Windturbinen-Design ohne schwingende Rotorblätter erzeugt 1.000 W Strom

Ein Team um Dr. Wrik Mallik von der James Watt School of Engineering der Universität Glasgow simulierte Tausende von Designs und fand den optimalen Ansatz, der es ermöglicht, die Stromerzeugung zu maximieren, ohne die strukturelle Festigkeit zu beeinträchtigen. Das Team berichtet in der Zeitschrift Renewable Energy .

BWTs bieten viele Vorteile: Sie sind leiser, benötigen weniger Platz und sind aufgrund ihrer einfachen Konstruktion wartungsärmer. Insbesondere sind BWTs sicherer für Tiere wie Vögel. Für fliegende Tiere können die schnell rotierenden Rotorblätter herkömmlicher Turbinen aufgrund eines Bewegungsunschärfeeffekts verschwommen oder sogar unsichtbar erscheinen, was das Kollisionsrisiko erhöht.

Lange Zeit waren konventionelle Windturbinen die bevorzugte Wahl, um Wind durch die Rotation von Rotorblättern in Elektrizität umzuwandeln, die wiederum einen Generator zur Stromerzeugung antreiben.

Im Gegensatz dazu arbeiten BWTs nach einem völlig anderen Prinzip: der sogenannten Wirbelinduzierten Oszillation (VIV). Anstelle rotierender Rotorblätter bestehen BWTs typischerweise aus hohen, schlanken Säulen, die wie Laternenpfähle im Wind schwanken.

Die Bewegung des Windes erzeugt Wirbel, die die gesamte Struktur in Schwingung versetzen. Entspricht diese Bewegung der Eigenfrequenz der Struktur, wird sie deutlich verstärkt. Diese verstärkte Bewegung wird dann direkt in Elektrizität umgewandelt.

In der neuen Studie nutzten Ingenieure Computersimulationen, um zu ermitteln, wie zukünftige BWT-Generationen für maximale Effizienz konstruiert werden sollten. Mallik und seine Kollegen fanden einen idealen Mittelweg zwischen verschiedenen Designvarianten, der die Stromerzeugungsleistung des BWT bei gleichbleibender struktureller Festigkeit maximiert.

Die Studie liefert neue Erkenntnisse über den Einfluss der Säulenabmessungen (wie Höhe und Breite) auf die Leistungsabgabe und die strukturelle Festigkeit von BWTs. Das Team fand heraus, dass die ideale Konstruktion eine 80 cm hohe Säule mit einem Durchmesser von 65 cm ist.

Durch dieses optimale Gleichgewicht aus Leistung und Haltbarkeit können beachtliche 460 Watt Leistung bereitgestellt werden, womit aktuelle Prototypen in der Praxis weit übertroffen werden, die nur etwa 100 Watt erreichen.

Die neuen Erkenntnisse sind insbesondere für die Gewährleistung der strukturellen Sicherheit bei Windgeschwindigkeiten von 32 bis 112 km/h von Bedeutung. Laut dem Team könnte ihre Methode eine Skalierung der BWT auf eine Leistung von 1.000 Watt (1 Kilowatt) oder mehr ermöglichen.