Implementierung und Erprobung des Mikrozyklus

zum einen aus den Normen der International Electrotechnical Comission (IEC), welche in die DIN 61400-1 [DIN 61400-1] weitgehend überführt wurden. In Deutschland werden Windenergieanlagen rechtlich als Bauwerke eingestuft. Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) hat eigene Richtlinien für den Bau von Windenergieanlagen herausgegeben [DIBt RBH8]. Für die technische Typenprüfung sowie die Baugenehmigung sind die zuständigen Baubehörden verantwortlich. Diese nutzen Zertifizierungsgesellschaften wie z.B. Germanischer Lloyd als Gutachter für den maschinentechnischen Teil des Bauwerkes.

Abbildung 6-9: Analyse der Auswirkungen des Produktes (im engeren Sinne) auf die Umwelt und Anspruchsgruppen

Reduzierung der dynamischen Belastung

Vorheriges LebenLebensanfangLebensmitteLebensendeNächstes Leben Material-und Kosteneinsparung Verringerung der elektrischen Leistung Kunden

Torsionskräfte bei der Kabel- verdrillung Systemgrenze Niedrige Eintritts- wahrscheinlichkeitHohe Eintritts- wahrscheinlichkeitMittlere Eintritts- wahrscheinlichkeit

Hoher Ressourceneinsatz an Stahl Litosphäre

Gewährleistung der StabilitätMast Kabel

Kunden Längere Lebensdauer Kunden Höhere Akzeptanz Neutrale Individuen

Auslegung als Zug-Druck-Stab Verbessertes Design Betroffene Umwelt/ Anspruchsgruppen

Erzielter Wert Zerstörter Wert

Ursache

Produktlebenszyklus

Lösen der Aufgabe

Die ermittelten Auswirkungen der Innovation auf die Umwelt und Anspruchsgruppen kennzeichnen die Ausgangssituation für die Analyse und Synthese zur Generierung von nachhaltigen Lösungsideen.

Für das Produkt (im engeren Sinne) wird der in Abbildung 6-9 dargestellte zerstörte Wert „hoher Ressourceneinsatz an Stahl versus Gewährleistung der Stabilität des Mastsystem“ als Inspiration für die Lösungssuche selektiert. Für das Geschäftsmodell werden Widersprüche der Innovation gegenüber den Nachhaltigkeitsprinzipien Verbesserung, Konsistenz, Suffizienz und Partizipation über den gesamten Lebenszyklus des Mastsystems analysiert und beschrieben (Abbildung 6-10). Der Widerspruch „Konsistenz versus kein Ansatz zur Weiter- und Wiederverwendung des Fundaments“ dient im Weiteren hier als Inspiration zur Generierung der Lösung.

Abbildung 6-10: Widersprüche im Geschäftsmodell des Mastsystems zu den vier Nachhaltigkeitsprinzipien (mit Einbeziehung der Ergebnisse aus [BBB-PA]) Vorheriges

Leben

Lebens-anfang

Lebens-mitte

Lebens-ende

Nächstes Leben Widersprüche zur Verbesserung

Widersprüche zur Konsistenz Widersprüche zur Partizipation

Widersprüche zur Suffizienz

 Regionale Anspruchsgruppen (Anwohner, Gemeinden) werden nicht in die

Entwicklung des Mastsystems einbezogen und relevante Eigenschaften, vor allem in Hinblick auf die Sicherheit des neuartigen Mastsystems, werden nicht kommuniziert.

 Akteure in der Wertschöpfungskette sind nicht mit Prinzipien der Nachhaltigkeit vertraut.

 Die Weiter- und Wiederverwendung des Fundaments sowie der Mast- und Lagermodule ist unklar.

 Es werden konventionelle

Transportsysteme für den Transport des Mastes genutzt.

 Es resultieren starke Veränderungen im Landschaftsbild durch eine

Bodenversiegelung und das Erscheinungsbild des Mastes.

Es entstehen vergleichsweise lange

Transportwege vom Produktionsstandort in Osteuropa zum Aufstellorten in West- und Nordeuropa.

 Die Lebensdauer der Module des Mastsystems beträgt ca. 20a.

 Der Einsatz des Mastsystems trägt zur Erhöhung des Konsums elektrischer Energie bei.

Produktlebenszyklus

Das Auflösen der Widersprüche erfolgt in den vier Phasen: Targeting, Reducing, Inventing und Zooming. In der Phase Inventing dienen die Lösungsprinzipien für Produkte (Anhang A-2) und Geschäftsmodelle (Anhang A-3) dabei als Grundlage zur Generierung von Lösungsideen.

In Abbildung 6-11 wird der Ablauf zur Auflösung des Widerspruches für das Produkt aufgezeigt. Zur Verbesserung der Ressourceneffizienz für das Mastsystem bietet sich eine Struktur des Mastes nach dem „Teleskopstabprinzip“

als eine mögliche Lösungsidee an. Diese Struktur des Mastes würde insbesondere bei Erntehöhen über 100m den Materialeinsatz verringern und gleichzeitig die Stabilität des Systems gewährleisten. Abbildung 6-12 zeigt die Überwindung des Widerspruchs für das Geschäftsmodell. Hierbei wird zur Verbesserung des Umgangs mit natürlichen Ressourcen ein Konzept für eine industrielle Symbiose erarbeitet. Die industrielle Symbiose zielt darauf ab, 80% des Betons aus dem Fundament in einen neuen Lebenszyklus zu überführen [TBR-PA]. Dazu wird der Beton aus dem Fundament von einem Partner aufbereitet. Gleichzeitig soll die Wirtschaftlichkeit durch die Anwendung der Lösungsidee mindestens erhalten bleiben.

