Rotoren von Windrädern passen Form blitzschnell dem Wind an
Den Windradflügel der Zukunft entwickeln derzeit Fluzeugingenieure des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR): Er verstellt seine Kanten blitzschnell und passt sie den jeweiligen Strömungsverhältnissen an. Das soll in Zukunft noch größere und leistungsstärkere Anlagen möglich machen.
Rotoren großer Windräder sind bis zu 90 Meter lang und reagieren entsprechend empfindlich auf sich schnell wechselnde Luftströmungen. Die Idee der Ingenieure: Die Kanten passen sich blitzschnell dem Wind an.
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Ruppigen Wind mögen die Flügel von Windenergieanlagen überhaupt nicht. Vor allem die der jüngsten Generation, die fast 90 Meter lang sind und bei jeder Umdrehung eine Fläche überstreichen, die mehrere Fußballfelder groß ist, reagieren empfindlich auf wechselnde Strömungsrichtung und Windstärke. Das geht zu Lasten des Ertrags.
Der Forschungsverbund Windenergie will das ändern. Intelligente Flügel sollen sich in Windeseile an die aktuellen Windverhältnisse anpassen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bringt deshalb sein Know-how aus dem Flugzeugbau ein. Deren Flügel haben zwar weniger mit wechselnden Winden zu kämpfen. Trotzdem müssen sie sich an veränderte Situationen anpassen – bei der Landung etwa die Flügelklappen ausfahren, um bei geringer Geschwindigkeit noch genügend Auftrieb zu haben.
Flexible Kanten sorgen für erschütterungsfreie Rotation
Das DLR experimentiert im Flugzeugbau auch mit flexiblen Vorderkanten, um Turbulenzen zu verhindern, die den Luftwiderstand und damit den Treibstoffverbrauch erhöhen. Nach diesem Vorbild sollen auch die Windmühlenflügel der Zukunft gestaltet werden: Da sich vor allem bei böigen Winden ständig die Kräfte ändern, die auf den Rotor wirken, sollen diese ihre Vorder- und Hinterkanten bei jeder Umdrehung an unterschiedliche Strömungsverhältnisse anpassen können.
Von der Luftfahrt zur Windenergie: Ein in sich bewegliches Rotorblatt kann sich auf aktuelle Windgeschwindigkeiten einstellen.
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Den Anfang macht das DLR mit einem Flügel, dessen Hinterkante aktiv verstellbar ist. Je stärker der Wind weht, desto stärker verstellen sich auch die Elemente am Flügel, sodass der Anströmwinkel verändert wird, die einwirkende Kraft sich also verringert. Das trägt zu einer gleichmäßigen erschütterungsfreien Rotation bei und erhöht damit den Stromertrag. Das DLR präsentiert den innovativen Flügel bis zum 26. September auf der WindEnergy, einer Fachmesse in Hamburg.
Flügelspitzen erreichen Formel-1-Tempo
Ehe der intelligente Flügel eingesetzt werden kann, ist noch eine Menge an Entwicklungsarbeit zu leisten. So müssen die Stellmotoren sehr leicht sein, um das Flügelgewicht nicht übermäßig zu erhöhen, das die Hersteller mit allen Tricks und leichten Baumaterialien wie Balsaholz niedrig halten. Das verringert die Fliehkräfte, vor allem an den Flügelspitzen, die locker auf Formel-1-Geschwindigkeit kommen.
Rotoren großer Windräder sind bis zu 90 Meter lang. Bei einer Umdrehung überstreichen sie die Fläche mehrere Fußballfelder, die Spitzen erreichen dabei Formel-1-Tempo. Entsprechend anfällig sie die Giganten für Strömungen, die sich schnell ändern.
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Der Forschungsverbund Windenergie besteht seit 2013. Außer dem DLR sind die Universitäten Hannover, Bremen und Oldenburg sowie das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel beteiligt. Insgesamt arbeiten rund 600 Wissenschaftler an Technologie, die die Produktion von Windstrom wirtschaftlicher macht.