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TM-Bleche von Format machen Offshore-Windkraftanlagen Beine

| Autor/ Redakteur: Ursula Herrling-Tusch / Frauke Finus

Klimafreundlicher Strom aus der Nord- und Ostsee kommt immer mehr auf Touren. Im ersten Halbjahr 2018 erzeugten die dortigen Windkraftwerke über neun Terawattstunden Strom. Bei den Gründungen der Turbinen vertrauen die Betreiber der bestehenden und aktuell in der Planung befindlichen Windparks zum großen Teil auf thermomechanisch gewalzte (TM-) Bleche von Grobblechhersteller Dillinger.

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Für die Fundamente der Windenergieanlagen von Gemini kamen 73 m lange Monopiles zum Einsatz, die in bis zu 36 m Wassertiefe installiert wurden.
Für die Fundamente der Windenergieanlagen von Gemini kamen 73 m lange Monopiles zum Einsatz, die in bis zu 36 m Wassertiefe installiert wurden.
( Bild: Geminiwindpark.nl )

Die global zunehmende Offshore-Windenergienutzung erhöht den ohnehin starken Kostendruck auf die Betreiber beständig. Für den wirtschaftlichen Bau von Monopiles – der aktuell mit Abstand am häufigsten gewählten Gründungsart – haben deshalb TM-Bleche von Dillinger und Schweißprozesse Schlüsselrollen. Zum Schließen der Mantelschüsse und für ihren anschließenden Zusammenbau zu fertigen Monopiles ist eine Vielzahl geschweißter Längs- und Rundnähte erforderlich. Für die notwendige Effizienz kommen dafür automatisierte Hochleistungsschweißverfahren mit hohen Abschmelzleistungen zum Einsatz. Bevorzugtes Verfahren ist Unterpulver (UP)-Schweißen – zur Maximierung der Abschmelzleistung häufig auch mit mehreren Drähten. Für seinen Einsatz spricht neben der Wirtschaftlichkeit – gerade auch bei den für Monopiles typischen großen Wanddicken – die sehr geringe Fehleranfälligkeit. Voraussetzung dafür sind jedoch Werkstoffe, die diese extremen Abschmelzleistungen ohne Qualitätseinbußen tolerieren.

Besonders dick und schwer

TM-Bleche von Dillinger sind durch ihre mechanischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften für die industrielle Serienfertigung von Monopiles erste Wahl. Dank extrem feiner Kornstruktur zeichnen sie sich durch eine exzellente Festigkeit und Zähigkeit aus. Die niedrigen Gehalte an Kohlenstoff und sonstigen Legierungselementen gewährleisten zugleich eine sehr gute Schweißeignung. So weisen diese Stähle der Güte S355 M/ML auch bei hoher Wärmeeinbringung unverändert gute Zähigkeitswerte in der Wärmeeinflusszone auf. Der geringe CET Kohlenstoffäquivalentwert von typischerweise 0,23 selbst für 150 mm dicke Bleche (CET ~ 0,21 für 80 mm dicke Bleche) erlaubt zudem ein deutlich reduziertes Vorwärmen oder sogar gänzlichen Verzicht darauf.

Entsprechend hoch sind die Kosten- und Zeitvorteile, die der Einsatz dieser TM-Bleche in der schweißintensiven Fertigung von Monopiles erschließt. Je nach Parameterwahl können die Aufwärm- und Abkühlzeiten bis auf null reduziert werden, sodass der Werkstattdurchsatz deutlich steigt und die Kosten für Energie und Fertigungslohn sinken. Standardmäßig kommen für den Bau von Monopiles 60 bis 110 mm dicke TM-Bleche zum Einsatz. Für besondere Einsatzzwecke liefert Dillinger aber auch bis zu 150 mm dicke thermomechanisch gewalzte Bleche. Mit einem Stückgewicht von 35 t – im Einzelfall auch bis zu 42 t – ermöglichen die durchweg sehr dicken und mit bis zu 4.600 mm auch ungewöhnlich breiten Bleche sehr variable, schweißoptimierte Abmessungen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Durch den Einsatz besonders breiter Bleche lässt sich die Zahl der Rundnähte senken, durch entsprechend lange Bleche die Zahl der Längsnähte. Zwei vereinfachte Beispielrechnungen verdeutlichen das Einsparpotenzial, das TM-Bleche von Dillinger durch ihre extremen Abmessungen und hohen Stückgewichte bei der Monopilefertigung bieten: Für ein 12 m langes Segment in durchgängig gleicher Blechdicke sind bei der am Markt üblichen Schussbreite von 3 m vier Mantelschüsse erforderlich. Mit 4 m breiten Mantelschüssen aus Dillinger TM-Blechen werden nur drei Schüsse benötigt. Dadurch entfällt alle 12 m eine Rundnaht, sodass bei einem 80 m langen Monopile in Summe sieben Schweißnähte eingespart werden könnten. Nicht minder interessant sind die Kostenvorteile, die sich aus den von Dillinger lieferbaren hohen Stückgewichten ergeben: Bei einem Blechgewicht von 25 t und einer Blechdicke von 80 mm werden für einen 3,50 m breiten Mantelschuss drei Bleche benötigt. Mit den 35 t schweren Dillinger-Blechen reichen dafür zwei Bleche, sodass pro Mantelschuss eine Längsnaht eingespart werden kann. Durch die Reduktion der benötigten Anzahl der Bleche beziehungsweise Mantelschüsse sinkt auch der Aufwand für Logistik und Transport entsprechend.

Schweißoptimierte Abmessungen

Diese außergewöhnliche Leistungsfähigkeit und wirtschaftlichen Vorteile der TM-Bleche bewährten sich auch beim Bau der Gründungen für den Offshore Windpark Gemini. Er erstreckt sich auf einer Fläche von 68 m2 vor der Küste nördlich der Niederlande. 150 Turbinen mit jeweils 4 Megawatt Leistung und einem Rotordurchmesser von 130 m erzeugen für über 400.000 Haushalte regenerativen Strom – unterm Strich 2,6 Terawattstunden pro Jahr. Damit ist Gemini einer der aktuell leistungsfähigsten Windparks der Welt. Für die Fundamente seiner Windenergieanlagen kamen 73 m lange Monopiles zum Einsatz, die in bis zu 36 m Wassertiefe installiert wurden. Angesichts ihres Durchmessers von sieben Metern am Meeresgrund, der sich bis auf 5,5 m am Übergangsstück zum Turm (Transition Piece) verringert, boten die extremen Abmessungen und Stückgewichte der Dillinger TM-Bleche erhebliches Einsparpotenzial. Binnen sechs Monaten lieferte Dillinger für ihren Bau über 4.000 Bleche mit bis zu 95 mm Dicke und Stückgewichten von bis zu 32 t.

Dabei spielte der Grobblechhersteller die Stärken seiner Bleche durch schweißoptimierte Abmessungen und Just-in-time-Lieferungen virtuos aus. Im Lieferjahr 2015 reizte der Großblechhersteller mit dem Blechgewicht von 32 t seine damaligen Machbarkeitsgrenzen aus. Nur zwei Jahre später hatte er diese schon auf 35 t ausgedehnt, wiederum ein Jahr später – 2018 – unterstreicht er seine Technologieführerschaft mit 42 t Blechgewicht. Durch diese kontinuierliche Weiterentwicklung der Möglichkeiten beantwortet Dillinger zuverlässig die Marktanforderungen der preissensitiven Offshore-Windenergiebranche nach immer dickeren und leistungsfähigeren TM-Blechen.

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