Energie Intelligent gedreht

Windparks könnten sehr viel effizienter sein - etwa mit "intelligenter" Steuerungstechnik oder Vertikalrotoren

Bis zum Jahr 2030 sollen, so eine neue Studie im Auftrag der EU-Kommission, allein vor Europas Küsten Windkraftanlagen mit einer Kapazität von 135 Gigawatt stehen - mehr als die derzeit installierte Leistung aller Atomkraftwerke in den EU-Staaten zusammen. Allerdings schöpfen Windparks ihre Kapazität nur selten aus. Denn je nach Windrichtung werden die einzelnen Turbinen verschieden belastet, sie drehen mal schneller, mal langsamer. Zudem produzieren die vorderen Propeller in einer Gruppe Luftwirbel, die jene auf den hinteren Plätzen in Vibrationen versetzen können. Die Folgen sind schnelle Abnutzung und schwankende Leistung.

Intelligent gedreht

Rotoren, die sich um eine vertikale Achse drehen, können effizienter Arbeiten als herkömmliche, horizontale Rotoren

Forscher in Europa und den USA haben nach Wegen gesucht, das zu vermeiden. Siemens etwa entwickelte eine Software zur Optimierung bestehender Windfarmen. Innerhalb von Sekunden analysiert diese die Windrichtung, simuliert das Verhalten des Parks auf die Veränderung und sendet entsprechende Steuerungsbefehle an die Windräder. Alle Turbinen sind mit einem Zentralrechner verbunden, der das Ensemble koordiniert, etwa indem er die Anstellwinkel der Rotorblätter verändert. Ein zweijähriger Test im schwedischen Windpark Lillgrund verlief erfolgreich.

Einen anderen Weg fand ein Team um John Dabiri vom California Institute of Technology (Caltech) dank Vorbildern aus dem Tierreich. In großen Fischschwärmen etwa sind die Individuen so optimal angeordnet, dass die Wirbel, die die vorderen Schwimmer erzeugen, alle hinter ihnen schwimmenden Artgenossen quasi mitziehen. Dabiri übertrug das Prinzip auf Windparks und setzte dabei Turbinen mit vertikal drehenden Rotoren ein.

Als Einzelstücke haben diese zwar einen nur etwa halb so großen Wirkungsgrad wie Turbinen mit den üblichen horizontalen Propellern. Im "Schwarm" jedoch sieht das anders aus. Denn die Forscher positionierten die Vertikalrotoren jeweils paarweise dicht nebeneinander und ließen sie gegenläufig rotieren. Auf diese Weise wurden die Turbulenzen minimiert und der Luftstrom zwischen den Rädern so gelenkt, dass er die hinteren Rotoren weniger abschwächte. Ergebnis: Die Leistung dieses Windparks betrug 20 bis 30 Watt pro Quadratmeter - zehnmal mehr als in Windfarmen mit "normalen" Propellerturbinen.

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