Andreas Reuter vor roten Stühlen

Windenergie: Die nächste Generation

Energie ist für mich ein wesentlicher Schlüssel für eine nachhaltige Welt.

Prof. Andreas Reuter, Institutsleiter Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES

„Energie ist für mich ein wesentlicher Schlüssel für eine nachhaltige Welt“ – im Gespräch mit Andreas Reuter reden wir über die Bedeutung von Windenergieforschung, die Rolle der Windenergie als eine der wichtigsten Energieressourcen und die rasanten technologischen Entwicklungen in dieser Branche. Andreas erklärt, warum für ihn die Kombination aus bestehendem Wissen und neuen Ansätzen in der Forschung wichtig ist, was es für junge Wissenschaftler*innen braucht, die vielfältigen Disziplinen der Windenergieforschung zu durchdringen und wie sich das IWES hinsichtlich neuer Forschungsschwerpunkte ständig weiterentwickelt.

Energiepolitik

Redaktion: Bist du mit den aktuellen politischen Rahmenbedingungen für die Windenergieforschung zufrieden? Was muss passieren?

Andreas: „Die finanziellen Mittel für Projekte in der Windenergieforschung, die über das BMWK gefördert werden, haben sich in den letzten fünf Jahren halbiert. Ein klarer Fahrplan, wie die Bundesregierung die Ausbauziele erreichen möchte, ist nicht erkennbar. Für mich ist dies ein Widerspruch, der meines Erachtens in Berlin nicht richtig gesehen wird, da für viele neue Akteur*innen im Ministerium das Thema Windenergie hauptsächlich ein Umsetzungsproblem und nicht so sehr ein Technologie- und Innovationsthema ist. Zudem ist das Geld knapp und mit Blick auf das aktuelle Weltgeschehen, wie auf den Krieg in der Ukraine oder die Coronapandemie, soll tendenziell überall gespart werden. Wir befürchten, dass die Windenergieforschung auch weiterhin davon betroffen sein wird. Gemeinsam mit der Industrie  erklären wir immer wieder, warum Energieforschung und auch Windenergieforschung in diesem wichtigen industriellen Umfeld notwendig ist. Hier bleiben wir dran und leisten auch weiterhin Aufklärungs- und Öffentlichkeitsarbeit – gemeinsam mit Akteur*innen aus der Photovoltaik-Branche, denn hier sieht die Lage ähnlich aus.“

Redaktion: Was ist dein Ansatz für eine nachhaltige Welt für künftige Generationen?

Andreas: „Energie ist für mich ein wesentlicher Schlüssel für eine nachhaltige Welt. Natürlich sind auch Ressourcenknappheit und Recycling große Themen. Das IWES ist im Energiebereich aktiv und wir sind der Meinung, dass Energie der Schlüssel ist. Ich bin davon überzeugt, dass Windenergie an ganz vielen Standorten, auch bei allen positiven Entwicklungen in der PV-Branche, immer noch mindestens eine gleich gute, wenn nicht sogar bessere Variante zur Energieerzeugung, ist. Auch der Ressourcenverbrauch bei Wind ist geringer, d.h. Windenergie ist nicht nur nachhaltiger, sondern an vielen Standorten für das Energiesystem die bessere Wahl bei gleichzeitig geringeren Kosten.“

Redaktion: Was waren besondere Herausforderungen in der Windenergie?

Andreas: „Der Übergang zu einem wirtschaftlichen Betrieb von Windenergie: Zu Beginn war Strom aus Windenergieanlagen noch teuer und wurde damals aus reinem Idealismus vorangetrieben. Die erste Windenergieanlage, an der ich beteiligt war, wurde an Janosch in die Toskana verkauft. Er hat sich das als Hobby geleistet. Dass sich Windenergie wirtschaftlich rechnet, das hat in den 90er Jahren rund zehn Jahre gebraucht. Zuerst an den windigen Standorten in den USA, dann wurde die Technologie immer weiter ausgearbeitet und verbessert, die Kosten kontinuierlich gesenkt, so dass Windenergie heute selbst an Binnenlandstandorten in Deutschland als billigste Form der Stromproduktion gilt.“

Windenergieindustrie

Redaktion: Was ist das interessante am Zusammenspiel von Industrie und unserer Forschung?

