Verbesserte Aerodynamik 11.09.2013, 12:47 Uhr

Neue Wirbelgeneratoren für Windkraftanlagen steigern die Stromerzeugung

Eine neue Generation von Wirbelgeneratoren soll die Aerodynamik und damit die Effizienz von Windkraftanlagen steigern. Die Anlagen werden dadurch leiser und ihre Energieleistung könnte jährlich um bis zu fünf Prozent steigen.

Eine neue Generation von Wirbelgeneratoren haben das  Ravensburger Unternehmen Smart Blade, der Technologiekonzern 3M und die TU Berlin entwickelt. Aufgeklebt auf die Flügel von Windrädern verbessern sie die Aerodynamik und steigern die Stromerzeugung.

Eine neue Generation von Wirbelgeneratoren haben das  Ravensburger Unternehmen Smart Blade, der Technologiekonzern 3M und die TU Berlin entwickelt. Aufgeklebt auf die Flügel von Windrädern verbessern sie die Aerodynamik und steigern die Stromerzeugung.

Foto: 3M

Ein durch die Luft fliegender Golfball wird von ihr umgeben, ebenso ein Flugzeug am Himmel und die Rotoren einer Windkraftanlage in Bewegung: Die Rede ist von der sogenannten Grenzschicht. Jedes massive Objekt, das sich durch die Luft bewegt, wird von dieser dünnen Luftschicht umhüllt.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
N-ERGIE Netz GmbH-Firmenlogo
Maßnahmenplaner für das Netzgebiet (m/w/d) N-ERGIE Netz GmbH
Rothenburg Zum Job 
Nanotec Electronic GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projektleiter (w/m/d) Nanotec Electronic GmbH & Co. KG
Feldkirchen Zum Job 
APOprojekt GmbH-Firmenlogo
Prozess- und Qualitätsmanager (all genders) APOprojekt GmbH
Hamburg, Düsseldorf, Frankfurt Zum Job 
Schüller Möbelwerk KG-Firmenlogo
Umweltingenieur (m/w/d) Schüller Möbelwerk KG
Herrieden bei Ansbach Zum Job 
Menlo Systems GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) für die Produktion von Frequenzkämmen Menlo Systems GmbH
Planegg Zum Job 
ANDRITZ Küsters GmbH-Firmenlogo
Inbetriebnahme-Ingenieur (m/w/d) ANDRITZ Küsters GmbH
Krefeld Zum Job 
WEMAG Netz GmbH-Firmenlogo
Prozessorganisator Grundzuständiger Messstellenbetrieb (m/w/d) WEMAG Netz GmbH
Schwerin Zum Job 
Karlsruher Verkehrsverbund GmbH-Firmenlogo
Angebots- / Verkehrsplaner*in (m/w/d) regionale Busverkehre Karlsruher Verkehrsverbund GmbH
Karlsruhe Zum Job 
Aerologic GmbH-Firmenlogo
Engineer Aircraft Reliability & Maintenance Program (m/f/x) Aerologic GmbH
Leipzig/Halle Airport Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Consultant Digital Transformation (m/w/d) Schwerpunkte IT, Industrie und Engineering THOST Projektmanagement GmbH
Freiburg im Breisgau, Mannheim, München, Stuttgart Zum Job 
P+R Betriebsgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur / Architekt P+R-Parkhäuser (w/m/d) P+R Betriebsgesellschaft mbH
Hamburg Zum Job 
Brüninghoff GmbH & Co.KG-Firmenlogo
Ingenieurin (m/w/divers) als Führungskraft für Arbeitssicherheit / Gesundheitsschutz Brüninghoff GmbH & Co.KG
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Konstruktiver Ingenieurbau/Brückenbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt-Gelnhausen Zum Job 
Quantum-Systems GmbH-Firmenlogo
Junior Recruiter (m/f/d) Quantum-Systems GmbH
Gilching Zum Job 
Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur für Funktionale Sicherheit (m/w/d) Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG
Abensberg bei Regensburg Zum Job 
Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH-Firmenlogo
Vertriebsingenieur (m/w/d) Bereich Spektrometer und Mikroskopie Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH
Herrsching am Ammersee Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur/in als Bauwerksprüfer (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Darmstadt Zum Job 
Quantum-Systems GmbH-Firmenlogo
Manager (m/w/d) Export/Zoll & Auftragsabwicklung Quantum-Systems GmbH
Gilching Zum Job 
Quantum-Systems GmbH-Firmenlogo
.Net Software Developer (Munich or Kyiv) (f/m/d) Quantum-Systems GmbH
Gilching, Kiew (Ukraine) Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Planung Bauwerke (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes

Wirbelgeneratoren zögern den Abriss der Grenzschicht hinaus

Bei hohen Geschwindigkeiten, wie im Falle des Golfballs, des Flugzeugs und der Rotorblätter, trennen sich jedoch die Wege von Objekt und Grenzschicht. Diese ist langsamer, bleibt zurück und löst sich schließlich vom Objekt. Die dadurch entstehende Strömung bremst das Objekt ab.

