Ingenieurbüro Prof. Dr. Hafner

	Ausgangslage Windkraftanlagen moderner Bauart haben einen hohen technischen Stand erreicht. Die Kritik an dieser Technik wächst jedoch. Im Umfeld von Windkraftanlagen beklagen Anwohner Lärmbelästigung, Infraschallphänomene, Schlagschatten, Lichtreflexe und die Beeinträchtigung des Landschaftsbildes durch die riesigen Rotoren. Die effiziente Nutzung der unerschöpflichen und sauberen Energiequelle Wind bietet jedoch noch viel Entwicklungspotential. Grundlegende Verbesserungen sind möglich. Innovation Der aerodynamisch optimierte Rotor verfügt über einen sehr hohen Leistungsbeiwert. In Designstudien zur Ästhetik wurde das Erscheinungsbild der Windkraftanlage positiv verändert. Der Vorteil dieser innovativen Windkraftanlage liegt in der Geräuscharmut, in der verbesserten aerodynamischen Effizienz und grösseren Wirtschaftlichkeit. Im Gegensatz zu konventionellen Rotoren wurde das neue Rotorblatt vom Zentrum bis zum Aussenrand der Rotationsfläche durchgehend als Tragflächenprofil gestaltet.
Innovative Windkraftanlage	Design Akzeptanz, Verbesserung der Ästhetik und der Einpassung in das Landschaftsbild sind wichtige Entwurfskriterien. Mit einer elementaren und naturnahen Gestaltung wurde eine neue ästhetische Qualität erreicht. Die Formgebung des dreiflügligen Rotors erlaubt einen harmonischen, fliessenden Bewegungsablauf und vermittelt dem Betrachter ein attraktiveres Erscheinungsbild. Förderung Die Entwicklung wurde durch Zuwendungen des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen der Landesinitiative Zukunftsenergien NRW aus dem Programm "Rationelle Energieverwendung und Nutzung unerschöpflicher Energiequellen – REN", Programmbereich "Technische Entwicklung" sowie durch das EU-Programm "Gemeinschaftsinitiative KMU" unterstützt.

Testlauf im Windkanal
	Auszeichnung Die neue Windkraftanlage ist mit dem Innovationspreis Ruhrgebiet 1998 ausgezeichnet worden. Der Preis wurde vom Kommunalverband Ruhrgebiet, der WAZ-Mediengruppe und der Alfried Krupp von Bohlen und Halbach-Stiftung verliehen.
	Ausstellung Die innovative Windkraftanlage ist eines von 2000 Exponaten der Dauerausstellung der Stiftung "Haus der Geschichte der Bundesrepublik Deutschland", Bonn.
	Weitere Entwicklungsvorhaben auf dem Gebiet der Windkraft werden durch das CRAFT - Programm "Energy, Environment And Sustainable Development" der Europäischen Kommission gefördert. (CRAFT: Cooperative Research Action For Technologies)

Stahl-Innovationspreis 2009

	Stahl-Innovationspreis 2009 Aus 644 eingereichten Vorschlägen hat die Jury die besten Projekte ausgewählt. Das Projekt "Leichtbau-Rotorblatt für Windkraftanlagen" des Ingenieurbüros Prof. Dr. Hafner gehört als Finalist in der Kategorie " Stahl in Forschung und Entwicklung / Verfahren" zur Gruppe der besten Einreichungen.
	Leichtbau-Rotorblatt für Windkraftanlagen Zahlreiche Windkraftanlagen werden zur Nutzung besserer Windverhältnisse auf offener See errichtet. Während große Turbinen heute Nennleistungen von 5 MW besitzen, sind bei der nächsten, speziell für den Offshore-Einsatz konzipierten Anlagengeneration, Rotorleistungen bis zu 10 MW geplant. Die dazu erforderliche Vergrößerung der Rotordurchmesser von jetzt rund 120 m auf bis zu 160 m erfordert völlig neue Konstruktions- und Werkstoffkonzepte. Das Ingenieurbüro Prof. Dr.-Ing. Hafner hat ein neuartiges Leichtbau-Rotorblatt in Kohlenstofffaser-Verbundbauweise entwickelt, das sich durch wirtschaftliche Herstellbarkeit und ein verbessertes Verhältnis von Eigengewicht zu dynamischer Belastbarkeit auszeichnet. Durch spezielle Spannglieder aus hochfestem Stahl wird der tragende Querschnitt des Rotorblatts bereits bei der Herstellung vorgespannt. Die im Betrieb auftretenden Verformungen werden dadurch ganz oder teilweise kompensiert, was die Bauteilbeanspruchung reduziert. Die verbesserte Materialausnutzung erlaubt zudem eine schlankere Ausführung des Rotorblatts ohne Einschränkungen bei Betriebssicherheit und Lebensdauer. Bei gleicher Blattlänge kann das Bauteilgewicht im Vergleich zu konventionellen Bauweisen um mehr als 25% verringert werden.

Schutzrechte angemeldet	Bild: Rotorblatt, Leichtbaukonstruktion für Multi-Megawatt-Windkraftanlagen

Floating Offshore Wind Turbines

Wind turbines at sea are well known, but until today they have had to be sited in shallow water so the base structure can be fixed to the seabed. New research projects investigate the technical and economical feasibility of large floating wind energy systems in deeper waters of 50 m to 200 m. The deployment of wind power technology on floating platforms offers a promising solution for harnessing wind energy at these depths. It is assumed that floating wind turbines will have better economics than bottom mounted wind turbines because of the strong offshore winds. Floating turbines are expected produce up to double electricity per year per installed megawatt as wind turbines now in operation. The optimal design concept for floating turbines is still unknown.

The BureauHafner focuses on the development of floater concepts for the support of large wind turbines and its subsystems. The Bureau developed a specific wind tower design with high stability and low weight (patent pending).