Andreas: „Ich finde unsere Forschung spannend, weil sie oft ein Teil von Entwicklungsprojekten ist: Zum einen, wenn es um große Komponententest geht, z. B. bei der Anlagenentwicklung. Zum anderen aber auch bei anderen Aspekten, wie bspw. im Seismik-Forschungsbereich, der direkt und kurzfristig in Projekten angewendet werden kann. Unsere Aktivitäten sind wichtig und auch kurzfristig nutzbar und weniger im Bereich der Grundlagenforschung verankert, die eher einen längerfristigen Ansatz verfolgt und damit nicht unmittelbar in Produkte umgesetzt werden kann.“

Redaktion: Ein Blick auf die Weltbühne: Wo stehen wir im Vergleich zum internationalen Wettbewerb?

Andreas: „Wir als Forschungsinstitut sind Teil der westlichen Windenergieindustrie, auch wenn wir mit der chinesischen Windindustrie zusammen arbeiten. Das ist schon ein ziemliches Kopf-an-Kopf-Rennen: China hat viel investiert, das Herangehen ist sportlich, das heißt es werden Projekte „einfach mal gemacht“, auch wenn nicht alles gleich funktioniert oder Probleme auftreten. Es besteht ein rasantes Tempo und Optimierungen werden schneller umgesetzt. Die chinesische Windenergieindustrie hat zudem spezifische Herausforderungen, denn der lokale Windmarkt funktioniert anders als bei uns in Deutschland: Moderate Wassertiefen, weniger Wind. Die Ergebnisse unterscheiden sich ein wenig. Die Märkte funktionieren unterschiedlich und damit kommen die Akteur*innen sich nicht wirklich direkt in die Quere. Klar, westliche Firmen haben Marktanteile in China verloren, aber chinesische Firmen haben bisher nicht substanziell im westlichen Markt Fuß gefasst. Über die Zuliefererindustrie gibt es allerdings viele Querverbindungen, weil chinesische Hersteller bei westlichen Firmen qualitativ hochwertige Komponenten kaufen, wie z. B. Lager oder Regelungssysteme. Andererseits werden viele Rotorblätter für den westlichen Markt in China gefertigt, da es günstiger ist. Die sehr arbeitsintensive Fertigung der Blätter lohnt sich dort, trotz des Transportaufwandes.“

Redaktion: Sind wir in Deutschland noch Vorreiter für neue und nachhaltige Energietechnologien?

Andreas: „Das ist eine spannende Frage, denn laut den Dänen war Deutschland nie Vorreiter, sondern immer nur „fast-follower“, da die Windenergie schließlich in Dänemark erfunden wurde. Das stimmt nicht so ganz denke ich: Es gab dänische und deutsche Pioniere und es gab schon immer einen kontinuierlichen Wettbewerb zwischen beiden Ländern. Wir als IWES haben stark dazu beigetragen, dass dieses Kopf-an-Kopf-Rennen bestehen blieb und jetzt auch mit weiteren Akteur*innen besteht, doch wir müssen am Ball bleiben. Ich sehe sehr dynamische Entwicklungen, bspw. an der Technical University of Denmark (DTU), die auch stark in den Bereich Wasserstoff investiert und ihre Aktivitäten im Bereich Elektrotechnik massiv ausgebaut hat. Wir müssen dem Fortschritt folgen, da das auch weitere Auswirkungen für die wirtschaftliche Bedeutung vor Ort hat. In Dänemark ist Wissenschaft eng und erfolgreich mit den wirtschaftlichen Entwicklungen und Anwendungen in der Windenergie verzahnt. Das kann für uns eine starke Blaupause sein, für unsere Planungen am Institut und insgesamt für den Ausbau der erneuerbaren Energien.“

Forschungsthemen

Redaktion: Das neue Forschungsfeld Wasserstoff etabliert sich zunehmend am Institut. Wie können wir konkret in diesem Bereich die Sektorkopplung voranbringen?

