Gezielt erzeugte Turbulenzen beschleunigen Strömung und erhöhen den Wirkungsgrad für Windräder

Windlinsen

Kasuga (Japan) - Die Giganten unter den Windrädern erreichen über sieben Megawatt Leistung mit Rotoren, die eine Fläche von fünf Fußballfeldern überstreichen. Gerade in Windparks auf offener See müssen diese Riesen enormen Kräften standhalten und sind nur eingeschränkt für schwimmende Plattformen geeignet. Stabiler als die klassischen Windräder mit drei Rotoren sind spezielle Windlinsen mit einem zusätzliche Strömungsreifen. Damit sollen Offshore-Windparks mit der Leistung von kleinen Kernkraftwerken möglich werden. Das neue Windrad-Konzept entwickelte Yuji Ohya von der Kyushu Universität im japanischen Kasuga.

"Durch eine Konzentration der Strömung lässt sich die Windgeschwindigkeit erhöhen", erklärt Ohya das Grundprinzip seiner Windradkonstruktion. In ersten Prototypen baute er einen starren Ring um die drei Flügel des Rotors, so dass eine Art "Windlinse" entstand. Der Ring ist an seinen Rändern so verformt, dass die Windströmung hinter der Rotorfläche verwirbelt. Durch diese Turbulenzen wird ein Unterdruck erzeugt, durch die die Luft zusätzlich angesogen wird. Das Ergebnis: Die Geschwindigkeit der Windströmung nimmt zu, der Rotor dreht schneller und mehr Strom kann erzeugt werden.

Erste kleine Windräder mit fünf Kilowatt Leistung belegten bereits die Effizienzsteigerung der Windlinse. "Im Vergleich zu einem nackten Windrad ließe sich mit der Ringstruktur die Stromausbeute um den Faktor zwei steigern", berichtet Ohya im Fachblatt "Energies". Hochgerechnet auf eine fünf Megawatt-Anlage müsste der Rotor nur knapp 100 Meter weit sein. Damit wäre er etwa 20 Prozent kleiner als die klassischen 5 MW-Windräder mit Durchmessern von etwa 120 Metern. Eine 10-Megawatt-Windlinse bräuchte nach den Berechnungen nur einen 112 Meter weiten Rotor.

Wegen der kleineren Dimensionen und des stabilisierenden Ringes sieht Ohya vor allem in großen Offshore-Windparks einen Markt für seine Windlinsen. Sie könnten auf in Waben angeordneten Schwimmplattformen montiert werden. Nur 30 dieser Anlagen mit einer Leistung von 10 Megawatt könnten ebenso viel Strom liefern wie ein kleines Kernkraftwerk. Da diese schwimmenden Kraftwerke auch in Meeresregionen mit großer Wassertiefe eingesetzt werden könnten, seien sie besonders für Gewässer rund um Japan gut geeignet. Der nächste Schritt in diese Richtung ist bereits geplant. "Wir werden eine 70 Kilowatt-Anlage auf einem Schwimmkörper mit 30 Meter Durchmesser konstruieren", sagt Ohya.