Windenergie hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einer der führenden Quellen Erneuerbarer Energie entwickelt (1). Mit der wachsenden Verbreitung von Windenergieanlagen (WEA) weltweit gewinnt die Frage nach ihrer Wartung und Lebensdauer zunehmend an Bedeutung. WEA sind komplexe, technisch anspruchsvolle Systeme, die kontinuierlich verschiedenen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Um ihre Effizienz und Zuverlässigkeit sicherzustellen, ist eine sorgfältige Wartung unerlässlich. Gleichzeitig stellt sich die Herausforderung, die Lebensdauer dieser Anlagen zu maximieren, um sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch nachhaltige Energieversorgung zu gewährleisten. In diesem Artikel werden die wesentlichen Aspekte sowie die bewährten Verfahren zur Wartung und Lebensdaueroptimierung von WEA untersucht.
Lebensdauer von WEA
Die Lebensdauer von WEA ist ein entscheidender Faktor für die wirtschaftliche Rentabilität und die ökologische Nachhaltigkeit der Windkraftnutzung. Eine längere Betriebsdauer einer WEA ermöglicht es, mehr Strom zu erzeugen und die anfänglichen Investitionen auf eine größere Anzahl produzierter Kilowattstunden zu verteilen. Insbesondere nach Ablauf der EEG-Förderung stehen Anlagenbetreibende vor der Entscheidung, ob ein Weiterbetrieb der Anlage wirtschaftlich sinnvoll ist. Alternativen beinhalten entweder den Rückbau der Anlage oder ein Repowering, bei dem die bestehende WEA durch eine modernere und leistungsfähigere Anlage ersetzt wird. Typischerweise sind WEA für eine Betriebsdauer von etwa 20 bis 25 Jahren ausgelegt, was im Vergleich zu fossilen oder nuklearen Kraftwerken relativ kurz erscheint (2). Innerhalb dieser Zeitspanne wirken jedoch zahlreiche externe und interne Einflüsse auf die Anlagen ein, die ihre Lebensdauer beeinflussen können.
Besonders entscheidend für die Langlebigkeit von WEA sind die am Standort herrschenden Windverhältnisse. Idealerweise sollten die Winde konstant, aber nicht zu stark sein. Allerdings ändern sich in der Natur Windgeschwindigkeit und -richtung ständig, was zu hohen dynamischen Belastungen an den verschiedenen Komponenten der Anlagen führt (3). WEA werden für bestimmte Windklassen ausgelegt, die bei der Standortwahl berücksichtigt werden sollten. Extremwinde, wie die 50- oder 100-Jahresböen, stellen zusätzliche Herausforderungen dar. Die Planung und Konstruktion der Anlagen erfolgt nach den Standards der IEC 61400.
Korrosion und Verschmutzung sind weitere äußere Faktoren, die die Funktionalität und Lebensdauer der WEA beeinflussen. Korrosion tritt besonders bei Schraub- und Schweißverbindungen auf, sichtbar in Abbildung 1, was die Standsicherheit der Anlage gefährden und hohe Reparaturkosten nach sich ziehen kann. Der Kapillareffekt ist ein weiteres unerwünschtes Phänomen, das die Korrosion an kritischen Stellen vorantreibt (4). Bei Offshore-Windparks oder Standorten in Küstennähe sind hohe Luftfeuchtigkeit und Salzwasser problematisch. Korrosionsbeständige Materialien, Schutzlacke oder Mehrschichtsysteme werden eingesetzt, um diesen Problemen entgegenzuwirken.
Abbildung 1: Korrosion am Turm einer WEA (eigene Übersetzung nach (5))
Extreme Temperaturen – sowohl Hitze als auch Kälte – beeinflussen die mechanischen und elektrischen Komponenten einer WEA. Kälte kann Schmierstoffe verspröden lassen, während Kunststoffe bei großer Hitze versagen können. Temperaturschwankungen fördern zudem die Materialermüdung.
Abbildung 2 zeigt die Erosion an Rotorblättern durch Regentropfen und kleine Staubpartikel in der Luft. Diese Erosion kann zu Ertragseinbußen führen, da sich das aerodynamische Profil der Rotorblätter verändert (6).
Abbildung 2: Erosion am Rotorblatt einer WEA (eigene Übersetzung nach (7))
Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer
Um die Lebensdauer von WEA möglichst auszuschöpfen oder sogar zu verlängern, sind gezielte Maßnahmen notwendig. Diese betreffen sowohl den technischen Zustand der Anlagen als auch die Anpassung an äußere Einflüsse. Im Folgenden werden zentrale Strategien vorgestellt, die zur Lebensdauerverlängerung beitragen.
