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Foto: Cooperatie Zuidenwind/H4a
Die Vier-MW-Windkraftanlage von Nordex mit Nabenhöhe 135 Meter in Heibloem, Holland, wird von einem Soft-Spot-Fundament getragen.

Ressourcen schonen

Rund 10 Prozent Beton und Stahl durch neues Fundamentdesign einsparen

Die Hälfte der Rückbaukosten von Windkraftanlagen geht zu Lasten des Fundaments. So lassen sich die Kosten senken.

Fünf und mehr Megawatt Leistung gehören bei Windturbinen an Land und in Europa bereits zum normalen Standard, mit weiterhin zunehmender Tendenz. Die Entwicklung der immer größeren Anlagen hat in der Folge direkten Einfluss auf die Größe des Fundamentes. Werden die Windkraftanlagen größer, gilt das auch für die Fundamente. 25 bis 30 Meter Durchmesser sind keine Seltenheit mehr. Die Krux: Je größer die Anlage, desto höher die anfallenden Abbruchkosten für die Stahlbetonkonstruktion nach 25 Jahren Laufzeit. Da liegt es nahe, kosten- und ressourceneffizient zu rechnen und somit nicht nur die Aufbaukosten, sondern auch den Abbau bereits bei der Planung mit einzubeziehen. Denn, alte Windkraftanlagen sind auch nach Lebensende eine wertvolle Ressourcenquelle. 85 bis 90 Prozent einer demontierten Windturbine können heute laut europäischem Branchenverein Windeurope recycelt und wieder genutzt werden, einschließlich der Fundamente.

Rückbau kann teuer werden

Wie groß der Kostenanteil für den Abbruch des Fundaments an den gesamten Rückbaukosten ist, hängt dabei stark von den individuellen Gegebenheiten vor Ort ab. Eines ist jedoch sicher, § 35 Abs. 5 des Baugesetzbuches regelt den Rückbau der Windkraftanlagen. Sofern kein Repowering möglich ist, müssen spätestens drei Jahren nach der dauerhaften Aufgabe der Anlage das Fundament, die Zuwegungen und alle weiteren Bodenversiegelungen entfernt sein. Erfinderische Lösungen und langjähriges Fachwissen sind also gefragt. Kleinere Betonvolumen und Armierungsstahltonnagen, sowie reduzierte Landflächennutzung, halten nicht nur zu Baubeginn die Kosten tief, sondern auch am Ende der Betriebszeit. Der sogenannte Soft-Spot entspricht all diesen aufgelisteten und wünschenswerten Punkten. Seine Bauweise optimiert den Einsatz aller für den Fundamentbau benötigten Ressourcen. Die Designlösung hilft rund 15 Prozent Beton und bis zu 10 Prozent Bewehrungsstahl einzusparen, je nach Bodengegebenheiten öfter auch ein paar Prozentpunkte mehr. Und, sie benötigt weniger Oberfläche als eine Standard-Flachgründung. Zeit, Material und Ausgrabungskosten werden reduziert. Entwickelt wurde der Soft-Spot vom französischen Unternehmen CTE Wind Civil Engineering SA. CTE Wind ist ein internationales Ingenieurbüro, das sich auf die Konzeption und Kalkulation von Onshore-Fundamenten für Windkraftanlagen spezialisiert hat. Die Lösung optimiert das bestehende und bestens funktionierende System der Flachgründung durch die Integration von bekanntem Wissen aus der Baustatik. So wird schlicht eine Weichschicht (EPS) unter der Mitte des Fundaments platziert, damit die Kräfte der Windkraftanlage ringförmig in den Boden abgeleitet werden, anstatt auf die gesamte Fläche.

Das erste Projekt mit einem Soft-Spot steht seit 2019 in einem Windpark mit 60 Vestas V136 Anlagen in Thailand. Jede Turbine hat eine Nabenhöhe von 157 Meter. Ursprünglich war eine Flachgründung mit 1.192 Kubikmetern Betonstahl und einem Durchmesser von 27,4 Metern vorgesehen. Das Problem waren dabei nicht die Volumina an sich, sondern der vorhandene Platz. Die Aushubarbeiten durfte in der Diagonalen nicht mehr als 25 Meter betragen. Dank der Weichschicht unter dem Fundament konnte der Durchmesser auf 24,5 Meter verringert werden; minus 210 Kubikmeter Beton (-18 Prozent) und 11 Tonnen Armierungsstahl (-9 Prozent). Dass während der Designphase auch alles korrekt und nach internationalen Normen ablief, dafür sorgte das Verifizierungsbüro des DNV-GL in Hamburg. Eine weitere Besonderheit: Dank der exzentrischen Kräfte des Soft-Spots hebt bei starken Windbelastungen die Anlage im Vergleich zu einer herkömmlichen Flachgründung zu einem viel späteren Zeitpunkt vom Boden ab. 

Kräfte sind im äußeren Bereich höher

Weltweit rund 750 Windturbinen nutzen die ressourcenschonende Lösung bereits. Frankreich, Brasilien, Spanien, Russland, Schweden, Thailand: Sogar in den Niederlanden, wo Pfahlgründungen aufgrund der konzentrierten Kräfte üblich sind. Eine wichtige Voraussetzung, damit diese Lösung überhaupt zum Tragen kommt, ist ein relativ guter Boden mit mindestens 135 Kilopascal Belastungsfähigkeit. Da das Fundament statt flach nun ringförmig aufsteht, sind die Kräfte im äußeren Bereich höher, während die Spannungen in der Mitte, also dort wo die Weichschicht liegt, bei null liegen. Besonders nützlich ist diese Lösung bei Böden mit Auftrieb durch hohen Grundwasserpegel (erhöhter Wasserdruck). Um die Stabilität zu gewährleisten, werden normalerweise bei dieser Art von Böden die Fundamente größer und schwerer, damit sie den Auftriebskräften standhalten können und es nicht zum „Klaffen“ kommt. Eine sogenannte klaffende Fuge soll im Betriebszustand der Windenergieanlage vermieden werden. In Deutschland umgingen die Entwickler das Problem oftmals, in dem sie den Boden kostenintensiv verbesserten. Durch den Soft-Spot kann darauf verzichtet werden, sofern die Voraussetzungen stimmen.

Nicht nur die Windkraftanlagen entwickeln sich weiter. Auch für die tragenden Elemente, insbesondere im Bereich der Flachgründungen, werden neue Systeme eingesetzt, um mit den immer größer werdenden Turbinen mithalten zu können. Einige der neuen Konzepte, wie etwa Lösungen mit vorgefertigten und vorgespannten Betonkonstruktionen, haben nur mäßigen Erfolg. Die Lösungen funktionieren oft nur auf dem Plan sehr gut. Ganz zu schweigen von der Logistik. Ob es sinnvoll ist,  tonnenschwere Betonteile rund um den Globus zu transportieren, ist eine Frage, die nach Rechtfertigung sucht. Auch die Herstellung vor Ort ist in vielen Schwellenländern einfacher gesagt als getan. Soft-Spot löst das Dilemma des Immer-größer-und-teurer im Fundamentbau mit schonendem Ressourcenverbrauch und tiefen Leistungsnachweis bei einfacher Bauweise. Autor: Sergio Carè Lucas, CTE Wind Civil Engineering

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Foto: CTE Autor Sergio Carè Lucas, CTE Wind Civil Engineering
Foto: ©diyanadimitrova - stock.adobe.com

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