Bleifreie Leitungen als Lösung der Zukunft für Offshore-Windparks

Windenergie entwickelt sich weiter zu einer der zentralen Energiequellen in Deutschland. Offshore-Anlagen werden auf immer größere Kapazitäten ausgelegt, was neue Herausforderungen an die Energieübertragung in den Windkraftanlagen und in den Offshore-Windparks. Neben technischen Herausforderungen spielen auch gesundheitliche Aspekte eine wichtige Rolle.

Betreiber von Offshore-Anlagen legen ihre Systeme zunehmend auf höhere Spannungen aus, weil zum einen der Bedarf an Leistung stetig steigt und zum anderen eine deutliche effizientere Übertragung der gewonnenen Energie von der Windkraftanlage (WKA) an Land erfolgen kann. In den Offshore-Parks wird aktuell in der 66 kV Spannungsebene gearbeitet, ein Upgrade auf 132 kV ist in Vorbereitung. Diese Bedingungen stellen hohe Anforderungen an die Anlagen und die eingesetzten Kabelverbindungen und Anschlussgarnituren dar.

Hinzu kommen bei Anlagen auf offener See die Erfordernisse einer möglichst unkomplizierten Wartung sowie maximaler Robustheit gegenüber Salzwasser und rauem Seeklima. Nicht zuletzt müssen neben den technischen Vorgaben auch Aspekte des Gesundheitsschutzes beachtet werden. Von technischer Seite folgen Offshore-Anlagen dem Standard der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC). Prysmian Group stellt ein großes Portfolio innovativer Kabellösungen bereit, die für diese Anforderungen spezifiziert sind. Prysmian investiert kontinuierlich in die Entwicklung von Kabeltechnologien zur Reduktion bleihaltiger Anteile mit dem Ziel, innovative und effizientere Lösungen zu schaffen.

Für widrigste Bedingungen: optimierte Kabellösungen für den Offshore-Einsatz 

Mit den eingetragenen Marken Feltoflex® und Windflex® verfügt die Prysmian Group über Kabellösungen, die den widrigen Bedingungen auf hoher See und den besonderen technischen Spezifikationen der Windenergieindustrie entsprechen. Aufgrund des niedrigen Biegeradius qualifizieren sich Feltoflex Kabel von Prysmian gegenüber bisher marktüblicher Kabelanwendungen durch eine bauraumoptimierte Leitungsführung. Feltoflex Kabel eignen sich auch zur Verbindung von Offshore-Plattformen. Dieses Einsatzgebiet fordert dem Produkt eine hohe Flexibilität ab, da sich die Plattformen relativ zueinander bewegen können.

Die Lösung Feltoflex wird vor allem in solchen Fällen eingesetzt, in denen das Seekabel nicht direkt an der Schaltanlage, die es mit dem Turm verbindet, angebracht werden kann. Hier stellt dann die Feltoflex Leitung als sogenanntes Dropper Kabel den Anschluss der Maschine an das Netz sicher. Genauer gesagt dockt es an das sogenannte Array Kabel an, das die einzelnen Turbinen des Offshore Windparks verbindet, damit die gewonnene Windenergie an Land abtransportiert werden kann. Das Dropper Kabel stellt also die Verbindung zwischen der Windanlage und dem Netz her. Zu den technischen Vorzügen der Feltoflex Lösung gegenüber konventionellen Hochspannungsleitungen zählen insbesondere die geringen Biegeradien, die es ermöglichen, die Verlegung auf geringstem Bauraum zu realisieren. Dadurch können die Konstruktions- und Baukosten erheblich gesenkt werden.

Da sich die Gondeln der Windkraftanlagen bekanntlich mit dem Wind drehen, müssen sich auch die Energieleitungen mitdrehen, die die gewonnene Windenergie nach unten transportieren sollen. Dort, wo die Leitungen in einem Kabelloop geführt werden, kommen die Windflex und Feltoflex Leitungen zum Einsatz. Hier ist Flexibilität entscheidend, um eventuellen mechanischen Schädigungen und Bruch entgegenzuwirken. Um eine möglichst hohe Flexibilität der Windflex Kabel sicherzustellen, müssen verschiedene Faktoren miteinander in Einklang gebracht werden. Dies sind insbesondere die Mantelstärken, die Konstruktion der Energieleiter, die Dehnbarkeit, und die Brandstabilität des Materials.

