Vertikale Windräder: KI macht ihre Schwäche zu einer Stärke

Vertikalrotoren sind eine Art von Windrädern. Wellenförmig drehen sie sich um die vertikale Achse, anstatt der sonst üblichen horizontalen Achse. Es gibt sie in verschiedenen Formen: Manche erinnern an Schneebesen, andere haben wiederum eine Helixform. 

Wie die Form der Rotoren genau gestaltet wird, ist ausschlaggebend für die Menge an Strom, die es dann erzeugt. Schweizer Forscher*innen haben einen KI-Algorithmus eingesetzt, um die Leistung solcher Windräder zu verdoppeln.

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Nicht robust genug

Das größte Problem von Vertikalrotoren ist ein Phänomen namens dynamischer Strömungsabriss. Dabei erzeugen starke Böen Wirbel, die wiederum die Rotorblätter zu stark belasten und zum Brechen bringen. Viel Wind macht also nicht viel Strom, sondern viel kaputt. Deshalb müssen aktuelle Vertikalrotoren schon bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten abgeschaltet werden als dies bei normalen Windrändern der Fall ist.

Demgegebüber stehen Vorteile, die beachtenswert sind. Weil sie sich langsamer drehen, verursachen sie weniger Lärm als horizontale Windräder. Sie haben eine höhere Energiedichte, weil sie weniger Platz benötigen als klassische Windräder. Wegen ihrer Drehachse gelten sie außerdem als weniger gefährlich für Vögel.

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Probleme mit KI und Sensoren auf den Grund gegangen

Schweizer Forscher*innen glauben trotz der Probleme, dass vertikale Windräder eine große Zukunft haben. Mithilfe von Sensoren und KI wollen sie die Probleme aus der Welt schaffen und die Leistungsfähigkeit der Vertikalrotoren verbessern.

Das ist ihnen offenbar gelungen. In einer veröffentlichten Studie berichten sie über erstaunliche Erfolge. Mithilfe von KI ermittelten sie die optimalen Einstellungen für die Rotorblätter. Sie entwickelten 2 Profile und konnten damit die Effizienz um 200 Prozent steigern. Außerdem ist es ihnen auf diese Weise auch gelungen, die Vibrationen, die schlecht für die Konstruktionen sind, um 77 Prozent zu reduzieren. Die Profile steigern also nicht nur die Stromerzeugung, sondern erhöhen auch die Widerstandsfähigkeit.

Zur Entwicklung der Profile wurde mit Sensoren die Kraft der Luft gemessen, die auf einen Rotor ausgeübt wird. Sie machten weitere Messungen mit verschiedenen Rotorwinkeln und Windgeschwindigkeiten. Anhand dieser Profile simulierte ein KI-Algorithmus über 3.500 weitere Profile. Die KI wählte immer die besten Profile für Energiegewinnung und Robustheit aus und kombinierte diese dann.

So konnten die Forschenden schließlich die 2 besten Profile ermitteln. Dabei stellten sie fest, dass die Schwäche zur Stärke wurde. Wird der dynamische Strömungsabriss absichtlich in reduzierter Intensität herbeigeführt, treibt er die Rotorblätter an, anstatt sie zu zerfetzen. Der richtige Winkel der Rotorblätter würde die Wirbel nicht nur kleiner machen, sondern sie auch im genau richtigen Moment wegstoßen. Der so entstehende Abwind hilft in der Energieproduktion.

Vertikalrotoren, deren Rotorblätter im Winkel anpassbar sind, könnten mit diesen Profilen also bessere Leistungen erzielen. Allerdings muss das erst noch in einem Feldtest bewiesen werden.