerweile ins dritte Jahr, derzeit werden weitere Förderprojekte in Österreich und Europa eingereicht.


Windkraftgeneratoren von Weltruf

Sehr aktiv im Bereich der Windkraftgeneratoren ist die Elin Motoren GmbH, die in diesem Bereich zu einem der weltweit führenden Unternehmen zählt. „Besonders gefragt von der Industrie sind neue Kompakttriebsträngen, bei denen Generator und Getriebe zunehmend in eine kompakte Einheit verschmelzen“, weiß Stefan Schafferhofer, Leiter der Business Unit Windenergie. Das reduziert in der Gondel den Bauraum und das Gewicht deutlich. Erste Referenzkunden belieferte Elin bereits mit dem neuen Antriebsstrang. Mit der Performance im Feldeinsatz waren diese laut Schafferhofer auch sehr zufrieden. „Damit bestätigt Elin einmal mehr seine Rolle als einer der weltweit führenden Anbieter von innovativen und qualitativ hochwertigen Generatorlösungen am Windmarkt“, betont Schafferhofer. All diese innovativen Unternehmen bieten freilich auch weiteren Zulieferern die Chance, sich mit innovativen Produkten am Weltmarkt zu etablieren.


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