Durchbruch bei Windturbinen mit 2 Rotorblättern erreicht

Windturbinen großer Windkraftanlagen haben meist dasselbe Design: An der Spitze eines hohen Turms befindet sich Generator, von dem aus 3 Rotorblätter ausgehen. Doch wieso haben Windkraftanlagen eigentlich 3 Rotorblätter?

Physikalisch gesehen könnten Windräder mit mehr Rotorblättern auch mehr Energie erzeugen. Je mehr Rotorblätter allerdings an einem Windrad befestigt sind, desto geringer ist die Rentabilität jedes einzelnen Blatts. Grund sind Luftverwirbelungen, die die nachfolgenden Rotorblätter negativ beeinflussen.

Erhöht man etwa von einem auf 2 Rotorblättern, erhält man eine Steigerung der Energieausbeute von 6 Prozent. Bei der Erhöhung von 2 auf 3 Blättern beträgt die Steigerung nur noch 3 Prozent, bei 3 auf 4 ist sie noch geringer. Zusätzlich ist die Errichtung von Windkraftanlagen auch immer eine Kostenfrage. Je mehr Rotorblätter gebaut werden müssen, desto teurer wird die gesamte Anlage - sie bestehen nämlich aus Hightech-Materialien und sind bis zu 80 Tonnen schwer.

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Durchbruch bei Anlage mit 2 Rotorblättern

Wieso sieht man dann so wenige Windkraftanlagen mit 2 Rotorblättern? Auch hier muss man Abstriche hinnehmen. Damit sie nämlich gleich viel Strom erzeugen wie die 3-blättrigen Anlagen, müssen sie sich schneller drehen. Dadurch sind sie nicht nur lauter, sondern es herrschen auch höhere Kräfte auf die Blätter und die gesamte Anlage, wodurch sie Schaden nehmen kann.

Das chinesische Unternehmen Envision Energy hat nun allerdings gezeigt, dass 2-blättrige Windkraftanlagen mit "konventionellen" Anlagen mithalten können. Ihre neueste Onshore-Turbine hat mehr als 500 Tage stabilen Betrieb erreicht, die Verfügbarkeitsrate lag bei 99,3 Prozent. Die mittlere Zeit zwischen 2 Abschaltungen (MTBT - mean time between trips) lag bei 2.444 Stunden, also knapp 102 Tagen. Dabei handelt es sich um Abschaltungen, die bei Netzstörungen oder wetterbedingt durchgeführt werden müssen. 

Laut Envision Energy lief die Anlage an 3.048 Stunden (127 Tage) pro Jahr unter Vollast und erreichte Leistungen, die "den herkömmlichen Dreiblatt-Turbinen, die am gleichen Standort betrieben werden, gleichwertig sind". Betrieben wurde die Turbine am Teststandort in der inneren Mongolei.

Technische Herausforderungen

"Durch die Überwindung zentraler technischer Herausforderungen wie übermäßiger Systemvibrationen und Lastungleichgewicht - Hindernisse, die lange Zeit das Design von Zweiblattanlagen behindert haben - hat Envision wieder einmal die Innovation in der Windenergie neu definiert", sagt Lou Yimin, Senior Vice President und Chief Product Officer bei Envision Energy in der Aussendung.

Auf welche Leistung die 2-blättrige Anlage ausgerichtet ist, ist nicht bekannt. Envision schreibt lediglich, dass sie auf ihrer "Model X" Onshore-Plattform basiert. Wie viel Leistung diese Plattform liefern kann, ist nicht bekannt, die Onshore-Hochleistungsanlage "Model T Pro" liefert allerdings bis zu 8,35 Megawatt.

Erste Anlage bereits 2013

Envision experimentiert bereits seit mehr als einem Jahrzehnt mit Zweiblatt-Turbinen. 2013 stellte das Unternehmen vor Dänemark eine entsprechende Offshore-Anlage (3,6 Megawatt) auf. Seitdem habe das Unternehmen erhebliches Know-how gesammelt und damit den Grundstein für seine 2. Generation von Zweiblatt-Turbinen gelegt. 

Weniger Blätter, weniger Kosten

Die Rotorblätter von Windkraftanlagen zu verringern, wird auch in den Niederlanden versucht. Mit nur einem gigantischen Rotorblatt soll die Anlage Touchwind Mono nur ein Drittel so viel kosten wie vergleichbare schwimmende Anlagen. 

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Dabei befindet sich die Drehachse in der Mitte des Rotorblatts, damit die Kräfte symmetrisch auf die Anlage wirken. So gesehen ähnelt die Anlage also doch eher einer zweiblättrigen Turbine.

Wahre einblättrige Rotoren findet man in der Regel nur bei sehr kleinen Windkraftanlagen, die keinen hohen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt sind. Sie verfügen meist über ein Gegengewicht am anderen Ende des Rotors, um die Disbalance auszugleichen. 

Ähnlich verhält es sich auch mit einblättrigen Propellern von Flugzeugen. Trotz Gegengewicht fliegen die Flieger allerdings nicht sehr stabil.