Sanierung von Fundamenten bei Windenergieanlagen – Techniken, Monitoring und Prävention

Die Sanierung von Fundamenten bei Windenergieanlagen (WEA) ist eine kritische Aufgabe in der Erneuerbaren-Energien-Branche. Da WEA-Fundamente mindestens 20 Jahre und mehr in Betrieb sein können, sind sie den unterschiedlichsten Umweltbedingungen und dynamischen Belastungen ausgesetzt. Die KTW Umweltschutztechnik GmbH hat bereits über 2000 WEA-Fundamente erfolgreich saniert, wobei sie auf modernste Materialien und Techniken zurückgreift. In diesem Artikel werden die typischen Schadensbilder, Sanierungstechniken, Überwachungssysteme und präventive Maßnahmen für WEA-Fundamente detailliert beschrieben.

Typische Schadensbilder an WEA-Fundamenten

Die Fundamente von Windenergieanlagen sind nicht nur statisch, sondern auch dynamisch belastet. Durch Wind, Schnee, Lastwechsel und andere Kräfte entstehen typische Schadensbilder, die über die Jahre auftreten können. Kai Mahnert, Technisches Management bei der wpd windmanager GmbH & Co. KG, nennt einige der gängigsten Schadensbilder:

Risse im Beton
Risse können sich an der Verbindung zwischen dem Fundament und dem Fundamenteinbauteil (FET) oder im Turmkeller zeigen. Sie entstehen durch mikroskopische Bewegungen, die sich im Laufe der Zeit verstärken.
Schollenartige Abplatzungen
Diese Schäden treten häufig an der Oberfläche des Fundaments auf und können auf Materialermüdung oder chemische Reaktionen zurückzuführen sein.
Auswaschungen
Durch die Einwirkung von Wasser können Kalksteine, Zemente oder andere Bestandteile aus dem Beton ausgewaschen werden. Dies führt zu einer Verringerung der Stabilität.
Weichschichtenabtragungen
Aufgrund von Kälte, Frost, oder chemischen Einflüssen (z. B. Frostschutzmitteln) kann es zu lokalen Abtragungen an der Betonoberfläche kommen.
Korrosion an Bewehrungen
Rosteinsatz an Bewehrungen kann sowohl im Turmkeller als auch außen im Fundament auftreten. Dies ist ein starkes Indikator für eine Gefährdung der Standsicherheit.

Ein weiteres typisches Schadensbild ist die Verlagerung der Verbindung zwischen Lasteinleitungsflansch und Betonfundament. Laut Mahnert ist es hierbei empfehlenswert, die Anlage halbjährlich zu beobachten. Bei Werten über 2 Millimetern liegt ein Gefährdungspotenzial vor.

Sanierungstechniken für WEA-Fundamente

Die Sanierung von WEA-Fundamenten erfordert eine sorgfältige Planung und die Anwendung spezialisierter Techniken. Die KTW Umweltschutztechnik GmbH, mit über 2000 sanierten Fundamenten Erfahrung, nutzt dabei polymermodifizierte Mörtelsysteme (PCC), Polyurethan-basierte Abdichtungen, Harzinjektionen und andere Techniken.

1. Betoninstandsetzung mit polymermodifizierten Mörtelsystemen (PCC)

Polymermodifizierte Mörtelsysteme (PCC) eignen sich hervorragend zur Sanierung von Rissen und Schäden im Beton. Sie bieten eine hohe Festigkeit, chemische Beständigkeit und eine gute Haftung an der Betonfläche. Diese Systeme sind besonders bei WEA-Fundamenten nützlich, da sie sich an die wechselnden Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen anpassen können.

2. Hochelastische Abdichtungen im 2k-Heißspritzverfahren

Für die Abdichtung von Fundamenten, insbesondere an Rissen und Fugen, kommen hochelastische, rissüberbrückende Materialien auf Polyurethanbasis zum Einsatz. Diese Materialien werden im 2k-Heißspritzverfahren aufgebracht und sind in der Lage, Lastwechsel von bis zu 180 Millionen Malen zu bewältigen. Die Abdichtung kann zudem mit farblich angepasstem UV-Schutz versehen werden, um eine langfristige Stabilität und Schutz vor Umweltfaktoren zu gewährleisten.

3. Partielle Abdichtungen mit Vlieseinlage

In kritischen Randbedingungen, wie z. B. bei Temperaturen ab +2°C und 20% Restfeuchte, eignet sich die Anwendung von hochelastischen Abdichtungen mit Vlieseinlage. Diese Technik ist besonders vorteilhaft, da sie selbst unter schwierigen Umständen eine dichte Schicht aufbauen kann. Sie ist daher ideal für die Sanierung von Anschlussbereichen zwischen Fundament und FET.

