Stromerzeugung
20.12.2018

Windenergie: Kommt der Zweiblatt- oder der Multirotor?

Foto: Monika Rößiger
Peter Dalhoff leitet das Teilprojekt "X-Multirotor" als Professor an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Hamburg.

Immer größer, immer effizienter: Hersteller haben die Leistung konventioneller Windturbinen drastisch gesteigert. Für die nächste Entwicklungsstufe arbeiten Ingenieure an neuen Rotorkonzepten.

vorherige SeiteSeite 1Seite 2

Auch die Industrie will auf mögliche Technologiewechsel in der Windenergie vorbereitet sein: „Auch wenn die heutigen Techniken ausgereift und bestens erprobt sind, halten wir es für wichtig, im Rahmen der Grundlagenforschung über alternative Turbinenkonzepte nachzudenken“, sagt Paul Bockelmann, der bei Siemens Gamesa in der Abteilung für Innovationen und Zukunftstechnologie arbeitet. Deshalb fördert der Windkraftanlagenhersteller X-Rotor mit 310.000 Euro.

Anzeige

Während der Projektlaufzeit bis zum Herbst 2021 werden fortlaufend Erkenntnisse als Grundlage für die Entwicklung neuer Windturbinen gesammelt. Falls es tatsächlich zu einem Paradigmenwechsel in der Anlagenkonstruktion komme, sei es allerdings noch ein sehr langer Weg bis zu einem marktreifen Produkt, gibt Ingenieur Bockelmann zu bedenken. Deshalb arbeitet Siemens Gamesa weiterhin an leistungsstärkeren Turbinen mit drei Blättern. In den kommenden Monaten soll nach Angaben des Unternehmens die Entscheidung über eine neue Offshore-Windturbine und deren Spezifikationen fallen.

Anzeige

Der Windturbinenhersteller Vestas errichtete 2016 eine Multirotorenanlage zur Erprobung.
Das Foto zeigt die Anlage in einer frühen Phase des Aufbaus. Foto: Vestas
Absehbar ist für viele Ingenieure und Forscher aber, dass die gängige Technologie irgendwann an physikalische Grenzen stoßen wird. Bieten sich Multirotor-Konzepte als Alternative an? Auch diese Frage untersuchen Forscher der HAW Hamburg im Rahmen von X-Rotor, ebenfalls mit dem Ziel einer 20 Megawatt-Anlage. Nur soll diese Leistung mit vielen kleinen Rotoren statt einem großen erreicht werden. Das bietet eine Reihe von Vorteilen. Der wichtigste liegt in der besseren Ausnutzung einer physikalischen Grundlage, die „Square Cube Law“ genannt wird.

Was dieser Begriff für die Windenergie bedeutet, erklärt Ingenieur Sven Störtenbecker von der HAW: „Die Leistung einer Anlage und somit auch ihr Ertrag steigen mit der überstrichenen Rotorfläche, rechnerisch also im Quadrat. Die Masse der Bauteile und deren Volumen nimmt zugleich aber kubisch zu, also in der 3. Potenz.“

Unausweichlich: das Square Cube Law

Das heißt, wenn die Windräder immer größer werden, steigen auch die Kosten, und zwar überproportional – bis eine Anlage nicht mehr ökonomisch sinnvoll ist. Bislang sei dieser Moment durch technologische Entwicklungen wie Leichtbau und verbesserte Regelungstechnik hinausgezögert worden, sagt Peter Dalhoff, der das Teilprojekt X-Multirotor an der HAW als Professor leitet. „Der Physik beziehungsweise dem Square Cube Law können die Hersteller aber trotzdem nicht entkommen.“ Deshalb plädiert der Maschinenbau-Ingenieur dafür, mit dem Wissen von heute das System der Windenergie zu überdenken.

Wenn man die Leistung eines Rotors auf beispielsweise 100 Rotoren verteile, wögen sie zusammen nur noch ein Zehntel des Gewichts eines großen Rotors. Das könnte bereits bei der Produktion und beim Aufstellen der Windräder Materialverbrauch und Kosten verringern. Zudem sinke der Einsatz wertvoller Ressourcen wie des Metalls Neodym, das zu den Seltenen Erden zählt. Zwar ist in dieser Betrachtung das Material für die Tragstruktur noch nicht berücksichtigt; die Forscher gehen aber davon aus, dass das Gesamtgewicht von Tragstruktur und Multirotor kleiner ist als das des großen Einzelrotors.

Vestas erprobt Multirotor-Modell

Auch der dänische Windenergie-Pionier Vestas experimentiert mit dem Multirotor-Konzept. 2016 stellte der Hersteller nahe der Stadt Roskilde eine Erprobungsanlage auf. Im Laufe der Test soll sich zeigen, ob der Anlagentyp zur Marktreife entwickelt werden kann.

Bei der HAW ist man diesbezüglich optimistisch. Im Betrieb biete ein solches Modell Vorteile, erläutert Störtenbecker. Stehe eine konventionelle Offshore-Windkraftanlage wegen eines Fehlers still, falle deren gesamte Leistung weg, bis der Fehler behoben sei. Bei schlechtem Wetter kann es Tage dauern, bis ein Wartungsteam zu einer Anlage hinausfahren kann. Fallen dagegen eine oder mehrere Turbinen einer Multirotor-Anlage aus, produzieren die anderen immer noch weiter Strom.

Am Ende des Hamburger Projektes soll das Konzept einer Multirotor-Standardanlage stehen, deren Stromgestehungskosten mit denen einer konventionellen Windkraftanlage gleicher Leistung vergleichbar sind.

Lesen Sie auch:

Windenergie-Markt 2018 drastisch eingebrochen

DLR-Institut will Offshore-Windkraftanlagen vor Terroristen schützen

 

Monika Rößiger
vorherige SeiteSeite 1Seite 2
Keywords:
Windenergie | Offshore | Innovation
Ressorts:
Technology

Kommentare

Der "Growian" hatte nur einen Flügel.

Neuen Kommentar schreiben

 

Newsletter bestellen – Wunschausgabe erhalten

Jetzt den wöchentlichen
Newsletter bizz energy weekly abonnieren
und eine Ausgabe
Ihrer Wahl kostenlos erhalten.

Hier geht es zur Aktion!

 
 

bizz energy Research

Energie, Digitalisierung und Mobilität.
Unsere Factsheets bieten visualisierte Daten, liefern Fakten und stellen Zusammenhänge zu den Top-Themen der Energiewende dar.


Mehr Informationen