Kleiner Zweitrotor macht Windturbinen effizienter

Interessant ist das insbesondere für grosse Windparks. Dort sind nach bisherigen Laborversuchen und Simulationen bis zu 18 Prozent mehr Ausbeute möglich. «Es geht da um ziemlich ausgereifte Technologien - also sind zehn bis 20 Prozent eine grosse Veränderung», so Anupam Sharma, Luft- und Raumfahrttechniker an der Iowa State University. Der Zweitrotor hilft unter anderem, Strömungseffekte auszugleichen, durch die Turbinen im Windschatten anderer deutlich weniger Strom liefern.

Kleiner Rotor, grosse Wirkung

Windkraft ist ein Eckpfeiler der Energiewende, Windräder scheinen auf den ersten Blick technologisch schon recht ausgereift. Doch das innere Ende gängiger Rotorblätter ist nicht wirklich aerodynamisch geformt, was die Energieausbeute laut den Experten um etwa fünf Prozent senkt.

Stärker ins Gewicht fällt, dass grosse Windräder die Windströmung stören. In einer Windfarm kann dadurch die Ausbeute anderer, windabwärts stehender Turbinen um bis zu 40 Prozent sinken, so Hui Hu, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der Iowa State.







«Um diese Probleme möglichst zu lösen, haben wir einen kleineren Rotor an der Turbine angebracht.»

18 Prozent mehr Energie möglich

Der Ansatz hat sich sowohl in Computersimulationen als auch bei Versuchen mit Modellen im Windkanal bewährt. Die Energieausbeute stieg tatsächlich an. In einem Windpark könnte der Zuwachs nach bisherigen Tests bis zu 18 Prozent betragen - und da gibt es vermutlich noch Luft nach oben. Denn aktuell arbeitet Sharma daran, mithilfe von Simulationen den Aufbau von Zwei-Rotor-Turbinen weiter zu optimieren. Das wird zu einer zweiten Generation an Modell-Windturbinen führen, die dann bei Labortests in einem Windkanal zum Einsatz kommen.

Die Idee für den Ansatz hatte ein anderes Windkanal-Experiment geliefert, das eigentlich den Einfluss von Hügeln und Tälern auf Windfarmen untersucht hat. Dabei zeigte sich, dass die Energieproduktion von Turbinen im Windschatten anderer abfällt. Die Computersimulationen untersuchen daher, wie ein Zweitrotor eine für die Energiegewinnung optimale Windströmung sichern kann. Faktoren, die das beeinflussen, umfassen die genaue Anordnung der beiden Rotoren, die Grösse und Form des Zweitrotors sowie dessen Drehrichtung.