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| Fachbeitrag | Welche Gefahr stellen Blitze für Windenergieanlagen dar?

© distelAPPArath/Pixabay

| Steffen Kawohl |

Blitze stellen für Windenergieanlagen eine Gefahr dar. Ein Blitzeinschlag kann die Anlage beschädigen und ihrem Betreiber einen wirtschaftlichen Verlust bescheren. Um dies zu verhindern, werden Windenergieanlagen durch bestimmte Vorkehrungen geschützt.

Windenergieanlagen wurden im Laufe der Zeit immer leistungsfähiger und größer. Wies eine einzelne Anlage im Jahr 2010 durchschnittlich noch eine installierte Leistung von 2 Megawatt bei einer Nabenhöhe von 99 Metern und einem Rotordurchmesser von 88 Metern auf, hatte die durchschnittliche Windenergieanlage im Jahr 2020 bereits eine Leistung von 3,4 Megawatt und eine Nabenhöhe von 135 Metern sowie einen Rotordurchmesser von 122 Metern. Die größten Modelle erreichten 2020 sogar eine Leistung von 5,5 Megawatt bei einer Nabenhöhe von 161 Metern und einem Rotordurchmesser von 158 Metern. Mit steigender Leistung nimmt auch die Gesamthöhe einer Windenergieanlage zu. Größere Anlagen profitieren davon, dass in luftigeren Höhen stärkerer Wind weht. Der Trend zu leistungsstärkeren, höheren Anlagen wird sich weiter fortsetzen. Dies ermöglicht, künftig mit weniger Windenergieanlagen eine höhere Gesamtkapazität an Erzeugungsleistung in Deutschland zu erzielen.

Die Gesamthöhen von Windenergieanlagen führen dazu, dass sie in der offenen Landschaft alles überragen. Dadurch werden sie anfällig für Blitze, die während eines Gewitters entstehen. Aus den Wolken auf die Erde sucht sich ein Blitz immer den kürzesten Weg und dieser kann über hoch aufragende Bauten wie Windenergieanlagen führen. Im Jahr 2019 zählte der Blitz-Informationsdienst von Siemens rund 329.000 Blitzeinschläge in Deutschland. Wenn die Rotorblätter länger und die Anlagen immer höher werden, wächst auch ihr Risiko, vom Blitz getroffen zu werden. Experten schätzen, dass jede Anlage einmal jährlich davon betroffen ist. Laut Bundesverband Windenergie (BWE) kommt es dabei zu ungefähr zehn Großschäden, was bei 30.000 Anlagen eine verschwindend geringe Zahl sei.

Direkter und indirekter Blitzeinschlag

Grundsätzlich kann es zu direkten und indirekten Blitzeinschlägen kommen. Beides kann erhebliche Schäden an einer Windenergieanlage hervorrufen. Beim direkten Einschlag schlägt der Blitz in die Windenergieanlage und hierbei meist in eines der Rotorblätter ein. Dabei kann das Rotorblatt beschädigt oder vollständig zerstört werden. Neben dem getroffenen Rotorblatt müssen aus statischen Gründen häufig auch die übrigen Rotorblätter ausgetauscht werden. Blitzeinschläge können im schlimmsten Fall aber auch dazu führen, dass die Anlage brennt. Sie zählen zu den typischen Ursachen bei Bränden von Windenergieanlagen (wir berichteten). Die Feuerwehr ist nicht in der Lage, einen Brand in derartiger Höhe zu löschen. Daher kommt es beim Brandschutz von Windenergieanlagen wesentlich darauf an, Brände sowie kritische Zustände, aus denen ein Brand entstehen kann, zu erkennen und zu vermeiden. Einen Blitzeinschlag zu vermeiden, ist damit auch Brandschutz.