Inspektion
Die Inspektion kommt vor allem bei Rotorblättern zum Einsatz. Diese finden regelmäßig statt und dienen der Früherkennung von Schäden. Es gibt verschiedene Methoden, welche bei den Inspektionen eingesetzt werden. Die gängigste Methode ist die visuelle Inspektion. Dabei gibt es verschiedene Varianten, um Schäden wie Risse, Verklebungsfehler, Lufteinschlüsse oder Beschädigungen des Vorderkantenschutzes frühzeitig zu erkennen.
Zum einen führen technische Fachkräfte außerhalb am Rotorblatt Überprüfungen durch; dies ist aber sehr aufwendig, zeitintensiv und gefährlich. Dadurch kommt es zu längeren Anlagenstillständen, was Ertragsausfälle zur Folge hat. Durch technische Innovation kann dies nun durch Drohnen übernommen werden, die mit Kameras ausgestattet sind. Dadurch wird die Inspektion viel effizienter und sicherer für die technischen Fachkräfte. Das Videomaterial wird anschließend durch Ingenieure oder Künstliche Intelligenz ausgewertet. Oft weicht der innere Zustand der Rotorblätter völlig vom äußeren Zustand ab, was dazu führt, dass erhebliche Schäden an den Rotorblättern übersehen werden.
Die innere Inspektion des Rotorblatts wird durch spezielle „Crawler“, wie in Abbildung 3 zu sehen, durchgeführt. Diese ähneln kleinen fern-gesteuerten Autos, die mit Kameras und Lichtern ausgestattet sind, um das Innere des Rotorblatts zu dokumentieren. Diese sind klein und bieten dadurch den Vorteil, bis zu 80 % in das Innere der Rotorblätter vorzudringen (8).
Abbildung 3: Crawler (8)
Regelmäßige Wartung
Wenn bei einer zuvor durchgeführten Inspektion Schäden oder Mängel festgestellt wurden, muss die Anlage anschließend gewartet bzw. repariert werden. Die klassische, planmäßige Wartung ist die Grundlage für einen langfristigen und störungsarmen Anlagenbetrieb. Sie umfasst turnusmäßige Kontrollen und Servicearbeiten an mechanischen und elektrischen Komponenten. Hersteller geben für jede Anlagengeneration spezifische Wartungsintervalle vor – meist im halbjährlichen oder jährlichen Rhythmus. Diese Arbeiten werden durch zertifizierte Servicedienstleister oder durch das Personal der Anlagenbetreibende selbst durchgeführt. Ein gut dokumentiertes Wartungsprotokoll ist nicht nur für den laufenden Betrieb wichtig, sondern auch für spätere Bewertungen im Rahmen von Gutachten oder Versicherungsfällen. Dazu gehören u. a. der Austausch von Filtern, das Nachziehen von Schraubverbindungen, die Schmierung beweglicher Teile sowie die Sichtprüfung auf Korrosions- oder Materialschäden (9). Die Vernachlässigung der Wartung kann hingegen zu schleichendem Verschleiß, unvorhergesehenen Stillständen und letztlich zu hohen Reparaturkosten oder Totalschäden führen. Die Investition in regelmäßige Wartung zahlt sich langfristig in Form einer höheren Verfügbarkeit und besseren Ertragsbilanz aus (10).
Zustandsüberwachung und digitale Systeme
Mit dem technologischen Fortschritt hat sich die Instandhaltung zunehmend in Richtung datengetriebener Verfahren entwickelt. Moderne Windenergieanlagen sind mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, die eine permanente Erfassung von Betriebsdaten ermöglichen. Hierzu zählen beispielsweise Messungen von Schwingungen zur Überwachung von Lagern und Getrieben, Temperaturen von Generator, Öl, Getriebe, Wind- und Lastverhältnissen sowie der Drehzahlen und den Energieflüssen. Diese Daten werden durch sogenannte Condition Monitoring Systems (CMS) gesammelt, analysiert und ausgewertet. Auf Basis dieser Informationen können Abweichungen vom Normalbetrieb frühzeitig erkannt und potenzielle Schäden vorhergesagt werden. Dieses Konzept der vorausschauenden Instandhaltung (Predictive Maintenance) erlaubt es, Reparaturen gezielt zu planen und ungeplante Ausfälle zu minimieren (11).
Darüber hinaus ermöglichen digitale Zwillinge die Simulation von Belastungsszenarien und das Durchspielen möglicher Fehlerentwicklungen. Diese Methoden tragen entscheidend dazu bei, den technischen Zustand der Anlage über ihre gesamte Lebensdauer hinweg präzise zu überwachen und zu steuern (11).
