Bild: Dr. Thomas Isenburg

Bild: Dr. Thomas Isenburg

Südafrika leidet unter Stromausfällen und setzt auf Erneuerbare Energien. Bis 2030 sollen WKA eine Leistung von 8400 Megawatt erzeugen. Dabei sind die Windparks im Land State of the Art. Die Technik liefern die führenden deutschen und dänischen Unternehmen, wie in der Jeffreys-Bay-Windfarm.

Die Auftragsbücher von Nordex, Siemens und Vestas werden auch durch Bestellungen aus Südafrika gefüllt, denn der Markt für Windkraftanlagen in Südafrika boomt. Die führenden deutschen und dänischen Hersteller erhielten in der ersten Hälfte des Jahres 2015 Aufträge zum Bau zahlreicher neuer Windkraftanlagen in dem Land an der südlichen Spitze Afrikas. So soll Siemens 157 Windturbinen für drei Projekte in Südafrika liefern. Mit diesem Umfang ist es der größte, jemals in Afrika vergebene Auftrag mit einer Gesamtleistung von 360 Megawatt.

Jeffereys Bay Windfarm

Die Windkraftanlagen stehen in einer gartenartigen Küstenlandschaft. In dieser Region ist mit mittleren Windgeschwindigkeiten zu rechnen. Bild: Dr. Thomas Isenburg

Der Kunde ist ein von Mainstream Renewable Power geführtes Konsortium, der sich mit erneuerbaren Energien zur Substitution von fossilen Kraftwerken beschäftigt. Bereits Mitte des letzten Jahres wurde der Jeffreys-Bay-Windpark in Port Elizabeth am indischen Ozean in Betrieb genommen.

Auch Nordex aus Hamburg baut seine Marktposition in Südafrika aus: Der Windkraftanlagenbetreiber mit knapp 3000 Mitarbeitern und einem Umsatz von etwa 1800 Millionen Euro vermeldete bereits Anfang Januar einen weiteren, fest finanzierten Auftrag mit einem Gesamtvolumen von 111 Megawatt. Dieser Windpark entsteht im Süden des Landes am Kap der guten Hoffnung. Hierzu hat man in dem afrikanischen Land eine Gesellschaft gegründet.

Dazu meint Lars Bondo Krogsgaard, Vorstandsmitglied von Nordex: „Die Gründung einer Landesgesellschaft im Jahr 2012 war ein wichtiger strategischer Schritt, um uns in dem aufstrebenden südafrikanischen Markt zu positionieren. Auf diese Weise können wir die Projekte im Land schneller und kompetenter betreuen.“ Bislang hat das Hamburger Unternehmen Windkraftanlagen installiert, die etwa 430 Megawatt Leistung erbringen. Das sind etwa 20 Prozent vom gesamten Markt.

State of the Art

Rotorblatt

Hannes Bester, Plant Manager bei Siemens an einem Ersatzrotorblatt im Jeffreys-Bay-Windpark. Das Rotorblatt lagert dort zur vorbeugenden Instandhaltung. Bild: Dr. Thomas Isenburg

Ein Besuch der Jeffreys-Bay-Windfarm in der Nähe von Port Elizabeth beweist, dass Südafrikas Windparks State of the Art sind. Jeffreys Bay liegt im Eastern Cape, einer Provinz in Südafrika an der Küste zum Indischen Ozean. Das etwa 3700 Hektar große Land, auf dem die 60 Siemens-Turbinen stehen, wird von Farmern weiter zur Viehzucht genutzt. Mit dem größten privaten Energieversorger der Subsahara, Globeleq, bestehen energieertragsabhängige Verträge über die erweiterte Landnutzung.

Auf der Fläche wurden 40 Kilometer Straßen neu gebaut, und 200 Kilometer Kabel verbinden die Windkraftanlagen mit dem 132 Kilovoltstromnetz des staatlichen Energieversorgers Eskom. Die Konstruktion des Windparks startete 2012, seit Mitte 2014 liefern die Turbinen Strom in das südafrikanische Netz. 460.000 MWh Energie pro Jahr sollen 100.000 Haushalte mit Strom versorgen.