Zu den großen Vorteilen der Windflex und Feltoflex Baureihe zählt die mechanische Belastbarkeit und insbesondere die ausgezeichnete Torsionsfähigkeit. Getestet wird unter anderem, ob sich die im Turm befindliche Gondel mehrmals bis zu 100 Grad pro Meter in eine Richtung drehen lässt ohne Schäden am Kabel zu provozieren. Die Widerstandsfähigkeit der Leitungen wird darüber hinaus durch wechselhafte Wind- und Temperaturverhältnisse auf die Probe gestellt. Windflex und Feltoflex Leitungen halten Temperaturen von -40 bis +80° C stand. Die Umgebungsanforderungen können stark variieren und erfordern projektspezifische Anpassungen. Windflex Kabel sind wartungsfrei und überwiegend ohne Materialverschleiß.

Die Produktfamilie Windflex wurde im Jahr 2005 erstmals verbaut und ist in den entsprechenden Anlagen seitdem zu einhundert Prozent ausfallfrei im Betrieb. Ausgelegt ist die Windflex-Familie auf den gesamten Lebenszyklus einer Plattform, also auf mindestens 25 Jahre. Umfangreiche Tests, etwa auf dem Prysmian-eigenen Torsions-Teststand, bilden die Grundlage hoher Produktqualität und tragen zu einer ständigen Erweiterung der digitalen Datenbasis bei.

Auf dem Weg zu bleifreien Lösungen

Neuen Herausforderungen steht die Branche etwa durch erweiterte Deklarationspflichten zu gefährlichen Stoffen gegenüber. So wurden bislang zur Isolierung von Kabeln bleihaltige Lösungen eingesetzt, um geringere Wanddicken realisieren zu können. Blei ist bekanntlich gesundheitsschädlich. Die Entwicklung bleifreier Lösungen auf diesem Gebiet ist vor allem deswegen zentral, weil das Metall als reproduktionstoxisch gilt und jegliche hiervon ausgehende Gesundheitsrisiken vermieden werden sollen. Laut European Chemicals Agency kann Blei beim Menschen zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einer Minderung der Fruchtbarkeit, zu Problemen in der neurologischen Entwicklung bei Säuglingen und Kindern sowie bei wiederholter Exposition zu Organschädigungen und Krebs führen. Zusätzlich zu gesundheitlichen Risiken beim Menschen steigt der öffentliche Druck auf das bleiverarbeitende Gewerbe, da der Stoff auch schädlich für die weitere Umwelt ist und beispielsweise bei Vögeln zu Vergiftungen führen kann.[1]

Die Abkehr von bleihaltigen Leitungen bedeutet für die Industrie – und damit auch für Prysmian – die Suche nach Stoffen, die die positiven Eigenschaften der bisherigen Produkte ersetzen können. Hier sind vor allem gute mechanische Eigenschaften wie die Abriebfestigkeit des Mantels, thermische Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, thermische Sicherheit im Kurzschlussfall sowie Flexibilität und Abmantelbarkeit entscheidend. Alternativen sind beispielsweise weiterentwickelte Lösungen mit Stabilisatoren aus Kalzium und Zink.

Prysmian stellt seit fast zehn Jahren Mittel- und Hochspannungsleitungen mit bleifreien Isoliermischungen her und zählt damit zu den Vorreitern bei bleifreien Kabellösungen. Selbst im Bereich der Mittelspannung zählen bleifreie Isoliermischungen noch nicht bei jedem Anbieter zum Standard. In diesem Zusammenhang hat die Prysmian Group den Typentest mit 66 kV bestanden – eine Neuerung im Bereich der Hochspannungsleitungen, da bleifreie Lösungen bisher nur für Mittelspannungen ausgelegt waren. Der Einsatz bleifreier Isolierungen kommt insbesondere der Konfektion zugute. Denn bei der Verarbeitung bleihaltiger Kabel können Mitarbeitende toxischen Substanzen ausgesetzt werden wie beispielsweise Staubpartikeln bei Schleifarbeiten.

Prysmian wird in Kürze die ersten Projekte mit einhundertprozentig bleifreien Kabellösungen im Hochspannungsbereich realisieren. Die einzelnen Bestandteile werden an verschiedenen Standorten produziert, durchweg unter sehr hohen Standards und „Made in Germany“.

Mit Blick auf die Kabel- und Leiterindustrie ist zu erwarten, dass sich bleifreie Lösungen zu einem branchenweiten Standard durchsetzen werden, befördert sowohl durch steigende Anforderungen an den Gesundheitsschutz als auch durch einen geringeren administrativen Aufwand hinsichtlich Deklarationspflichten auf Kunden- und Herstellerseite. Hierbei gilt es jedoch, die mechanischen Eigenschaften der Stoffe mit gesundheitstechnischen Vorgaben und Aspekten der Wirtschaftlichkeit in Einklang zu bringen – eine Herausforderung, in die Prysmian seine jahrzehntelange Erfahrung einbringt.

[1] https://echa.europa.eu/de/hot-topics/lead-in-shot-bullets-and-fishing-weights