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Mut zu Innovationen

Neue Windräder: Verrückt oder visionär?

Vertikalachser für hügelige Landschaften, Windfänger für zugige Gebäudedächer... Die Wissenschaft sagt, es hat seinen Grund, warum sich der Dreiflügler durchgesetzt hat. Wirklich? Manchmal bekommen innovative Technologien einfach keine Chance, weil das Geld fehlt.

 - Die Anlagen Quinta20 und Quinta90 sind speziell für instabile Winde entwickelt worden.
Die Anlagen Quinta20 und Quinta90 sind speziell für instabile Winde entwickelt worden.
Foto: Envergate Energy AG

Eine 2014 veröffentlichte Studie der ETH Zürich zeigt, dass sich auch hügelige Länder mit erhöhter Turbulenzbildung durchaus für die effiziente Nutzung von Windkraft eignen. Dafür soll es nun spezielle Windenergieanlagen geben, welche für böige, unbeständige oder gar schwache Winde entwickelt wurden. Das Unternehmen Envergate Energy AG hat sich genau dies zum Ziel gemacht. Ist die Bodenrauigkeit relativ gross, wie man sie in einer Stadt vorfindet, werden in den bodennahen Schichten die Winde stärker ausgebremst. Entsprechend ist der Wind bei 6 m/s über offenem Gelände deutlich weniger turbulent. Die enthaltene Energie in einem mittleren Wind von 6 m/s ist sehr abhängig von der Windverteilung. Breite Windverteilungen enthalten bei einer identischen mittleren Windgeschwindigkeit im Durchschnitt mehr Energie als schmale Verteilungen, die man typischerweise über sehr ebenen Oberflächen findet.

Die von der Firma entwickelten Vertikalachser Quinta20 und Quinta99 sind speziell für instabile Winde entwickelt worden und generieren laut Herstellerdurch die eingesetzte Technologie wirtschaftliche Energieausbeuten bei höchstmöglichem Wirkungsgrad. Das Unternehmen aus der Stadt Horn in der Schweiz will das größere Modell, Quinta99 ab März 2015 verkaufen. Die kleinere Anlage Quinta20 halt folgende Betriebsdaten:

installierte Leistung20 kVAAbschaltgeschwindigkeit22 m/sSchallemission im Normalbetrieb38 - 43 dBCE / Zertifizierungnach IEC 61400-2:2006 / MCS (in Arbeit)Flügelspannweite / Rotordurchm. / Fläche6m / 5m / 30m²Flügel100% CFK, weiss mattBlattwinkelverstellungelektronisch geregeltGeneratorPermanent Magnet Generator (PMG),
20 kVA

Dass die Nutzung von Windkraft witterungsbedingten Schwankungen unterliegt, bleibt unbestritten. Dafür gibt es jedoch Lösungen, welche eine verlässliche Grundversorgung gewährleisten. Für Gemeinden, Behörden und Unternehmungen aus Wirtschaft und Industrie kann Windkraft als Ergänzung und in Kombination mit anderen erneuerbaren Trägern eine wirtschaftlich attraktive Lösung sein. Als Erstes gilt es herauszufinden, ob sich ein Standort für die Windenergie überhaupt lohnt. Envergate erstellt daher zunächst Windgutachten und Machbarkeitsstudien für aussagekräftige Ertragsprognosen – die notwendige Grundlage für jeden Entscheidungsprozess.

Umströmung von Bauwerken

 - Simulationen am 1:32 EWP Modell bei der Firma Laslo GmbH Germany ergaben einen systeminternen Strömungsbeschleunigungsfaktor von 2,3.
Simulationen am 1:32 EWP Modell bei der Firma Laslo GmbH Germany ergaben einen systeminternen Strömungsbeschleunigungsfaktor von 2,3.
Grafik: Mohl

Die künftige Versorgung mit CO²-neutral produzierter Energie für Metropolen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Gebäude und Bauwerke könnten dafür zum Beispiel soweit wie möglich unabhängig bei der Energieversorgung gestaltet werden. Eine bisher noch nicht explorierte Energiequelle ist die unter Einbindung vorhandener Bauwerke und Bauwerksoberflächen in Städten herrschenden Wind- und Strömungspotenziale zur Energieerzeugung zu erschließen.

Aus dem Alltag kennen wir die Kraft des Windes in Häuserschluchten. Der Wind konzentriert sich dort, wo er sich nicht flächig ausdehnen kann. Messungen ergaben, dass in Städten wie z.B. New York oder Singapore Windgeschwindigkeiten an Bauwerksoberflächen und an Bauwerkseckbereichen (Kanten) von mehr als 200 km/h auftreten können. Rolf Dieter Mohl verfolgt die Nutzung der Windumströmungsenergie um Bauwerke mittels sogenannter Energie Wind Profilen zur Erzeugung elektrischer Energie. Er ist Erfinder und Patentinhaber der Mohl - Energie Wind Profile (E W P). Die Strömungssimulation zeigt, wie sich die Windströmung an einer Hausdachkante verdichtet. Es handelt sich um die Simulation am 1:32 EWP Modell bei der Firma Laslo GmbH Germany. Die Simulationen dort ergaben einen systeminternen Strömungsbeschleunigungsfaktor von 2,3. "Die Messergebnisse am 1:32 E W P Modell 2014 übertrafen unsere Erwartungen und lassen auch für die 2015 geplante 1:1 Energie Wind Profil Musterfassade hoffen", so Mohl.

 - So könnte die Technik später einmal aussehen. Einsatzgebiete: Industriegebäude, Hochhäuser, Wolkenkratzer, Brücken, Türme, generell an allen Bauwerken die ein Windströmungspotential aufweisen.
So könnte die Technik später einmal aussehen. Einsatzgebiete: Industriegebäude, Hochhäuser, Wolkenkratzer, Brücken, Türme, generell an allen Bauwerken die ein Windströmungspotential aufweisen.
Grafik: Mohl

Die von Mohl entwickelte Energie-Wind-Profile soll die um Bauwerke strömenden Windkräfte in einem Strömungsleitsystem so aufzunehmen und zu steuern, dass der Wind kontrolliert auf ein oder mehrere auf dem Gebäudedach installierten Rotoren- und Turbineneinheiten umgeleitet würden, wo dann elektrische Energie erzeugt werden könnte. (Nicole Weinhold)