Fazit
Die Lebensdauer und Instandhaltung von Windenergieanlagen sind entscheidende Faktoren, die zur wirtschaftlichen Rentabilität und ökologischen Nachhaltigkeit der Windkraftnutzung beitragen. Durch den Einsatz moderner Technologien und gezielter Wartungsstrategien lässt sich die Lebensdauer dieser Anlagen verlängern, was zu einer effizienten und dauerhaften Energieproduktion führt. Regelmäßige Inspektionen, insbesondere durch den Einsatz von Drohnen und spezialisierten Crawlern, ermöglichen eine präzise Bewertung des Anlagenzustands und tragen zur rechtzeitigen Identifizierung potenzieller Schäden bei. Die systematische Wartung und der Einsatz fortschrittlicher Zustandsüberwachungssysteme minimieren Ausfallzeiten und unvorhergesehene Kosten, was die Verfügbarkeit und Effizienz der Anlagen steigert.
Darüber hinaus bieten die Fortschritte in der digitalen Technologie, wie Condition Monitoring Systems und digitale Zwillinge, Möglichkeiten für eine vorausschauende Instandhaltung, die den langfristigen Betrieb der WEA optimiert. Diese Technologien ermöglichen es, potenzielle Probleme frühzeitig zu identifizieren und effiziente Wartungsstrategien zu entwickeln, wodurch die Betriebskosten gesenkt und die Verlässlichkeit der Anlagen erhöht werden.
Autor: Louis Köbel
QUELLEN:
(1) Destatis (2024). Bruttostromerzeugung in Deutschland. Verfügbar unter: https://www.destatis.de/DE/Themen/Branchen-Unternehmen/Energie/Erzeugung/Tabellen/bruttostromerzeugung.html. (abgerufen am: 15.05.2025).
(2) Redway (2023). Wie lang ist die Lebensdauer eines Kraftwerks?. Verfügbar unter: https://de.redway-tech.com/what-is-the-lifespan-of-a-power-station/. (abgerufen am: 15.05.2025).
(3) Robert Gasch, Jochen Twele (2005): Windkraftanlagen Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb Berlin: Springer Vieweg
(4) Wind-Turbine (2022). Korrosion an Windenergieanlagen: Dank wirksamem Korrosionsschutz langfristig Schäden vermeiden. Verfügbarunter: https://wind-turbine.com/magazin/innovationen-aktuelles/174381/korrosion-an-windenergieanlagen-dank-wirksamem-korrosionsschutz-langfristig-schaeden-vermeiden.html. (abgerufen am 15.05.2025)
(5) Heljo Industries (2017. Verfügbar unter: https://heljo.industries/news/2017/5/17/heljo-industries-erhlt-auftrag-fr-40-turmrostinspektionen-in-nrw. (abgerufen am: 15.05.2025)
(6) Erneuerbare Energien (2020). Achtung! Erosionsschäden an relativ neuen Windkraftflügeln. Verfügbar unter: https://www.erneuerbareenergien.de/technologie/onshore-wind/das-rotorblatt-im-visier-achtung-erosionsschaeden-relativ-neuen-windkraftfluegeln. (abgerufen am: 15.05.2025)
(7) Umwelt Energie Gauting (2024). Mikroplastikabrieb bei Windrädern. Verfügbar unter: https://umwelt-energie-gauting.de/tag/rotor/. (abgerufen am: 10.06.2025)
(8) Aerones. Interne Inspektion der Rotorblätter. Verfügbarunter: https://aerones.com/de/dienstleistungen-2/inspektion/interne-inspektion/ (abgerufen am: 20.05.2025)
(9) Elektrofachkraft (2024). Windenergieanlagen: Das Einmaleins der Wartung. Verfügbar unter: https://www.elektrofachkraft.de/sicheres-arbeiten/windenergieanlagen-das-einmaleins-der-wartung. (abgerufen am: 20.05.2025)
(10) BWE. Sicherer Betrieb durch Wartung und Instandhaltung. Verfügbar unter: https://www.wind-energie.de/themen/anlagentechnik/betrieb/wartung-und-instandhaltung/. (abgerufen am: 20.05.2025)
(11) Windindustrie in Deutschland (2024). Zustandsüberwachung: So steigern Sie die Effizienz Ihrer Windenergieanlagen. Verfügbar unter: https://www.windindustrie-in-deutschland.de/fachartikel/zustandsueberwachung-so-steigern-sie-die-effizienz-ihrer-windenergieanlagen. (abgerufen am: 20.05.2025)