Das bedeutet geringere Abschlagsweiten für den Golfer und einen höheren Energieaufwand für das Flugzeug, um den Auftrieb zu halten. Golfbälle haben aus diesem Grund die runden Dellen auf ihrer Oberfläche. Durch sie entstehen kleinere Turbulenzen, die der Grenzschicht mehr Energie geben. Sie bewegt sich schneller und kann dem Objekt länger folgen. Die sogenannten Wirbel- oder Vortexgeneratoren auf Flugzeugen und Windkraftanlagen haben denselben Zweck wie die Dellen im Golfball. Sie zögern den Abriss der Grenzschicht so lange wie möglich heraus.

Die kleinen Wirbelgeneratoren werden mit einem Spezialkleber auf die Flügel aufgeklebt. Sie verzögern den Abriss der Grenzschicht der Luft und verbessern damit die Aerodynamik.

Die kleinen Wirbelgeneratoren werden mit einem Spezialkleber auf die Flügel aufgeklebt. Sie verzögern den Abriss der Grenzschicht der Luft und verbessern damit die Aerodynamik.

Quelle: 3M

Mit zunehmender Bedeutung der Windindustrie wird auch die Entwicklung von Wirbelgeneratoren vorangetrieben, denn ihr gezielter Einsatz kann die Leistung der Anlagen deutlich steigern. An den kleinen, meist dreieckigen Elementen entstehen Wirbel, die die Durchmischung der äußeren Strömung und der Grenzschichtströmung erhöhen. Wenn die Strömungsablösung dadurch verzögert oder gar verhindert werden kann, macht sich das ebenfalls positiv bemerkbar auf die Geräuschentwicklung der Anlage. Sie arbeitet wesentlich leiser.

Häufig tritt die Strömungsablösung im Innenbereich der Rotorblätter auf, weil dort der Anstellwinkel am größten ist. Hier ist Erfahrung und Fingerspitzengefühl gefragt. „Die Eigenschaften einzelner Rotorblätter sind sehr unterschiedlich“, erklärt Christian Claus von der Sparte Wind Energy des Technikkonzerns 3M. „Form, Größe, Anzahl und Position der Wirbelgeneratoren müssen auf jeden Anlagentyp individuell angepasst werden, um so entsprechend die Leistung der Windenergieanlage zu steigern.“ 3M hat nun eine neue Generation von Wirbelgeneratoren auf den Markt gebracht.

Belastungstests im Windkanal der TU Berlin

Als Forschungspartner hatte 3M die Ingenieure des Ravensburger Unternehmens Smart Blade mit ins Boot geholt. Dort wurden die eigentlichen Wirbelgeneratoren entwickelt und unter Realbedingungen im großen Windkanal der Technischen Universität Berlin getestet. Für die Tests verwendete Smart Blade mehrere Testflügel, deren Profile standardmäßig in Windkraftanlagen eingesetzt werden. Die Modelle wurden dann auf einer digitalen Waage, die vom Windkanal entkoppelt ist, montiert. Damit wurden alle auftretenden Luftkräfte präzise gemessen.

Als Experte für innovative Kunst- und Klebstoffe entwickelte 3M dazu einen besonders witterungsbeständigen Kunststoff als Material für die Generatoren sowie einen enorm haltbaren Spezialklebstoff, um die Wirbelgeneratoren dauerhaft auf dem Rotorblatt zu befestigen. Durch die richtige Platzierung auf dem Rotorblatt werden mögliche Turbulenzen verhindert und somit der Energie-Ertrag erhöht. Die Steigerung der Energieleistung soll je nach Anlage zwischen zwei bis fünf Prozent liegen.

Ein Beitrag von:

  • Gudrun von Schoenebeck

    Gudrun von Schoenebeck

    Gudrun von Schoenebeck ist seit 2001 journalistisch unterwegs in Print- und Online-Medien. Neben Architektur, Kunst und Design hat sie sich vor allem das spannende Gebiet der Raumfahrt erschlossen.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.