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US-Studie empfiehlt Einsatz vertikaler Rotoren in Windparks

Vertikale Windkraftanlage; Foto: Joanne and Matt (Wiki Commons)
Vertikale Windkraftanlage; Foto: Joanne and Matt (Wiki Commons)

Als Kleinwindanlagen für Häuser kennt man sie bereits: Vertikale Windräder. Ihr Name leitet sich von dem vertikalen Aufbau der Rotationsachse ab. Daraus ergeben sich einige Vorteile: Sie drehen sich unabhängig von der Windrichtung und arbeiten relativ leise. Der Rotor bewegt sich schon bei geringen Windgeschwindigkeiten. Zudem kann der Generator am Boden installiert werden, was die Wartung erleichtert. Diese Eigenschaften sind praktisch für siedlungsdichte Gebiete. Weil sie aber leistungsschwächer als horizontale Anlagen sind, wurden sie bisher nicht für Windparks in Betracht gezogen.

Dies könnte sich in ein paar Jahren ändern: Bei Felduntersuchungen des California Institute of Technology (Caltech) zeigten die vertikalen Windräder zumindest eine höhere Ausnutzung der Fläche, da sie bei optimaler Anordnung zehn Mal mehr Windenergie pro Flächenenheit nutzen können.

Die Forscher des Instituts sehen in den bestehenden Windparks mit Horizontal-Windrädern noch Entwicklungsbedarf. Nach ihren Berechnungen stehen die heutigen Windräder zu eng beieinander und nehmen sich so gegenseitig den Wind aus den "Segeln". Der jeweilige Abstand zu den Anlagen sollte demnach aus 20 imaginären Turbinen bestehen. Das enspräche einer Strecke von 1,5 Kilometern. Bei den vertikalen Rotoren ist das Ergebnis dieser Berechnung dagegen günstiger, da sie keine "Propeller" besitzen und somit kleiner sind.

Letzten Sommer vermaßen die Forscher die Rotationsgeschwindigkeit und Leistung von sechs aufgestellten Vertikal-Turbinen. Bis auf eine Maschine wurde die Position der Anlagen mehrmals verändert, bis die Leistung pro Fläche am höchsten war. Dabei stellten sie fest, dass ein vierfacher Abstand ausreicht, um gegenseitige Beeinflussungen auszuschließen. Folglich können die zehn Meter hohen und 1,2 Meter breiten Turbinen mit einer Distanz von 4,8 Metern (1,2 mal vier Meter) eine Leistung von 21 bis 47 Watt pro Quadratmeter erreichen. Laut den Wissenschaftlern bewegt sich die Leistung in einem Windpark mit Horizontal-Rotoren zwischen zwei bis drei Watt pro Quadratmeter.

Das Zentrum für Windenergieforschung "ForWind" der Universität Oldenburg schränkt das Ergebnis der Studie jedoch ein. Denn für den Wind stellen die optimal positionierten Rotoren ein Hindernis dar, welches eventuell einfach umweht wird. Daraus resultieren Energieverluste. Generell gilt zudem: Höchstens 59,3 Prozent der Windenergie kann "aufgefangen" werden, der Rest des Windes strömt durch das Windrad hindurch oder vorbei. Trotzdem sprechen sich auch die Mitarbeiter von "ForWind" für Effizienzsteigerungen in Windparks aus. Zum Beispiel werden als Ausgleichsmaßnahme größere Rotorenblätter eingesetzt oder höhere Anlagen gebaut.

John Dabiri, Caltech Professor für Aeronautik und Ingenieurwesen, erweitert dagegen seine Studie. Diesen Sommer wird die Untersuchung auf einer größeren Versuchsfläche fortgesetzt.

Jenny Lohse

Autor Jenny Lohse Erstellt am Donnerstag, 21. Juli 2011

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