Optimierter Windfluss sorgt bei Windfarmen für Aufwind

Windfarmen könnten effizienter sein: Turbinen sind in der Regel so ausgerichtet, dass sie alleine möglichst viel Strom aus Wind ziehen. Allerdings bilden die Turbinen auch grosse Windschatten, was zur Folge hat, dass nicht alle gleich zum Zug kommen. Mit einem optimierten Windfluss liesse sich die Situation verbessern.

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Zu viele Windturbinen auf einem Feld können sich gegenseitig in der Leistung beeinträchtigen.

Erzeugen Windräder Strom, entziehen sie dem Wind Energie. Damit wird er schwächer. In grossen Anlagen, wo hunderte Turbinen auf engem Raum stehen, kann dies dazu führen, dass manche Windräder aufgrund der anderen Turbinen nur noch relativ schwachen Wind abbekommen und ihr Potenzial gar nicht voll ausschöpfen können. „Es geht nicht darum, mehr Turbinen aufzustellen, da sich irgendwann abnehmende Erträge einstellen“, erklärt Maschinentechniker Paolo Luzzatto-Fegiz von der Universität von Santa Barbara in Kalifornien. Der pro Turbine erzeugte Strom werde dann weniger.

Luzzatto-Fegiz hat zusammen mit einem Kollegen von der von der Universität Cambridge Modelle entwickelt, die nahe legen, dass das Problem abnehmender Erträge umgangen werden kann: Der Schlüssel dazu sei, sicherzustellen, dass alle Windräder auch wirklich schnellen Wind abbekommen, so die Forscher. Ihre Modelle sollen dazu verschiedene Ansätze liefern.

Vertikal statt horizontal rotierende Turbinen

Sehr viel zu gewinnen liesse sich demnach, wenn es gelingt, den Windfluss im Windschatten von Turbinen mit dem wesentlich schnelleren Wind über den Turbinen zu mischen. Gelänge es, ein Gadget zu entwickeln, dass eine schnelle Durchmischung sicherstellt, würde dies laut Luzzatto-Fegiz gewaltige Verbesserungen bei der Ausbeute ermöglichen. Eine wirklich konkrete Idee, wie solch ein Gadget aussehen könnte, liefert das Modell aber zunächst nicht.

Praxisnäher dürfte daher der Vorschlag sein, für grosse Anlagen stärker auf vertikal rotierende Turbinen zu setzen. „Die sind für sich genommen normalerweise nicht so leistungsfähig, aber sie können im Prinzip eine viel stärkere Durchmischung im Windschatten bedingen“, erklärt Luzzatto-Fegiz. Er betont, dass Kollegen bereits gezeigt hätten, dass gegenläufig rotierende Vertikalturbinen in dieser Hinsicht besonders vielversprechend sind.

Die Forscher sind jedenfalls überzeugt, dass ihr Modell helfen könnte, Windfarmen zu optimieren. Wenn an einem Standort weniger Turbinen für beste Effizienz ausreichen, würde das eine Anlage auch günstiger machen. Zudem könnten die Modelle Lösungen ermöglichen, die örtliche Gegebenheiten wie Terrain oder Wettermuster besser berücksichtigen. (mai/mgt)