Konzeption und Vorentwurf eines neuartigen, kreislaufgerechten Windkraft-Rotorblatts

Abstract

Windenergieanlagen zählen zu den wichtigsten Systemen zur Stromerzeugung aus regenerativen Energien in Europa. Derzeit steht die Windenergiebranche jedoch vor mehreren Herausforderungen, die vor allem die Rotorblätter betreffen. Viele Anlagen haben das Ende der Lebensdauer erreicht oder werden frühzeitig durch neue leistungsstärkere Systeme ersetzt (Repowering), weshalb hohe Mengen an ausgedienten Rotorblättern anfallen. Eine Deponierung der aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) bestehenden Rotorblätter ist jedoch in einigen europäischen Ländern bereits verboten. Alternative Recycling- und Verwertungsoptionen beschränken sich derzeit auf energie- und kostenintensive Pyrolyse- und Solvolyseverfahren, für die Rückgewinnung von Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), sowie auf die energetisch-stoffliche Verwertung von Glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) in der Zementherstellung. Eine kreislaufgerechte Bauweise von Rotorblättern, zum Beispiel durch den Einsatz von alternativen Materialien zu den FKV und einer Anpassung der Rotorblattstruktur, kann eine Lösung für die Herausforderungen der Entsorgung darstellen. Das Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, ein Konzept für ein kreislauffähiges Rotorblatt zu entwickeln. Auf Basis einer Literatur-, Internet- und Patentrecherche wird dafür der aktuelle Stand der Forschung und Technik zur Rotorblattentwicklung erarbeitet und Handlungsmöglichkeiten werden identifiziert. Ausgehend davon werden mögliche Kreislaufszenarien für Rotorblätter aufgestellt und Entwürfe für ein Szenario entwickelt. Das Ergebnis ist ein Entwurf eines Rotorblattes bestehend aus einer Holzschale und einem Holm mit tragenden Strukturkomponenten aus CFK. Die Verbindungen der Komponenten aus Holz und CFK sind demontagegerecht gestaltet, sodass am Ende der Lebensdauer des Rotorblattes eine sortenreine Materialtrennung erfolgen kann. Die CFK-Komponenten sind zudem so ausgelegt, dass sie für ein neues, größeres Rotorblatt wiederverwendet werden können. Die restlichen Elemente aus Holz können mit etablierten Verfahren stofflich oder energetisch verwertet werden.