Immer höher hinaus – Windkraft mit neuer Technik

Sway Turbine

Ein Windrad mit Rotorblättern so groß wie ein Riesenrad – das ist inzwischen kein unmögliches Vorhaben mehr.

An die 80 Meter misst das größte transportable Riesenrad, das momentan noch in München zu bewundern ist. Währenddessen testet das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik im hohen Norden Deutschlands Windkraftanlagen mit mehr als 80 Meter langen Rotorblättern. Dabei handelt es sich um die größten Rotoren, die bisher zum Einsatz kommen können.

Ein erstrebenswertes Maß für viele Hersteller, denn die Nennleistung steigt mit der Größe der Rotoren. Doch riesige Blätter machen die Anlagen auch schwerer und teurer. Das viele Material erhöht den Aufwand für Montage und Transport. Zudem setzen den Rädern auch die steigenden Zentrifugalkräfte kräftig zu – besonders an den Rotorenden. In der Materialforschung wird deshalb an einer effizienten Umsetzung der Größenzunahme geforscht.

Windräder aus Kohlenstofffasern

Der Einsatz von Carbonfasern in Rotorblättern ist beispielsweise sehr vielversprechend. Diese Faserverbundstoffe haben den Vorteil, stabil, leicht und steif zu sein. Denn ihre Dichte ist geringer als die der meist eingesetzten Glasfasern. Verstärkt man den Rotor mit Carbon- statt Glasfasern, schafft man eine Gewichtsreduzierung von mindestens 20 Prozent.

Der größte Teil der Carbonfasern wird inzwischen für Rotoren der Windkraftanlagen eingesetzt. Das sind immerhin schon 23 Prozent. Und der Markt wächst wie die Windräder.

Allerdings sind Carbonfasern im Vergleich zu Glasfasern ziemlich teuer. Kostet die Glasfaser drei Euro pro Kilogramm, muss man für ein Kilogramm Carbonfasern 15 Euro auf den Tisch legen.

Sway Turbine als Alternative

Gewicht kann auch eingepart werden, wenn die konventionelle Konstruktion der Windenergieanlagen umgekrempelt wird. Das norwegische Unternehmen Sway Turbine entwickelt Systeme für Offshore Windräder, mit denen ein offener Generator direkt vom Rotor betrieben wird. Der Generator sieht aus wie das Rad eines Fahrrads und wird von drei Rotorblatt-Stützen umgeben. Die Rotornabe fällt weg. Das macht die Konstruktion besonders stabil, denn Drehmoment und Schwerkraft werden von der ganzen Anlage abgefedert.

Smart Blades im Einsatz

Erwähnenswert ist auch die Forschung an der Form riesiger Rotorblätter, bei denen die physikalischen Grundlagen eine Rolle spielen: Weht der Wind zu stark, ist die vom Rotor aufgenommene Leistung größer als die Nennleistung der Anlage. Aus diesem Grund wird der Anströmungswinkel des Windes durch Verstellen der Rotorblätter verändert und die Leistung verringert. Somit kann die Windkraftanlage bei starkem Wind öfter laufen.

Für eine exaktere Reaktion auf den Wind setzt man auch zunehmend auf flexible Hinter- und Vorderkanten intelligenter Rotorblätter, sogenannter „Smart Blades“, die Windböen selbstständig ausregeln. Eine Forschungskooperation befasst sich seit Beginn dieses Jahres mit den Herausforderungen großer Windkraftanlagen. Es ist abzusehen, dass ihr Fazit mit Hilfe von Carbonfasern, Konstruktionsänderungen und Smart Blades positiv ausfallen wird.

Jenny Lohse

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