Verifizieren und Validieren der Lösung sowie erfahrungsbasiertes Entscheiden Das Verifizieren der Lösungsidee für das Produkt und Geschäftsmodell erfolgt in einer Gruppendiskussion. Es wird geprüft, ob die generierten Ideen die festgelegten Anforderungen erfüllen. Bei der Herstellung des Mastes nach dem

„Teleskopstabprinzip“ steigt der Aufwand für Konstruktion, Montage und Wartung wesentlich. Durch den Einsatz elektronischer Antriebssysteme erhöht sich die Komplexität der Steuerung sowie der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik. Diese Lösungsidee wird somit verworfen. Die industrielle Symbiose erfüllt die Anforderung für eine wirtschaftliche Produktion und den Rückbau des Mastsystems. Dank der Aufbereitung anstatt der Endlagerung von 1.300t Beton ergeben sich €37.000 als Einsparung pro Mastsystem [TBR-PA].

Diese Lösung leistet damit einen positiven Beitrag zum Wettbewerbstreiber der Kostenreduktion und leistet keine negativen Beiträge zu den weiteren Wettbewerbstreibern. Die Lösung gilt dementsprechend als erstrebenswert im Sinne einer nachhaltigen Wertschöpfung für das Start-Up. Sie wird für die weitere Systementwicklung berücksichtigt.

Abbildung 6-11: Auflösen des Widerspruchs für das Produkt (mit Einbeziehung der Ergebnisse aus [VLW-PA])

Widerspruch: Hoher Ressourceneinsatz vs. Gewährleistung der Stabilität Ziel der Verbesserung: Der Ressourceneinsatz für den Mast soll verringert werden.

Ursache für Widerspruch: Der Ressourceneinsatz steigt überproportional zur Höhe des Mastes, um die Stabilität zu gewährleisten.

Tar

geting Reducing ting Inven Zooming

Sich verschlechternder Wert: Funktionalität (Stabilität)

Zu verbessernder Wert: Ressourceneffizienz (Materialeinsatz pro Höhenmeter Mast) Lösungsprinzipien für das Produkt: Prinzip des Ersatzes mechanischer WirkprinzipienPrinzip der Anwendung von Pneumo-und Hydrokonstruktionen

Prinzip der Steckpuppe Einsatz eines Stabtragwerks

Prinzip der Gegenmasse Abstützen des Mastes durch StrebenDer Rotor wird mit einem Gasballon auf Höhe gehaltenMast nach Teleskopstabprinzip Was sind die Auswirkungen?Wird der Widerspruch aufgelöst? Die Teleskopfunktion erlaubt die Ernte in großer Höhe je nach Energiebedarf und Windverhältnissen. Die oberen Mastsegmente können eingefahren werden und sind somit einer verminderten Belastung ausgesetzt. Der Mast kann materialsparender konstruiert werden.

Es können größere Erntehöhen bei verringertem Material-einsatz erzielt werden. Die Konstruktion, Montage und Wartung ist aufwändiger durch den Einsatz elektronischer Antriebssysteme. Die Steuerung der Antriebe erhöht die Komplexität der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik.

Widerspruch der Werte aus der VDI 3780 Lösungsidee

Abbildung 6-12: Auflösen des Widerspruchs für das Geschäftsmodell (mit Einbeziehung der Ergebnisse aus [TBR-PA])

Widerspruch: Konsistenz vs. kein Ansatz zur Weiter-und Wiederverwendung des Fundaments Ziel der Verbesserung: Vollständige Überführung des Fundaments in einen neuen Lebenszyklus Ursache für Widerspruch: Aufwendige Organisation der Wertschöpfung im Lebensende

Tar

geting Reducing ting Inven Zooming

Sich verschlechternder Wert: Wirtschaftlichkeit im engeren Sinne

Zu verbessernder Wert: Umgang mit den natürlichen Ressourcen Lösungsprinzipien für das Geschäftsmodell: Was sind die Auswirkungen?Wird der Widerspruch aufgelöst?

Widerspruch der Werte aus der VDI 3780 Lösungsidee Etablieren einer industriellen Symbiose zur Erhöhung der Ressourcenproduktivität des Fundaments.

Ein Partner zur Aufbereitung des Betons muss als neue Anspruchsgruppe identifiziert werden.Die natürlichen Ressourcen werden effektiver genutzt, gleichzeitig wird die Wirtschaftlichkeit gesteigert.

RohstoffgewinnungBetonherstellung SmarTowerDeponierung^P

rimärrohstoff des Betons wird abgebaut und für $15-25 pro Tonne weiterverkauft.Das hergestellte Granulat wird für das Fundament des SmarTowersgenutzt.Am Ende des Lebenszyklus wird der Beton für mindestens $57 pro Tonne endgelagert.

Prinzip der geschlossenen Ressourcenkreisläufe und Ressourceneffizienz Ist-ZustandSzenario für eine industrielle Symbiose Weiterverwendung 20% des recycelten Betons können in Form von Brechsande für den Straßenbau weiterverwendet werden.

Für die Herstellung von Recyclingbeton werden neben dem Rezyklatauch neu abgebaute Zementbestandteile (Kalk, Ton) und Granulate (Kies, Sande) benötigt. 45% Recyclingbeton können im SmarTower Fundament verwendet werden. Der Beton aus dem Fundament wird an einen Partner für $25 je Tonne zur Aufbereitung abgegeben.

80% des recycelten Betons können als Betongranulat für $14,80-22 pro Tonne an den Betonhersteller verkauft werden.

Rohstoffgewinnung Betonherstellung Aufbereitung

SmarTower

6.3 European Engineering Team²⁵