Andreas: „Im Augenblick gibt es noch keine industriellen Anwendungen für die grüne Wasserstoffproduktion, da ist noch sehr viel Wunschdenken dabei. Vieles rund um die Elektrolyseure oder auch der ganzen Infrastruktur ist noch in der Planungsphase, sei es bei der Meerwasserentsalzung, wenn es um das Thema Offshore geht, oder der Anbindung an Netze direkt an den Windenergieanlagen. Das ist alles noch nicht fertig und auch nicht einfach mittels „plug-and-play“ umzusetzen. Es wird noch viele Herausforderungen, Schnittstellen- und Zuverlässigkeitsprobleme bei den Systemen geben. Das haben wir schon in anderen Bereichen beobachtet, z. B. bei Wärmepumpen, die ein paar Jahre Vorlauf haben im Vergleich zu Wasserstoffanwendungen. Wärmepumpen werden mittlerweile zwar breit eingesetzt, dennoch sind verhältnismäßig viele Nachbesserungen an den Systemen notwendig, und das ist aufwändig. Das befürchte ich auch im Wasserstoffbereich. Aber genau hier setzen wir an, denn mit unserer Erfahrung aus der Windenergie, insbesondere der Offshore-Windenergie, können wir versuchen Fehler zu vermeiden und damit Kosten sparen.“

Redaktion: Ein strategischer Schwerpunkt des IWES ist auch die Digitalisierung. Was bedeutet das für ein Forschungsinstitut im Wind- und Wasserstoffbereich?

Andreas: „Digitalisierung ist kein einfacher Begriff, denn im Windenergiebereich haben wir schon immer digitale Lösungen genutzt. Wenn ich z. B. an die zahlreichen Simulationsprogramme denke, die seit über 20 Jahren im Einsatz sind – das sind letztendlich auch digitale Lösungen. Damit werden z. B. Lasten an Windenergieanlagen komplex berechnet. Hinzu kommen heute Ideen und Lösungen, die durch mehr Rechenpower, Speicher- oder Cloudlösungen möglich sind. Auch neuronale Netze sind kein neues Phänomen, werden aber jetzt in neuen Kontexten eingesetzt. Für mich ist das eine verschärfte und sehr lohnenswerte Anwendung von numerischen Methoden bei der Computerinfrastruktur. Seit den 90er Jahren gibt es Wellenbewegungen in der Windindustrie: Zunächst wurde versucht, alles am Computer zu simulieren, weil die Messungen im Feld aufwändig, teuer und ungenau waren. Dann hat man festgestellt, dass die Simulationsprogramme auch nicht ausreichend waren, um bestimmte Phänomene genau abzubilden – folglich wurde wieder mehr in Hardware und Infrastrukturtests im Feld investiert. Damit hat das Fraunhofer IWES auch begonnen. Jetzt geht es aber in die nächste Runde, in der Numeriker*innen bessere Modelle und Ansätze vorstellen, bspw. Big Data. Hier wird im Zweifelsfall auch mit Mustererkennung gearbeitet, wenn entsprechend gute Modelle zu Grunde liegen. Auch bei neuen Ansätzen bleibt es ein ewiges Kopf-an-Kopf-Rennen um gute Ergebnisse – und gute Ergebnisse sind wichtig. Aber letztendlich ist es ein Zusammenspiel der Methoden. Hier sehe ich auch unsere Position und Aufgabe: Ergebnisse „zum Anfassen“ entwickeln, damit dann Daten produzieren und digitale Lösungen anbieten, um mit den Daten weiter arbeiten zu können. Ein Balanceakt, für den wir alle unsere interdisziplinären Kompetenzen brauchen.“

Redaktion: Wissenschaftliche Exzellenz ist wichtig, der Wettbewerb um die „Besten Köpfe“ nach wie vor Realität. Vor welchen Herausforderungen stehen junge Wissenschaftler*innen heute?

