vertical wind turbines
low wind speed turbine

Die Effizienz von Windkraftanlagen

Durch Eindringen in die Windturbine verursacht die Luftströmung Druck auf den Turbinenflügel, der die Turbine in Bewegung setzt. Dadurch wird die kinetische Energie des Luftstroms in mechanische Energie umgewandelt. Eine Windturbine kann eine horizontale Rotationsachse (Propellerturbine) oder eine vertikale Rotationsachse, in diesem Fall spricht man von einem Savonius- oder Darrieus-Rotor (oder einer Hybride von beiden). Das wichtigste Leistungsmerkmal einer Windturbine ist der so genante Umwandlungskoeffizient, d.h. wie wirksam sich die Windenergie in mechanische Energie umwandeln lässt.

Nach dem klassischen Gesetz von Albert Betz kann ein theoretisch idealer Propeller die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie mit einem Umwandlungskoeffizient von 59,3% umwandeln. Eine ideale Propellerturbine, die theoretisch mit unendlich vielen schmalen Turbinenschaufeln ausgestattet ist, rotiert bei einer unendlich hohen Drehzahl. Die Scheibe sollte sich exakt in einer senkrechten Lage Richtung Wind befinden.

Echte Propellerturbinen haben aber eine begrenzte Zahl von Turbinenschaufeln und eine endliche Rotationsgeschwindigkeit. Im zentralen Teil des Propellers (das Zentrum der Scheibe) kann die Umwandlung von kinetischer Energie nicht stattfinden, denn es gibt keinen Platz für die Schaufeln: In diesem Bereich befinden sich die Propellernabe und die Generatorgondel. Bei echten Propellerturbinen strömt die Luft durch die Flügelspitzen und deswegen können sie sich an der Umwandlung von Windenergie nicht beteiligen. Darüber hinaus kann eine Propellerscheibe bei realen Windverhältnissen nicht exakt senkrecht gegen die Luftströmung positioniert werden.

Wenn sich die Propellerscheibe aus Zeitgründen nicht senkrecht gegen die Luftströmung positionieren kann, wenn Turbulenzen in der Luftströmung auftreten, wenn sich die Dichte und die Temperatur innerhalb des Luftstroms ständig ändern, können selbst die besten Propeller unter realen Bedingungen nicht mehr als 35% der kinetischen Windenergie konvertieren. Die Propellerturbinen haben sowohl die aerodynamische als auch die technologische Leistungsgrenze bereits erreicht: Eine Steigerung der Produktivität ist nicht mehr möglich.

Warum ist die Effizienz von Windturbinen wichtig?

Turbinen vergleichbarer Größe beanspruchen ähnlich große Landflächen, brauchen ungefähr den gleichen Arbeitsaufwand und benötigen ähnliche Materialien und Infrastruktur. All diese Punkte zeigen deutlich, dass die Unterschiede zwischen den Turbinen derselben Größe nicht im Kostenfaktor, sondern in der Produktivität zu suchen ist. Da ein Stück Land nur von einer Turbine besetzt werden kann, ist es langfristig rentabler, eine Turbine in Betrieb zu halten, die die meiste Energie aus Windkraft gewinnen kann.

Windturbinen mit vertikaler Rotationsachse funktionieren nach dem Darrieus-Prinzip und haben – dem Betzschen Gesetz zufolge – keine Begrenzungen wie die Propellerturbinen. Der Grund dafür ist, dass Propellerturbinen die Aerodynamik der Rotation nutzbar machen, während die Windturbinen mit vertikaler Achse die Aerodynamik der linearen Bewegung nutzen.

Dr. Ken Brown (Melbourne University, Department Maschinenbau und Fertigungstechnik) war der Erste, der eine Leistung der Darrieus-Turbine von mehr 60% erreichte (die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift UniNews im Juni 1993 veröffentlicht). Dr. Gorelov D.N. berichtete in seinem 2005 erschienenen Artikel „Experimentelle Studien über den Darrieus-Rotor“, dass seine vertikale Windturbine während des Windkanaltests eine Energieleistung von über 60% erreichte (Quelle: Zeitschrift „Thermophysics and Aeromechanics“ Bd. 12, Heft 2., Herausgeber. Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences – Sibirische Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften).

Unsere ANew-S1 Windkraftanlage ist das Ergebnis umfangreicher Forschung und Tests von maßstabsgetreuen Prototypen im Windkanal und Prototypen in Originalgröße bei realen Windverhältnissen. Wir sind überzeugt, dass die ANew-S1 die weltweit leistungsfähigste Windturbine heute ist, mit einer Gewinnkapazität von bis zu 70% der kinetischen Energie des Windes (nach mechanischen und elektrischen Leistungsverlusten).

Die ANew-S1 ist jetzt käuflich zu erwerben, Bitte besuchen Sie folgende Seite: Verkauf von Windturbinen