Zudem kann die Stromversorgung der Region stabilisiert werden. Nach den ersten Monaten des Windparkbetriebs liegen erste Erfahrungen vor. Schon der Besuch der Zentrale des Windparks gibt einen Eindruck von der Professionalität, mit der hier zu Werke gegangen wird. Mitarbeiter an Computern verschaffen sich einen Überblick über die Leistungen der Turbinen. Es geht um hohe Erträge bei niedrigen Betriebskosten. Durch eine Ferndiagnose wird der externe und interne Zustand auch über Vibrationsmessungen geprüft, sodass Ungleichmäßigkeiten rechtzeitig erkannt werden.
Hannes Bester ist Plant Manager bei dem Energieversorger. Der Südafrikaner führt Besucher per Powerpoint-Präsentation in das Geschehen um den Windpark und die Sicherheitsvorkehrungen bei Besuchen des Windparks ein. Ein Ersatzteillager mit den notwendigsten Bauteilen wie Getrieben und Generatoren gehört zur Ausstattung, die eine hohe Verfügbarkeit der Windkraftanlagen sichern soll. Nachdem Schutzhelme und Signalwesten verteilt sind, erfolgt im Pick-up die Fahrt durch den Windpark in der gartenartigen Küstenlandschaft. Hin und wieder kreuzen Rinder den Weg, und Bienenstöcke säumen die Schotterstraßen.

Besters Stolz kann man an seinen Augen absehen, wenn er über die Turbinen spricht. Der Weg führt zu einer Umrichter-Station. An dieser wird die elektrische Energie in das Stromnetz des staatlichen Energieversorgers Eskom eingespeist. Das Projekt ist wichtig für das neue Südafrika. Es gilt als repräsentativ für eine gute Zusammenarbeit zwischen weißen und schwarzen Südafrikanern. Insgesamt haben hier etwa zehn Menschen Arbeit gefunden. Begleitet wird das Projekt von Maßnahmen zur Förderung schwarzer Farmer im Umfeld des Windparks.

Das Land leidet unter Stromausfällen

Der Jeffreys Bay ist eine Unternehmung in einer ganzen Reihe von Projekten, bei denen Südafrika auf erneuerbare Energien setzt: Waren die Energiepreise einst die günstigsten der Welt, so hat sich die Situation gerade in den letzten Jahren im neuen Südafrika deutlich verändert. Seit 2008 leidet das Land unter Stromausfällen.

Die Industrie am Kap der guten Hoffnung ist energiehungrig. Automobil- und Chemieindustrie sowie insbesondere die vielen Minen für die reichlich im Lande vorhandenen Bodenschätze gelten um die Metropolen Johannesburg und Pretoria herum als Großkunden des staatlichen Energieversorgers Eskom. Zudem hat sich in der Rainbow Nation, so die Bezeichnung Nelson Mandelas für seine Bürger in den 20 Jahren nach Beendigung der Apartheid, eine konsumfreudige, schwarze Mittelschicht entwickelt, die mit Energie versorgt werden will.

Seit 2008 kann der größte Stromanbieter Afrika zeitweise nicht mehr genügend Strom für Südafrika produzieren. Stromausfälle gehören dort zum Alltag, mit zunehmender Tendenz: Erreichten 2008 fünf Prozent der avisierten elektrischen Energie nicht den Verbraucher, waren es 2014 bereits 14,8 Prozent. Da die Energieversorgung am Kap der guten Hoffnung bislang aus Kohle aus dem Highveld, der Kohleabbauregion östlich von Johannesburg stammt, ist Südafrika einer der größten Kohlendioxidemittenten der Erde.