Schlägt ein Blitz hingegen in räumlichem Abstand zur Windenergieanlage in das Stromnetz ein, spricht man von einem indirekten Blitzeinschlag. Dies kann dazu führen, dass die Überspannung aus dem Stromnetz auf die Windenergieanlage einwirkt und ihre elektronischen Komponenten beschädigt. Blitze verursachen aber nicht immer Schäden, die unmittelbar zum sofortigen Stillsetzen der Windenergieanlage führen. Es kann vorkommen, dass Schäden durch Blitzeinschläge zunächst unentdeckt bleiben und erst später zum Ausfall eines Bauteils führen.

Nachteil für den Betreiber

Nach Blitzschäden kann die Anlage ausfallen und einzelne Komponenten, wie Rotorblätter, Lager oder elektronische Bauteile, müssen repariert oder getauscht werden. Dem Anlagenbetreiber entsteht dadurch ein wirtschaftlicher Verlust. Er muss die Kosten für Reparatur und Bauteile aufbringen und verdient während des Stillstands seiner Anlage kein Geld mit ihr. Der Bundesverband Windenergie geht davon aus, dass bei einem schadensbedingten Ausfall einer Windenergieanlage in 18 Prozent der Fälle ein Blitzschlag die Ursache ist. Von diesen würden allerdings nur 0,7 Prozent zu schweren Schäden an den Anlagen führen. Dies mache laut Bundesverband Windenergie deutlich, dass Blitzschutzeinrichtungen wirken und ein Blitzschlag nur in wenigen Fällen zu Materialschäden führt. Für den Branchenverband sei dies ein deutliches Zeichen, dass die Blitzschutzeinrichtungen wirken und ein Blitzschlag nur in wenigen Fällen zu Materialschäden führt.

Wie werden Windenergieanlagen vor Blitzeinschlag geschützt?

Grundsätzlich müssen Windenergieanlagen mit einem Blitzschutzsystem nach IEC 61400-24 ausgestattet werden. Unterschiedliche Systeme schützen den mechanischen Teil der Windenergieanlage einschließlich Rotorblätter, Lager, Gondel und Nabe sowie die elektronischen Systeme einschließlich der Meß-, Steuer-und Sensorleitungen. Bei einer Windenergieanlage muss der Blitzstrom im Rotor zunächst über mehrere sich drehende Achsen abgeleitet werden, bevor er geerdet werden kann. Einen Blitz abzuleiten ist daher bei Windenergieanlagen komplizierter als bei anderen hohen Bauwerken, wie zum Beispiel einer Kirche. Auf den Flächen der Rotorblätter sind fünf bis sechs Zentimeter große Metallrezeptoren angebracht, die den Blitz über Kabel zur Rotornabe hin ableiten. Von dort wird der Blitz über Schleifkontakte in das mit einem eigenen Blitzschutzsystem versehene Maschinenhaus abgeleitet. Über die Blitzableiter im Turm ist dann eine sichere Erdung möglich. Im Rahmen des Genehmigungsverfahrens einer Windenergieanlage nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz werden die technischen Unterlagen auch danach geprüft, ob die zu treffenden Maßnahmen die Anlagen ausreichend vor Blitzen schützt.

Blitzschutzeinrichtungen werden regelmäßig überprüft

Damit die Blitzschutzeinrichtungen auch ordnungsgemäß funktionieren, fordern vor allem Versicherungsunternehmen die regelmäßige Überprüfung des Blitzschutzes. Der Bundesverband Windenergie hat dazu eine Technische Richtlinie herausgegeben. Bislang wurden zur Prüfung in der Regel professionelle Industriekletterer eingesetzt. Sie messen den niederohmigen Strom-Widerstand zwischen den Fangeinrichtungen in den Rotorblättern und der Erdanschlussfahne im Turmfuß. Die Blitzschutzeinrichtung auf diese Weise zu überprüfen, ist allerdings aufwendig und personalintensiv. Daher gibt es auch die Möglichkeit, Blitzschutzeinrichtungen an Windenergieanlagen mit Hilfe einer autonom fliegenden Drohne zu kontrollieren.

 

Weitere Informationen:

Bundesverband Windenergie: Technische Richtlinie zur Prüfung der Blitzschutzanlage an Windenergieanlagen