SB_50.EWNLP

Anlass für den Forschungsantrag 11
1. Anlass für den Forschungsantrag
1.1 Einleitung
Windenergieanlagen (WEA) stellten in Deutschland im Jahr 2021 mit 21,5% der Bruttostromerzeugung
die zweitwichtigste Art der Gewinnung elektrischer Energie nach
Kohle (30,2%) und somit vor Erdgas (12,6%) und Kernenergie (12,6) dar [Dest21]. Der
Anteil der Offshore-Windstromerzeugung stiegt dabei auf fast 18 %. Diese Zahlen alleine
verdeutlichen die Relevanz der Windenergie für die Deckung des Energiebedarfs
und zeigen auf, dass in der Nutzung von Offshoretechnik ein großes Potential zur weiteren
Sicherung des deutschen Energiebedarfs besteht. Alleine für 2018 befinden sich
fünf weitere Nordsee-Offshore-Windparks mit 1,85 GW Leistung in der Bauphase
[Win18]. Die Hersteller von Windenergieanlagen stellt die Fertigung der großen Stahlstrukturen
vor enorme logistische Herausforderungen, da die Etablierung von Fertigungslinien
für die große Zahl an geplanten Projekten mit hohen Investitionen verbunden
ist, die sich oftmals erst durch Folgeaufträge rentieren. Vorhandene Fertigungskapazitäten
sind mit derzeitigen Produktionsverfahren zur Deckung des Bedarfs nicht
ausreichend. Besonders aufwändig ist hierbei die Herstellung der Gründungsstrukturen.
Je nach Struktur und Bodentyp werden bei der Gründung von Offshore-WEA unterschiedliche
Fundamenttypen genutzt. Je nach indizierter Gründungsstruktur unterscheidet
man zwischen Jackets, Tripods, Monopiles und Tripiles. Durch die Eignung
der Jackets für größere Wassertiefen und steinigen Meeresboden bieten sie einen inhärenten
Vorteil im Sinne eines größeren Anwendungsbereiches. Insbesondere durch
die Verwendung von Rohren mit Standarddimensionen als Fachwerkstäbe ist bei der
Herstellung der Jackets eine gute Lastskalierbarkeit bei gleichzeitig überschaubarem
logistischen Aufwand gegeben. Hierbei ist derzeit die Herstellung der Rohr-Rohr-Verbindungen
durch manuelle Schweißverfahren Stand der Technik. Ausnahmen sind
Schweißverbindungen, die am drehenden Rohr in Wannenlage erfolgen können. Die
Verbindungen von Standbeinen an Zentralrohre, Knotenverbindungen oder auch
Schweißarbeiten in Zwangslage an fester Baugruppe werden manuell durchgeführt.
Bei der Analyse der Produktion der Jackets zeigt sich, dass der materialsparenden
Struktur hohe Fertigungskosten gegenüberstehen. Insbesondere die schweißtechnischen
Arbeitsschritte zur Herstellung der Rohr-Rohr-Verbindungen sind hier Kostentreiber,
da diese manuell gefertigt werden. Die hierbei entstehenden Lohnkosten auf
der einen Seite und die geringe Verfügbarkeit von qualifizierten Fachkräften auf der
anderen Seite lassen die Gesamtkosten und den Prüfaufwand ansteigen.
Vor diesem Hintergrund stellt die Erhöhung des Mechanisierungsgrades bei der Fertigung
von Jacketstrukturen eine wirtschaftlich attraktive Option dar, welche im umkämpften
Markt der Offshore-WEA zukunftsentscheidend sein wird. Durch die Mechanisierung
von Schlüsselarbeitsschritten kann die Fertigungsdauer bei gleichzeitig stabilisierender
Wirkung auf die Qualität reduziert werden. Hierbei ist die Herstellung der
Wurzelschweißung als wesentlichen Teilschritt zu sehen. Durch eine Reduzierung der
Schweißzeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität für die Herstellung der ersten Lagen
kann die Wirtschaftlichkeit bereits deutlich erhöht werden, da hier eingebrachte