4. Fundamentertüchtigung durch Harzinjektion

Um die Stabilität des Fundaments langfristig zu sichern, werden Harzinjektionen eingesetzt. Diese Harze werden in den Untergrund injiziert und füllen Hohlräume, die aufgrund von Setzungen oder Erosion entstanden sind. Die Harzinjektionen sind geprüft und bieten eine hohe Tragfähigkeit und Dichtigkeit. Sie eignen sich besonders gut, wenn es um die Stabilisierung der Fundamentumgebung geht.

5. Vorbeugende Sanierungsmaßnahmen mit Verpressschläuchen

Ein effizientes und kostengünstiges Verfahren ist die Einbautechnik von Verpressschläuchen. Diese Schläuche werden vorbeugend in den Baugrund eingebaut und ermöglichen eine gezielte Verpressung im Bedarfsfall. Dieses System ist besonders vorteilhaft, da es die Sanierung im vorauseilenden Sinne ermöglicht und so langfristige Schäden vermeiden kann.

Monitoring und Überwachung von WEA-Fundamenten

Da Fundamente von Windenergieanlagen über einen langen Zeitraum beansprucht werden, ist eine kontinuierliche Überwachung unerlässlich. Moderne Monitoring-Systeme tragen dazu bei, potenzielle Schäden frühzeitig zu erkennen und entsprechende Sanierungsmaßnahmen einzuleiten.

1. Baseanalyzer und online-Messung

Die wpd windmanager GmbH & Co. KG hat ein eigenes Fundamentmesssystem entwickelt, das die Vertikalbewegungen der Anlage analysiert. Der Baseanalyzer wird an der WEA fest installiert und misst online rund um die Uhr die verschiedenen Betriebssituationen. Dies ermöglicht eine lückenlose Dokumentation der Bewegungen des Fundamenteinbauteils.

2. Schwingungsmessung und Rissaufnahme

Ein weiteres Verfahren ist die Schwingungsmessung, bei der die Anlage entweder durch einen Notstop oder durch den normalen Betrieb beansprucht wird. Die Bewegungen des Fundamenteinbauteils werden dann analysiert. Zudem wird eine Rissaufnahme durchgeführt, um die Ausdehnung und Ausrichtung der Risse zu beurteilen.

3. Kombination mit Künstlicher Intelligenz

Ein weiterer Trend im Monitoring von WEA-Fundamenten ist die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI). KI-basierte Systeme können große Datenmengen analysieren und Muster erkennen, die auf potenzielle Schäden hinweisen. Dies ermöglicht eine noch frühere Erkennung von Schadensbildungen und kann die Kosten für Sanierungen reduzieren.

Prävention und Baugrunderkundung

Um Schäden an WEA-Fundamenten von vornherein zu vermeiden, ist eine sorgfältige Baugrunderkundung und Standortplanung entscheidend. Eine umfassende Baugrunderkundung ist notwendig, um die geotechnischen Eigenschaften des Baugrunds zu bestimmen. Diese Informationen sind essentiell, um die Stabilität und Sicherheit der Windenergieanlage zu gewährleisten.

1. Standortoptimierung

Durch standortbezogene Optimierungen der WEA-Fundamente und den Einsatz von Baugrundverbesserungsmaßnahmen lassen sich oft Einsparpotenziale realisieren. Die HDT bietet Seminare und Fortbildungen an, in denen die geotechnischen Grundlagen sowie praktische Fallbeispiele aus der Praxis vorgestellt werden.

2. Gründungsvarianten

Moderne Windenergieanlagen stellen aufgrund ihrer Nabenhöhen und Rotorkreisdurchmesser hohe Anforderungen an den Baugrund. Daher ist die sach- und fachgerechte Ausführung der geotechnischen Standorterkundung und Gründungsberatung von großer Bedeutung. Es werden verschiedene Gründungsvarianten diskutiert, die sich je nach Baugrund anwenden lassen.

Fazit

Die Sanierung von Fundamenten bei Windenergieanlagen ist ein komplexer Prozess, der sowohl technische als auch fachliche Kompetenzen erfordert. Typische Schadensbilder wie Risse, Abplatzungen oder Korrosion zeigen sich über die Zeit und können durch gezielte Sanierungstechniken wie Betoninstandsetzung, Harzinjektionen oder Abdichtungen behoben werden. Zudem sind Monitoring-Systeme entscheidend, um Schäden frühzeitig zu erkennen und präventiv zu reagieren. Eine sorgfältige Baugrunderkundung und Standortplanung sind die Grundlage, um langfristige Stabilität und Sicherheit zu gewährleisten.

Durch moderne Techniken, präzise Analysemethoden und eine enge Zusammenarbeit zwischen Projektentwicklern, Ingenieurbüros und Betreibern kann sichergestellt werden, dass Windenergieanlagen über ihre gesamte Betriebszeit stabil und sicher betrieben werden.