Andreas: „Eine große Herausforderung ist: Möglichst vielfältiges Wissen, in möglichst kurzer Zeit in die Köpfe junger Wissenschaftler*innen zu bekommen. Wie können wir sicherstellen, dass sie relativ schnell lernen, was schon gemacht wurde, um nicht bei null anfangen zu müssen? Ich finde, Ingenieurswissenschaften basieren stark auf Erfahrungen. Nur drei mathematische Methoden aus der Uni anzuwenden reicht nicht aus, um Erfahrungen aus 30, 40 Jahren Windenergieindustrie abzubilden. Wie können wir sicherstellen, dass auf dieser breiten Basis weitergearbeitet wird und so vermieden werden kann, dass immer wieder die gleichen Fehler gemacht werden oder Fortschritte einfach zu lange dauern? Zudem ist die Windenergie ein komplexes Feld und nicht stark formalisiert, das wird oft unterschätzt. Eine Windenergieanlage aus ingenieurswissenschaftlicher Sicht ist eine komplexe Angelegenheit, bei der verschiedene Disziplinen zusammenspielen: Windphysik, Leichtbau, Maschinenbau, Elektrotechnik, Bauingenieurwesen. Das passt nicht in klassische Kategorien und muss dennoch von den Wissenschaftler*innen erlernt werden.“

Institut Fraunhofer IWES

Redaktion: Aus der Industrie in die Forschung und Lehre. Was macht Fraunhofer für dich spannend?

Andreas: „Die Kombination von neuen Forschungsansätzen, die nicht nur theoretisch sind, sondern die es ganz praktisch in die Anwendung schaffen, finde ich besonders spannend. Es sind nicht nur Computerprogramme, sondern auch physische Prüfstände: Das Rotorblatt wird getestet, seismische Messgeräte durch die Nordsee gezogen, das hat unmittelbare Effekte in einem durchaus nachhaltigen Umfeld. Wir funktionieren im Vergleich zu anderen Forschungseinrichtungen nicht nur projektbasiert und haben keinen befristeten Rahmen, in dem wir arbeiten müssen. Fraunhofer ist für langfristige Ziele und positive Veränderungen angetreten, denn die Forschungsbereiche sind wichtig und werden gebraucht. Wir möchten nachhaltig arbeiten und sinnvolle Windenergieprojekte soll es auch noch in den nächsten 20 Jahren geben. Das ist anders als im industriellen Umfeld, denn dort geht es hauptsächlich um gute Quartalsergebnisse und wie die Zukunft in zehn Jahren aussieht, ist dann zunächst zweitrangig.“

Redaktion: Das IWES hat sich Anfang 2022 um zwei Standorte erweitert. Was ist die Herausforderung dieser dezentralen Struktur? Stichwort: New Work

Andreas: „Wir waren schon vorher dezentral aufgestellt, aber eine besondere Herausforderung ist, dass Anfang des Jahres auch ein neues Forschungsthema ans Institut gekommen ist: Wasserstoff. Damit auch eine eigene Institutskultur, ein eigenes Umfeld. Der Standort Leuna fokussiert sich auf die chemische Industrie, das ist anders als am Standort Bremerhaven, der sich im Fischereihafen befindet und sich auf das Offshore-Umfeld konzentriert. Unsere Aufgabe ist es, nun beide Standorte sinnvoll zusammen zu bringen und gegenseitig zu verstehen, denn es gibt schließlich unterschiedliche Erwartungen und Gewohnheiten. Was und wie können wir voneinander lernen? Ich finde die Institutszusammenführung, quasi IWES 2.0., ist eine Chance, auch auf Leitungsebene, das Phänomen „das haben wir schon immer so gemacht“ kritisch zu hinterfragen und aus der eigenen Komfortzone heraus zu treten.“

Redaktion: Was hat sich geändert im Vergleich zu den ersten Jahren des Instituts?

Andreas: „Die Größe des Instituts. In den ersten Jahren gab es nur das Windhaus in Bremerhaven, gegenüber noch das Engineering-Gebäude und ein paar Mitarbeitende remote in Oldenburg. Alle kannten alle und wussten ziemlich genau, was jede und jeder macht, es war ein enges Miteinander. Allerdings stand auch das Gründungsteam damals vor vielen Herausforderungen, die sicherlich nicht immer einfach waren. Heute leben wir am IWES eine vertrauensvolle Zusammenarbeit, auch wenn wir zu unterschiedlichen Abteilungen gehören. Die Art und Weise der Arbeit und auch die Ansprüche an Arbeit, haben sich geändert. New Work ist in aller Munde und auch hier hat die Digitalisierung massiv Spuren hinterlassen. Zu Beginn der Coronapandemie hat uns das digitale Arbeiten sehr geholfen, letztendlich ist es aber eine Herausforderung und geht mit vielen Fragen einher: Wie gestalten wir digitale Meetings sinnvoll? Wie tauschen wir uns aus? Hier mussten wir eine Balance finden. Das war früher nicht der Fall, da haben wir uns einfach zusammen ins Büro gesetzt. Für die heutigen vielfältigen Optionen müssen wir für jeden Zweck die richtige Herangehensweise finden.“

