Vertikalturbinen sind für Windparks sinnvoller

(17.7.2011) Windparks können bei gleicher Standfläche zehnmal mehr Energie liefern, wenn sie kompakte Vertikalturbinen anstelle der derzeit gängigen, großen Horizontal-Windräder nutzen. Diesen Schluss haben Forscher des California Institute of Technology (Caltech) aus einem Feldtest gezogen. "Was bislang übersehen wird ist, dass Windparks in ihrer Gesamtheit noch recht ineffizient sind", betont John Dabiri, Professor für Maschinenbau und angewandte Naturwissenschaft. Er geht davon aus, dass Parks mit Vertikalturbinen mehr vom einfallenden Wind wirklich ausnutzen können.

"Es ist eine bislang offene Frage, wie man einzelne Anlagen komplett als Park betreiben muss, um die Effizienz zu optimieren", bestätigt Stephan Barth, Geschäftsführer des Zentrums für Windenergieforschung ForWind in einem Pressetext-Interview. Allerdings gibt er sich skeptisch, ob der Caltech-Ansatz für praktische Anwendungen wirklich optimal wäre.

Einsiedlerische Giganten

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Große Windräder mit horizontal liegender Achse sind gängige Praxis, da sie eine hohe Energieausbeute versprechen. "Jeder Meter Höhe bringt etwa ein Prozent mehr Ertrag", sagt Barth. Allerdings kommt es zu aerodynamische Interferenzen und somit Effizienzverlusten, wenn die Turbinen zu eng beieinander stehen. Um das komplett zu vermeiden, müsste der Abstand zwischen zwei Windrädern laut Caltech-Team etwa das 20-Fache ihres Durchmessers betragen - bei den größten derzeit genutzten Turbinen also mehr als 1,5 Kilometer. "Viel der Windenergie, die in einen Windpark strömt, wird somit gar nicht ausgenutzt", kritisiert Dabiri.

Bei Vertikalturbinen, die parallel zum Erdboden rotieren, ist der aerodynamisch notwendige Zwischenabstand viel geringer. Ein Feldtest der Caltech-Forscher im Sommer 2010 hat ergeben, dass bei einer Turbinen-Anordnung ein Abstand entsprechend dem vierfachen Durchmesser ausreicht, um Interferenzen auszuschließen. Sechs zehn Meter hohe Vertikalturbinen mit 1,2 Metern Durchmesser haben demnach 21 bis 47 Watt pro Quadratmeter Windpark-Fläche geliefert. Bei einem vergleichbaren Park mit Horizontal-Windrädern betrage die Ausbeute nur zwei bis drei Watt pro Quadratmeter.

Praxisfrage

"Ich bin von dem Zugang nicht ganz überzeugt", meint jedoch ForWind-Geschäftsführer Barth. Ein Grund dafür ist, dass Wind tendenziell den Weg des geringsten Widerstands wählt. Eine Anlage, die der strömenden Luft einen zu großen Anteil ihrer Energie entzieht, wäre praktisch ein Hindernis, das der Wind dann womöglich einfach umströmt. "Man muss sich immer überlegen, ob man eine vergleichbare Zusatzausbeute nicht auf andere Art einfacher und günstiger bekommt", betont der Experte.

Beispielsweise können bei klassischen Windrädern etwas größere Rotorenblätter ohne großen Aufwand die Ausbeute merklich steigern. Ein etwaiger zusätzlicher Platzbedarf spielt beispielsweise bei Offshore-Anlagen oder in Wüstenregionen aber nur bedingt eine Rolle. "Wichtig wäre auch, die einzelnen Anlagen in Parks besser aufeinander abzustimmen", meint der Barth. Er verweist auf Versuche, nach denen eine leichte Drosselung der ersten Reihe eines Windparks zu einem überproportionalen Effizienzgewinn der restlichen Turbinen führt.