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10.06.2015 | Erneuerbare Energien | Im Fokus | Onlineartikel

Windkraftanlage schwingt ohne Rotorblatt

Autor:
Sabine Voith
3 Min. Lesedauer

Von smarten Windkraftanlagen ist immer mal wieder die Rede. Nun möchte eine besonders smarte Lösung auf den Markt: Ein Windrad ohne Rotoren, Getriebe und Verbindungselemente.

"Was würde passieren wenn wir uns ein Windrad ohne Rotorblätter vorstellen?" Das ist die provokante Frage der drei spanischen Erfinder der "rotorlosen" Windkraftanlage David Yañez, Raúl Martín und David Suriol. Mit dieser Frage starteten sie ein erfolgreich laufendes Crowdfunding-Projekt, um einen ersten Piloten ihrer Erfindung mit 100 Watt auf den Markt zu bringen. Nach nur fünf Tagen hatten die Erfinder am 8. Juni 2015 bereits das erforderliche Startkapital von 50.000 US-Dollar über die Plattform gesammelt.

Die Vorteile der Windkraftanlage ohne Rotorblatt werden von den Erfindern in vier Punkten zusammengefasst:

  • geringer Materialeinsatz, dadurch vergleichsweise günstige Herstellung und Vertrieb
  • geringe Betriebs- und Wartungskosten
  • geringe Umweltbelastung
  • keine Gefährdung von Vögeln und keine Geräuschemissionen

Die Idee von einer schwingenden Struktur

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Die innovative Anlage namens Vortex besteht aus einer einfachen Struktur mit fünf Komponenten: Dem Fundament, dem Mast, einem elastischen Mastteil aus Carbonfasern, einem Generator und einer Systemabstimmung. Turm und Generator werden in eine Struktur integriert. Weggelassen werden Gondel, Unterstützungsmechanismen und die Rotorblätter. Die Erfinder geben an, dieselbe Leistung im Vergleich zu einer Onshore-Anlage mit weniger Teilen bereitzustellen.

Statt Energie durch die Rotation einer Turbine zu gewinnen, nutzt die Anlage das Prinzip der Wirbelstärke, auch Vortizität genannt. Die rotorlose Windkraftanlage nutzt die Schwingung ihrer eigenen Struktur. Die durch die Schwingung erzeugte Energie wird von der Anlage aufgenommen.

Der Schwingungsradius ist gleich dem Durchmesser der Installation am obersten Ende. Die Anlage kann 40 Prozent der Windenergie aufnehmen, die in der Luft vorhanden ist, das theoretische Maximum liegt nach dem Betz'schen Gesetz bei 59 Prozent.

Produktionskosten von Windkraftanlagen um 53 Prozent senken

Der Kostenvorteil entsteht nicht nur durch die fehlenden Rotoren, sondern durch das Weglassen aller Teile wie Getriebe oder Verbindungen, die Windkraftanlagen aufweisen. Dies senkt die Produktionskosten, aber auch die Wartungskosten, da weniger Teile verschlissen werden können. Die Erfinder geben einen Kostenvorteil von 40 Prozent im Vergleich zu allen Kostengruppen einer Onshore-Anlage an, bei den Produktionskosten 53 Prozent, bei den Wartungskosten 80 Prozent.

Auch bei Vortex kann es zu Materialermüdungen kommen, wie Verbiegungen oder Beschädigung der Struktur. Betroffen könnten der untere Teil des elastischen Masts sein, der stärkeren Belastungen ausgesetzt ist.

Die Anlage benötigt ein kleineres Fundament, da der Generator nahe des Bodens installiert ist. Die Geräuschemission liegt bei unter 20 Hertz.

Erste Anlage in den nächsten zwölf Monaten geplant

Innerhalb des nächsten Jahres soll es die ersten Anlagen in kleiner Leistungsklasse von 100 Watt bis vier Kilowatt für Wohngebäude geben. Sie können mit und ohne Anbindung ans Netz betrieben und mit Solaranlagen verbunden werden. Der Windtunneltest ist bestanden, die Forschungs- und Entwicklungsarbeit sind abgeschlossen, die Patente angemeldet und es gibt einen Prototypen. 2014 wurde ein Feldtest durchgeführt bei einer Windgeschwindigkeit von einem bis neun Metern pro Sekunde. Der Prototyp wird aufgrund der Ergebnisse noch verbessert und soll Windgeschwindigkeiten von 20 Metern pro Sekunde stand halten. 2018 soll es die ersten Megawatt-Anlage geben.

Springer-Autor Dietrich Pelte untersucht im Buchkapitel "Die erneuerbaren Energien" welchen Beitrag Windkraftanlagen für die zukünftige Energieversorgung der Welt leisten können. Er geht unter Punkt 6.7 auf die Strömungsenergie von Windkraftanlagen ein. Leistungsverluste von insgesamt rund 18 Prozent entstehen laut seinen Berechnungen durch die Rotorausrichtung nach Windrichtung und Windstärke, das Rotorgetriebe, den elektrischen Generator und Transformator, was für die Technologie von Vortex sprechen würde.

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