The modified floating platform concept is based on the design of a tension leg platform developed already by the offshore oil and gas industry. This development results in a cost-effective structure that will provide a solution to the deepwater issues and avoid the need to install the wind turbine on the platform while at sea.

A key cost component is the anchorage technology. Today these costs are in the same order as for the floating platform itself. The chore of anchoring the floating platform could make the cost of the technology prohibitive. Potential alternatives have to be developed. BureauHafner has undertaken to develop an innovative and cost effective anchorage system for floating offshore wind turbines.

Last but not least, the rotor blade is the most important component. BureauHafner developed an innovative large rotor blade for wind turbines > 5 MW which has been designed as a pre-stressed lightweight structure with high aerodynamic efficiency (patent pending).

The basic features of dynamic loading of marine structures has come about as a result of the need to build economic structures in deeper water, in faster flows and worse wave conditions. Additionally the offshore wind regime requires a more critical estimate of the real design loads for the floating wind turbine system. It has to be emphasized that more detailed analysis techniques of these combined loads are still the subject of development.

Mit der patentierten BRIQFUEL^(R)-Technologie können organische Abfälle und nicht recycelbare heizwertreiche Mischkunststoffe effizient, kostengünstig und umweltfreundlich in einen alternativen Hartbrennstoff gewandelt werden. Als Rohstoff für die Brennstoffherstellung eignen sich Haus- und Gewerbemüll, Altkunststoffe, Kunststoffgemische und die Shredderleichtfraktion aus der Altautoverschrottung.

Das angelieferte Rohmaterial wird vorbehandelt, zerkleinert, getrocknet und von metallischen Störstoffen und mineralischen Feinteilen getrennt. Spezielle Verfahrenstechnik steuert den Verarbeitungsprozess. Das heterogene Rohstoffmaterial wird unter Zumischung eines Additivs als Bindemittel schrittweise homogenisiert und gepresst.

Bereits bei der Herstellung, d.h. an der "Quelle" wird der Brennstoff so konditioniert, dass bereits während der Produktion und Zwischenlagerung schadstoffhaltige Emissionen vermieden werden. Die im Rohmaterial enthaltenen Schadstoffe werden physikalisch-chemisch immobilisiert und dauerhaft eingeschlossen. Die bei der energetischen Nutzung anfallenden festen Rückstände sind fast vollständig auslaugstabil und inert.

Aus einer Tonne Rohmaterial wird ca. eine Tonne Brennstoff produziert. Je nach Zusammensetzung und Anteil des Additivs kann der Heizwert des Hartbrennstoffs schon bei der Herstellung auf Werte zwischen 12 und 18 MJ/kg eingestellt werden.

Die Kosten der Brennstoffherstellung liegen deutlich unterhalb der bekannten Entsorgungskosten für die Müllverbrennung. Das Verfahren ist erprobt und patentiert, es liegen wissenschaftliche Gutachten und Analysen vor. Der Brennstoff ist unbegrenzt transport- und lagerfähig, äusserst abriebfest sowie hygienisch und ökologisch unbedenklich. Der Eigenbedarf an Energie zur Brennstoffherstellung erfordert ca. 15 % der im Brennstoff enthaltenen Heizenergie.

Das innovative Verfahren zur Herstellung eines alternativen Hartbrennstoffs stellt eine sichere und ökologisch verträgliche energetische Verwertung nicht recycelbarer Reststoffe zu wirtschaftlich akzeptablen Kosten dar. Damit steht ein umweltfreundliches Konzept zur dezentralen Energieversorgung mit Kraft-Wärme-Kopplung zur Verfügung.

BRIQFUEL® ist ein eingetragenes Warenzeichen für den patentierten Brennstoff.

BRIQuette (engl.) = Brikett, geformte Presskohle und FUEL = Brennstoff

The BRIQFUEL^(R) Technology converts organic waste and plastic residues into an alternative solid fuel. This patented process works efficiently, economically and environmentally friendly and is superior to other products. The raw material with a high calorific value can e.g. be urban and industrial waste, non-recyclable plastic residues or shredder light fraction from vehicle scrapping.

The delivered raw material has to be conditioned, shredded and dryed. Metallic pieces and mineral fines have to be separated. Specific technique controls the processing. The heterogeneous raw material will be mixed with an additive and after that the product becomes a highly compressed homogeneous matrix.

Already at the beginning of the process, i.e. at the "source" the fuel production is conditioned so very low hazardous emissions occur. The hazardous substances, contained in the raw material are bonded physico-chemically and embedded permanently. Those solid residues (ash) to be left from the energy recovery have a very low solubility.

One ton of conditioned raw material yields nearly one ton of solid fuel. Depending on the mixture and proportion of the additive the calorific value of the solid fuel is adjustable between 12 MJ/kg and 18 MJ/kg.

The costs of the fuel production are considerably lower than those of waste incineration. The process of fuel production is tested and patented. Expertises and analyses are available. Briqfuel® has an unlimited period of usage and storage, it is resistant to abrasion, completely safe to use and represents no health hazard. The fuel production supply requires approx. 15 percent of the contained heat energy.

The innovative procedure to produce solid fuel represents a safe and ecologically compatible recovery of non-recyclable residues for economically justifiable costs. So there is an alternative concept for the decentralised supply of combined heat and power generation.


Rohmaterial für den Hartbrennstoff / Raw material for solid fuel production	Pelletierter Sekundärbrennstoff aus Shredderleichtfraktion / Pelletised alternative fuel made from shredder light fraction and additives

Prototyp einer innovativen Windkraftanlage

Ausgangslage

Innovation

Design

Auszeichnung

Stahl-Innovationspreis 2009

Floating Offshore Wind Turbines