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Vertikale Turbinen im Aufwind


19.07.2011
Windparks mit kompakten Vertikalturbinen für die Elektrizitätsgewinnung haben Zukunft. Davon sind Forscher des California Institute of Technology (Caltech) überzeugt. Ein Feldtest, den das Institut durchführte, lässt interessante Schlüsse zu. Die Energie-Ausbeute pro Flächeneinheit kann um Faktor 10 steigen.
 
 
Die gängige Vorstellung von einem Windpark ist eine Ansammlung von Windrädern, die in relativ grossen Abständen voneinander platziert sind. Um aerodynamische Überlagerungen und Effizienzverluste zu vermeiden, dürfen diese Windturbinen nicht zu nahe beieinander stehen. Gemäss dem Team des California Institute of Technology (Caltech) müsste der Abstand zwischen zwei horizontalen Turbinen etwa das 20-fache ihres Durchmessers betragen. Bei den grössten Turbinen kann dies 1,5 Kilometer Abstand bedeuten.

Kompakt und effizient

Gemäss John Dabiri, Professor für Maschinenbau und angewandte Naturwissenschaft am Caltech sind solche Windparks in ihrer Gesamtheit relativ ineffizient. Parks mit kompakten Vertikalturbinen könnten das Potential des einfallenden Windes besser nutzen. Bei Vertikalturbinen, die parallel zum Erdboden rotieren, ist der aerodynamisch notwendige Zwischenabstand viel geringer. Ein Feldtest der Caltech-Forscher im Sommer 2010 hat ergeben, dass bei einer Turbinen-Anordnung ein Abstand entsprechend dem vierfachen Durchmesser ausreicht, um Interferenzen auszuschließen. Sechs zehn Meter hohe Vertikalturbinen mit 1,2 Metern Durchmesser haben demnach 21 bis 47 Watt pro Quadratmeter Windpark-Fläche geliefert. Bei einem vergleichbaren Park mit Horizontal-Windrädern betrage die Ausbeute nur zwei bis drei Watt pro Quadratmeter.
 
Interessant sind solche kompakten Windparks auch aus der Sicht des Landschaftsschutzes. Sie sind weniger hoch und gross und damit unauffälliger. Für die Schweiz dürfte bei einer Evaluation vertikaler Windenergie-Anlagen vor allem auch deren Eignung für extreme Wetterlagen, zum Beispiel für Schnee und Eis eine Rolle spielen.

Umströmung bei kompakten Grossanlagen?

Am deutschen Zentrum für Windenergieforschung ForWind gibt sich Geschäftsführer Stephan Barth eher skeptisch. Da der Wind tendenziell den Weg des geringsten Widerstands wählt, könnte eine Dicht gestellte Vertikalturbinen-Anlage, die der strömenden Luft einen zu grossen Anteil ihrer Energie entzieht, einfach umströmt werden. Zudem spiele ein etwaiger zusätzlicher Platzbedarf bei herkömmlichen horizontalen Turbinen, bedingt durch grosse Abstände,e beispielsweise bei Offshore-Anlagen oder in Wüstenregionen, aber nur bedingt eine Rolle. "Wichtig wäre auch, die einzelnen Anlagen in Parks besser aufeinander abzustimmen", meint Barth. Er verweist auf Versuche, nach denen eine leichte Drosselung der ersten Reihe eines Windparks zu einem überproportionalen Effizienzgewinn der restlichen Turbinen führt. (mai/mgt)
 
Hier sehen Sie die Windturbinen in Aktion: www.youtube.com