Windenergie 07.08.2023, 14:30 Uhr

Cluster-Windkraftanlagen: Mehr Leistung, weniger Eingriff in die Natur?

In diesem Artikel erfahren Sie, wie innovative Cluster-Windkraftanlagen durch die Nutzung kleiner, präziser Rotoren die Energieausbeute maximieren und gleichzeitig die Landschaft bewahren können.

Windenergie

Innovative Cluster-Windkraft aus Japan: Ein neuer Ansatz zur Maximierung der Windenergieausbeute. (Symbolfoto)

Foto: PantherMedia / LeoWolfert

Die Effizienz von Windkraftanlagen kann auf verschiedene Arten gesteigert werden, sowohl durch technologische Verbesserungen als auch durch optimierte Betriebsstrategien. Höhere Türme ermöglichen den Zugang zu stärkeren und konstanteren Winden, was zu einem höheren Energieertrag führen kann. Dennoch gibt es hier auch Grenzen. Fortschrittliche Steuerungssysteme können zudem die Ausrichtung der Anlage in Echtzeit an die Windbedingungen anpassen, um den maximalen Energieertrag zu erzielen. Eine weitere Möglichkeit besteht im Repowering bzw. im Ersetzen älterer Anlagen durch modernere und leistungsfähigere Modelle, um die Gesamteffizienz eines Windparks zu steigern.

Forschende in Japan sind jedoch einen völlig anderen Weg gegangen, um dieses Ziel zu erreichen. Das Forschungs- und Bildungszentrum für Offshore-Windenergie der Kyushu-Universität beabsichtigt, durch die Einführung einer neuen Art von Cluster-Windkraftanlagen den Ertrag aus Windenergie zu erhöhen. Bei diesen neuartigen Windkraftanlagen liegt die Besonderheit darin, dass im Unterschied zu konventionellen Anlagen nicht ein großer Rotor Strom erzeugt, sondern mehrere kleinere Rotoren nebeneinander und übereinander montiert werden.

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Was eine Windlinse bewirken kann?

Dabei setzen die Japaner auf die Verwendung einer Windlinse in einer Turbinenstruktur. Das neue Modell ist von einem ringförmigen Rahmen umgeben, der darauf abzielt, den Wind zu bündeln und zu konzentrieren. Diese neuartige Bauweise ermöglicht es, die Schwächen herkömmlicher Kraftwerke zu überwinden, die mit zunehmender Größe an ökonomische und physische Grenzen stoßen.

Für das Jahr 2024 haben Universitäts-Institut und das daraus hervorgegangene Unternehmen Riamwind Pläne, eine Versuchsanlage mit zwei Turbinen von jeweils 200 kW Leistung und einem Durchmesser von 25 Metern zu errichten.

„Der durch die Windlinse erzeugte Wirbel bildet einen Bereich mit niedrigerem Druck hinter der Windturbine, wodurch der in die Windturbine einströmende Luftstrom weiter erhöht wird. Dadurch wird 2-3 Mal mehr Energie erzeugt als bei einer konventionellen Windturbine mit demselben Rotor-Durchmesser“, heißt es auf der Webseite des Unternehmens Riamwind. Bei Mehrfach-Linsen-Windturbinen bewirke die Wechselwirkung zwischen den Linsen eine Steigerung der erzeugten Leistung um 10-20 Prozent über die Gesamtleistung jeder einzelnen Einheit hinaus.

Umgebung wird nicht beeinträchtigt

Der Windkollektor selbst unterdrückt die Blattkantenwirbel, so dass die Anlage ruhiger läuft. An der Basis des Turms entsteht 20 dB weniger Lärm im Vergleich zu einer 100 kW Linsen-Windturbine und einer normalen Windturbine derselben Größe. Dadurch kann die Installation der Turbine näher an bebauten Gebieten errichtet werden kann.

Darüber hinaus sollen weniger Vogelschläge auftreten. Denn: Die zarte Erscheinung, die durch die „Ringe“ des Diffusors um die Rotorblätter erzeugt wird, beeinträchtigt nicht die Umgebung. Zudem unterstützt sie Vögel und andere Tiere dabei, die Windturbine als eine Struktur wahrzunehmen, was Vogelschläge vorbeugt. Die Windturbine erreicht eine Höhe von etwa 13 bis 20 Metern, wodurch eine Installation an Standorten möglich wird, wo große Windturbinen nicht aufgestellt werden können (zumindest in einer japanischen Taifun-Region, wo die Windgeschwindigkeit über 250 km/h betragen kann). Die Struktur der Mehrfach-Rotor-Linsen-Windturbine erlaubt eine kreative Gestaltung.

Langfristig haben die Forscher die Vision einer Anlage mit 100 Turbinen und einer Gesamtleistung von 20 MW. Doch bevor diese Idee wettbewerbsfähig wird, stehen noch einige Herausforderungen für die Entwickler an.

Die Japaner haben internationale Patente für die „Windlinsentechnologie“ und das Wirbelbildungsprinzip des Randes erhalten.

Ein Beitrag von:

  • Alexandra Ilina

    Redakteurin beim VDI-Verlag. Nach einem Journalistik-Studium an der TU-Dortmund und Volontariat ist sie seit mehreren Jahren als Social Media Managerin, Redakteurin und Buchautorin unterwegs.  Sie schreibt über Karriere und Technik.

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