Trends in der Energieforschung II: Innovation bei Windenergieanalagen

Laues Lüftchen oder starke Brise? – Innovationen auf dem Gebiet der Windenergieanlagen

Bereits im alten Ägypten vor ca. 7.000 Jahren nutzte man Windkraft, um damit Schiffe anzutreiben, und vor ca. 3.700 Jahren wurden vermutlich die ersten Windmühlen gebaut, um Bewässerungsprojekte durchzuführen. Die Technik, um die Kraft des Windes in Rotationsenergie umzuwandeln, ist demnach nicht ganz neu und wurde über die Zeit immer weiter verbessert. Die ersten Windkraftanlagen – die bis heute ebenfalls auf diesem Prinzip basieren und damit als direkte Nachfolger der Windmühle gesehen werden können – wurden bereits Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt und für die Stromerzeugung genutzt. Seit 10-15 Jahren und insbesondere seit der beschlossenen Energiewende gehören Windkraftanlagen in Deutschland zum alltäglichen Landschaftsbild und ihre Anzahl nimmt beständig zu. Die Frage nach dem verbleibenden Innovationspotenzial dieser – von manchen als „einfach“ bezeichneten – Technologie scheint also durchaus berechtigt: Ist die Technik nicht schon längst ausgereizt?

Die Vielzahl an Meldungen und Publikationen des BINE Informationsdiensts – Energieforschung für die Praxis zum Thema Windkraft, wie etwa die aktuellste mit dem Titel „Lasergestützte Ferndiagnose für Rotorblätter“, zeigen, dass es noch sehr viele Optimierungsmöglichkeiten rund um Windenergieanlagen gibt, die jetzt erst in den Fokus der Forschung rücken. In diesem Projekt wird mit einem Laserstrahl aus einer Entfernung von 1.000 m die Vibration der Windenergieanlage gemessen, um dadurch Rückschlüsse auf den Wartungsbedarf ziehen zu können. Im Zuge der bereits angesprochenen Energiewende spielt die Windkraft eine Schlüsselrolle: Insbesondere der großflächige Einsatz im Meer (Off-Shore-Anlagen) oder in Mittelgebirgen stellen Ingenieure und Techniker vor zum Teil enorme technische bzw. logistische Herausforderungen. Fortschritte bei Windenergieanlagen sind daher nicht nur bei Rotorblättern, sondern auch bei der Wartung, der Montage auf hoher See, der besseren Anpassung an geographische Gegebenheiten, der Steuerung, dem Abregeln, der Netzeinbindung, neuen Materialien und der Ertragsoptimierung zu verzeichnen: Also ein ideales Betätigungsfeld für Forscher und Entwickler?!

Tatsächlich ist eine starke Innovationsaktivität in diesem Bereich festzustellen. Eine breit angelegte Recherche in der STN-Patentdatenbank DWPI (Derwent World Patents Index^®) zum Thema Windenergieanlagen beweist dies eindrucksvoll. Erstmalig wurde diese Recherche auf der neuen STN-Plattform Version 2 durchgeführt. Die neue Plattform verfügt über extrem flexible Systemgrenzen; nur so ist es beispielsweise möglich, eine Treffermenge von über 50.000 Patentdokumenten statistisch auszuwerten.

Seit dem Jahr 1993 steigt die Anzahl der Patentpublikationen für Windenergieanlagen weltweit kontinuierlich an. Im Jahr 2006 verstärkte sich dieser Anstieg noch deutlich. Ab dem Jahr 2011 verharrt die Anzahl der Schutzrechtpublikationen auf sehr hohem Niveau, der rasante Anstieg scheint abgebremst zu sein.

Die statistische Auswertung der Treffermenge nach Patentanmeldern offenbart, dass vier Firmen zahlenmäßig hervorstechen: General Electric Co, Siemens AG, Vestas Wind Systems AS und Mitsubishi übertreffen mit der Anzahl ihrer Patentpublikationen alle weiteren Firmen um ein Vielfaches. Sie haben ihre technologische Überlegenheit weit ausgebaut und dominieren momentan die innovativen Entwicklungen bei Windenergieanlagen.

Als Fazit kann festgehalten werden, dass in Anbetracht des hohen Niveaus von jährlich ca. 8.000 Patentpublikationen noch einiges Innovationspotenzial in dieser Technik steckt. Man kann also zu Recht gespannt sein, wohin sich die Windkrafttechnik in den nächsten Jahren entwickeln wird.

Fast schon anekdotisch wirkt dagegen eine weitere Erkenntnis, auf die man bei einer Patentrecherche zu diesem Thema stößt: Auch in den Anfängen des Patentwesens finden sich Patentpublikationen zum Thema Windkraft. So ist es vielleicht kein Zufall, dass die ersten beiden Patente ES 1 und ES 2 aus Spanien (1836), bekannterweise dem Land des Don Quichote, sich um die Windmühle drehen.

Redaktion: HAU / BAB