Wie "Windlinsen" Cluster-Windräder verbessern sollen
27.07.2023 08:00 Uhr Martin Kölling
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(Bild: Screenshot aus dem Video von Riam Wind)
Windkraftanlagen wachsen immer höher, um mehr Strom zu erzeugen. Der nächste Schritt könnten große Cluster aus 100 oder mehr kleinen Propellern sein.
Noch hinkt Japan bei der Entwicklung von Windparks hinter anderen Ländern her. Das Forschungs- und Bildungszentrum für Off-shore-Wind [1] der Kyushu-Universität will dies nun mit einem neuen Typ der Cluster-Windkraftanlagen ändern. Diese Windfänger zeichnen sich dadurch aus, dass anders als bei herkömmlichen Anlagen kein großer Rotor Strom generiert, sondern viele kleinere neben- und übereinander montierte Rotoren.
Der neue Typ soll Nachteile der bisherigen Kraftwerke ändern, die mit wachsender Größe an wirtschaftliche und physikalische Grenzen stoßen. Die Windkraftanlagen wachsen immer mehr in die Höhe [2], da mit einer Verdopplung der Rotorlänge die Stromernte um das Vierfache steigt. Die größten Anlagen sind daher inzwischen 300 Meter hoch.
Windkraft: Kleine Rotoren gegen große Probleme
Nur steigen mit jedem Meter auch die Kosten für den Turm und die Flügel. Die Ertragsgewinne lohnen sich daher wirtschaftlich immer weniger. Außerdem drehen sich die Rotoren schneller, teilweise mit mehr als 100 Metern pro Sekunde. Das macht sie nicht nur anfälliger, selbst Regentropfen können sie schädigen [3]. Sie machen auch mehr Lärm.Cluster aus kleineren Rotoren sollen diese Probleme lösen und gleichzeitig mehr Strom erzeugen als die traditionellen Modelle. Das norwegische Start-up Wind Catching Systems [5] entwickelt diese Idee bereits seit 2017. Das Unternehmen hat 2021 eine mehr als 300 Meter hohe Wand aus 117 Turbinen vorgestellt. [6]
Fünf dieser Wände sollen 25 herkömmliche Off-Shore-Windturbinen ersetzen, behauptet das Start-up. Zudem können die Wände theoretisch dank kleinerer Rotoren auch deutlich höhere Windgeschwindigkeiten voll ausschöpfen. Wartungsfreundlicher sollen sie auch sein. Denn ist ein Rotor defekt oder muss repariert werden, können die anderen sich weiterdrehen.
Herausforderungen in der Taifun-Region Japan
Die Japaner versuchen jetzt mit einer Neuerung, den Windertrag weiter zu erhöhen: mit einer Wind-Lens-Turbine. Während sich beim norwegischen System die Rotoren frei drehen, ist das japanische Model von einem kreisförmigen Rahmen umgeben, der den Wind konzentrieren soll.Für 2024 planen das Uni-Institut und das Spin-Off Riamwind den Bau einer Versuchsanlage [8] mit zwei 200-kW-Turbinen, die jeweils 25 Meter Durchmesser haben werden. Endgültig schwebt den Forschern ein 20-MW-Anlage aus 100 Turbinen vor. Bevor die Idee wettbewerbsfähig ist, müssen die Entwickler allerdings noch Probleme lösen.
Die Widerstandsfähigkeit gegen starke Winde ist gerade in einer Taifun-Region wie Japan eine Herausforderung. Die Windgeschwindigkeit in den asiatischen Wirbelstürmen kann über 250 km/h betragen. Das Gewicht und die Kosten des tragenden Gerüsts stellen weitere Hürden dar. Es gibt daher noch einige Stellschrauben an der neuen Generation der Windkraftanlagen, an denen gearbeitet werden muss.
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Windkraftanlagen wachsen immer höher, um mehr Strom zu erzeugen. Der nächste Schritt könnten große Cluster aus 100 oder mehr kleinen Propellern sein.