Zudem hat die Regenbogennation das Kyoto-Protokoll unterschrieben. Sie will bis 2020 ihre Treibhausgasemissionen um 34 Prozent, bis 2025 gar um 42 Prozent reduzieren. Damit diese ehrgeizigen Ziele erreicht werden können, sollen bis 2030 Kraftwerke mit einem Leistungsvermögen von 17,8 Gigawatt durch erneuerbare Energien installiert werden.

Spezielles Programm für Erneuerbare Energien

Bereits 2011 legte die südafrikanische Regierung das Renewable Energy Independent Power Producer Procurement Programme (REIPPP) auf. Dieses Programm organisiert die Vergabe einer Leistung von 3725 Megawatt, die durch erneuerbare Energien von privaten Energieversorgern erbracht werden sollen. Hierzu werden fünf Vergaberunden organisiert. Im Department of Energy können hierzu Gebote abgegeben werden.

Die ersten beiden Runden des REIPPP-Programms zur Implementierung von erneuerbaren Energien in das südafrikanische Stromnetz waren ein großer Erfolg, wie Ihno Baumfalk von der deutschen Niederlassung der KfW Bank in Pretoria äußert. Anders als in Deutschland, wo es eine feste Vergütung für die Stromeinspeisung durch erneuerbare Energien in das Stromnetz gibt, muss man sich in Südafrika um den Bau eines Projektes bewerben.

Hier erhält zu 70 Prozent der den Zuschlag, der den günstigsten Stromtarif anbietet. Die übrigen 30 Prozent sind an die Entwicklung von sozioökonomischen Projekten gebunden, wie die Förderung der bislang unterprivilegierten farbigen Menschen. Basis ist hier das Black Economic Empowerment Programme (BEE). Die Entscheidungen für die Windkraftanlagen sind auf fünf Vergaberunden zwischen 2011 und 2016 aufgeteilt. Vergeben werden bis dahin Windkraftanlagen mit einer Leistung von 1850 Megawatt. Bis 2030 sollen Windkraftanlagen eine Leistung von 8400 Megawatt erzeugen.

Aeroelastisch optimierte Blattprofile

Siemens setzt bei diesem Wettbewerb auf eine robuste und bewährte Technik. Installiert werden hier die als preiswert geltenden Turbinen der G2-Plattform. Sie ist mit mehr als 7600 installierten Einheiten eine der meistverkauften Produktlinien in der Windenergiebranche weltweit. Dabei wird ein konventioneller Antriebsstrang mit Getriebe verwendet. Eine Windenergieanlage wie in Jeffreys Bay installiert kann eine Leistung von 2,3 Megawatt erbringen.

Sie hat einen Rotordurchmesser von 101 Meter. Die dazu gehörenden Rotoren sind 49 Meter lang und werden bei Siemens in einem Stück gefertigt – als sogenannte Quantum Blades. Dabei ist ihre Form aerodynamisch optimiert, und sie gelten als äußerst robust. Für die neuen Projekte am Nordkap mit den zu errichtenden Windparks Khogag, Loeries 2 und Noupoort kommt eine neue Generation von Rotorblättern zum Einsatz.

Dort werden sie einen Durchmesser von 108 Meter haben. Siemens setzt auch auf eine gezielt eingesetzte Flexibilität, die das Blatt je nach angreifender Luftströmung nachgeben lässt. Aufgrund des aeroelastisch optimierten Blattprofils mit einer Verbindung zwischen Blattabkantung und Blattverwindung reduziert sich die auf die Rotorblätter einwirkende Last erheblich. Es ähnelt von der Form her einem arabischen Krummsäbel. Auch die Abkant- sowie Verwindungskupplung der ATB-Technologie stellt einen wesentlichen Fortschritt gegenüber klassischen Rotorblättern dar.

Wegen der neuartigen aeroelastischen Eigenschaften können Rotorblätter im ATB-Verfahren mit größeren Durchmessern hergestellt werden, ohne dass sich die Belastung von Gondel, Turm und Fundament erhöht. Im Ergebnis kann der jährliche Energieertrag ohne zusätzliche Kosten für die Struktur erhöht werden.