Universität

Redaktion: Du bist seit 2010 Professor für Windenergie-Ingenieurwesen. Einer deiner Schwerpunkte sind auch neuartige Anlagenkonzepte. Was sollte jede/r deiner Absolvent*innen aus deinen Vorlesungen mitnehmen?

Andreas: „Die Grundlagen zuerst: Warum dreht sich eine Windenergieanlage? Das ist tatsächlich für Studierende eine Herausforderung. Oft sind diese Bauingenieur*innen und nicht vertraut mit Aerodynamik, also mit dem was sich bewegt. Hier braucht es ein paar Basics, die erklären, wie die Physik der Windenergieanlagen mit allen Konsequenzen, die dahinter stecken funktioniert, z. B. was die Abhängigkeit der Energieerzeugung von der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit bedeutet: Wenig Wind, ganz wenig Energie, viel Wind, ganz viel Energie. Wenn dann noch die Komplexität der Maschine verinnerlicht und verstanden wird, habe ich als Professor das Hauptziel erreicht. Bei einer Windenergieanlage wirken und interagieren Windphysik, Aerodynamik, Maschinenbau und Elektrotechnik zusammen. Das ist zugleich auch das Reizvolle und das sehen wir Dozierenden an den Vorlesungen, die mit 50 bis 100 Studierenden gut besucht und beliebt sind. Für unsere Fakultät im Masterstudiengang ist das durchaus eine große Vorlesung, das Interesse ist also groß.“

Persönliches

Redaktion: Was hat dich besonders geprägt in deiner beruflichen Laufbahn?

Andreas: „Die rasanten Veränderungen von einer Pionierindustrie, als Zulieferer für dänische Bauernhöfe, hin zu internationalen Großkonzernen. Ich war hierbei in diversen Funktionen und Verantwortungen tätig: vom Entwicklungsingenieur bis zum Konstruktionsleiter, über Geschäftsführer und Firmeninhaber. Alles hat besondere Herausforderungen mit sich gebracht und bei allem habe ich enorm viel gelernt. Für ein Bauteil verantwortlich zu sein und zu sehen, wie meine Planung tatsächlich gebaut wird und das nicht nur einmal, sondern tausendmal und sicher zu sein, dass das funktioniert, war eine meiner wertvollsten Lernerfahrungen. Für eine Firma verantwortlich zu sein, also für die Geschäftszahlen, Abschlüsse und Ideen von Eigentümern, das war für mich auch interessant. Mit einem eigenen Ingenieurbüro kam dann noch die alleinige Verantwortung für den Cashflow und Gehaltszahlungen hinzu. Aber immer habe ich irgendetwas mit Windenergie gemacht, es gab immer viel zu tun und viel zu lernen, das fand ich besonders faszinierend. Oft war es aufregend. Übriggeblieben ist, dass ich mich nicht mehr so aufrege, irgendwie habe ich alles schon gesehen.“

Redaktion: Entscheidungen – aus dem Bauch heraus oder mit dem Kopf?

Andreas: „Der Kopf redet immer mit, aber ob rechts oder links, das frage ich dann meinen Bauch und das passt schon.“

Redaktion: Danke für das Gespräch Andreas.

Mehr Informationen hier:

Technologietrends in der Windenergie – Größenwachstum der Windenergieanlagen – Blog | Fraunhofer-Institut für Windenergie

Podcast, Fachagentur Windenergie an Land, „Wie funktioniert ein Windrad, Andreas Reuter?

Institutsleitung (fraunhofer.de)

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