Kostengetriebener Markt

Siemens hat ein neues 53 Meter langes Rotorblatt für die 2,3 Megawatt-Plattform eingeführt, dem Bestseller im Produktportfolio, der bei allen Siemens-Südafrika-Projekten im Einsatz ist. Das neue B53-Rotorblatt misst vier Meter mehr als das Vorgängermodell. Da die von der Energie des Windes erbrachte Leistung proportional zur Fläche ist, die das Rotorblatt bei seiner Rotationsbewegung beschreibt, erhöht das B53-Blade den jährlichen Energieertrag um acht Prozent. Dies entspricht den Marktbedingungen in Südafrika, die sehr kostengetrieben sind.

Das bleibt hängen

Die Jeffreys-Bay-Windfarm

  • Die Automobil- und Chemieindustrie sowie der Bergbau am Kap der guten Hoffnung sind energiehungrig, und seit 2008 leidet das Land unter Stromausfällen.
  • Die Marktbedingungen in Südafrika sind kostengetrieben. Man muss man sich um den Bau eines WKA-Projektes bewerben.
  • Die Jeffreys-Bay-Windfarm ist eine Unternehmung in einer ganzen Reihe von Projekten, bei denen Südafrika auf erneuerbare Energien setzt. Es gilt als repräsentativ für eine gute Zusammenarbeit zwischen weißen und schwarzen Südafrikanern.

„In den Ausschreibungsrunden sehen wir, dass günstigere Anlagen und am Ende niedrigere Stromgestehungskosten gefragt sind. Dafür bietet unsere G2 Plattform eine gute Wahl,“ so Bernd Eilitz von Siemens. Nordex wird seinen neuen Auftrag mit Turbinen des Typs Delta ausstatten. Die bei dem Projekt verwendete Anlage N117/3000 ist für mittlere Windgeschwindigkeiten ausgelegt. Ihr Rotordurchmesser beträgt 117 Meter bei einer Turmhöhe von 120 Metern.

Die Nennleistung beträgt nach Unternehmensangaben 3,0 Megawatt. Die Energie des Windes wird durch einen Rotor umgewandelt und auf ein dreistufiges mechanisches Getriebe übertragen. Die rotatorsiche Bewegung treibt einen mechanisch dreistufig ausgelegten schnelllaufenden Asynchrongenerator an, der Wechselstrom mit Frequenzen von 50 oder 60 Hertz produziert.

Windkraftanlagen können so weitgehend unabhängig von der Windgeschwindigkeit arbeiten, wodurch ein positiver Effekt für den Wirkungsgrad erzielt wird. Ebenfalls erfolgreich in Südafrika ist das dänische Unternehmen Vestas. In ihrer langen Geschichte beschäftigte sich das Unternehmen zunächst mit der Herstellung von Kränen, bevor es in den 80er-Jahren der erste Hersteller von Windkraftanlagen im Serienbetrieb wurde.

Bei Vestas wurden Anlagen mit einer Leistung von etwa 530 Megawatt im Eastern- und Western Cape bestellt. Hierzu beschäftigt das Unternehmen 40 Mitarbeiter, die sich mit dem Verkauf, Service sowie der Konstruktion beschäftigen. Verkauft wurden Turbinen der Typen V90-2.0MW, V112-3.0MW, V117-3.3MW and V100-2.0MW. Dabei wird die Turbine den jeweiligen Windverhältnissen angepasst. Insgesamt hat das Department of Energy in Südafrika 6327 Megawatt ausgeschrieben. Für die Akteure besteht somit weiterer Spielraum, die Marktentwicklung in dem Land, das versucht die Apartheid zu überwinden, voranzutreiben. aru

Autor: Dr. Thomas Isenburg, freier Autor für ke NEXT