Horst Bendix heißt der 92-jährige Konstrukteur aus Leipzig, der nun ein neuartiges Windrad vorgestellt hat. Die Erfindung macht einiges anders als herkömmliche Modelle und soll drei Mal so viel Energie liefern. Ein Grund dafür liegt in der Höhe: Bendix will das Problem besonders hoher Windkraftwerke gelöst haben.
Seine sogenannte Höhenwindanlage nutzt die guten Voraussetzungen in über 200 Metern Höhe: Der Wind ist dort konstanter und stärker. „Der Nutzen ist ein höherer Energieertrag,“ erklärte der ehemalige Forschungschef beim Schwermaschinenbauer Kirow dem MDR.
Mit einem Trick umgeht er die Biegekräfte, die solch hohe Türme eigentlich verhindern. Außerdem setzt der Maschinenbauingenieur auf Generatoren im Fuß der Anlage und löst damit eine Reihe von Problemen.
Dreibein-Windrad widersteht massiven Biegekräften
Bendix erklärt das Problem für herkömmliche Windkraftanlagen in solchen Höhen. „An der Windenergieanlage wirkt der Wind auf den Rotor mit einer erheblichen Kraft, mit vielen Tonnen.“ Der Turm biege sich durch und benötige daher ein großes Widerstandsmoment über dem Boden.
Je höher der Turm ausfällt, umso höher fallen diese Kräfte aus. Deswegen setzt Bendix auf eine Dreibein-Konstruktion. Zwei Stützsäulen geben dem Windrad zusätzliche Stabilität. Er wendet jedoch noch einen Trick an, um die Kräfte besser zu verteilen.
Windkraftwerk 2.0: Generatoren im Fuß senken Turmkopfgewicht
Normalerweise sitzen bei einem Windrad an der Spitze eine mächtige, drehbare Gondel mit einem großen Generator und der Rotornabe, von der die Rotorblätter abgehen. Dadurch, dass Bendix die Generatoren in den Fuß verlegt hat, besitzt der Turmkopf sehr viel weniger Gewicht – und das drückt bei der Biegung nicht auf die Gesamtkonstruktion.
Zusätzlich dreht sich der gesamte Turm automatisch mit der Windrichtung und fängt auch dadurch mehr Wind ein.
Keine Drosselung des Windrades nötig
Bendixs Konzept sieht vor, gleich mehrere Generatoren in den Fuß der Anlage zu stecken und per Riemen oder Ketten mit dem Rotor zu verbinden. Das hat neben der Gewichtsverteilung einen weiteren Vorteil: Die Generatoren müssen nicht wie bei der herkömmlichen Konstruktionsweise gedrosselt werden.
Je niedriger die Drehungszahl ist, umso größer muss eigentlich der Generator ausfallen, doch der Platz am Turmkopf ist begrenzt. Große Windkraftanlagen besitzen daher ein Getriebe im Inneren, das die geringe Drehzahl für den „kleinen“ Generator umsetzt.
Daraus ergibt sich ein Geschwindigkeitslimit für den Rotor. Große Türme regeln bei etwa 30 Metern pro Sekunde ab. Das heißt, wenn am meisten Windenergie verfügbar ist, kann sie nicht genutzt werden. Diese Limitierung hätte das Dreibein-Windrad – abhängig von der Kraftübertragung im Inneren – theoretisch nicht.
Dreibein-Windrad: Patent aber kein Prototyp
Horst Bendix hat das Konzept in seinem Ruhestand entwickelt und mittels eines Modells in seinem Garten ausprobiert. Zudem hat er das Prinzip patentiert. Allerdings steht die Praktikabilitätsprüfung in der Praxis aus, denn es gibt keinen Prototyp. Zurzeit sucht die Beventum GmbH, die sich 2020 wegen Bendix‘ Innovation gegründet hat, Partner, um einen 350 Meter hohen Prototyp zu bauen. Dazu hat sie eine 18-Millionen-Euro-Förderung erhalten.
Es müssen noch mehrere Fragen geklärt werden, etwa ob die Anlage wirtschaftlich arbeitet, da sie ja einen höheren Materialaufwand durch die Stützen und das Mehr an Generatoren erzeugt. Zudem hängt einiges an der Energieübertragung vom Turmkopf zu den Generatoren im Fuß. Wie viel Energie geht dabei verloren? Wie konstruiert man sie, ohne viel Verschleiß und Wartungsaufwand nach sich zu ziehen?
Höhenwindanlagen im Trend
Ebenfalls auf die Stromerzeugung über Windkraft in hohen Lagen hat sich das ostdeutsche Unternehmen Enerkite spezialisiert. Es verkündete kürzlich, den Konzeptbeweis für deine Drachenkraftwerke erbracht zu haben.
Während es bereits Geld für die Serienproduktion einsammelt, sucht Bendix noch nach Partnern für den Prototyp. Beobachter sagen, dass einige Windkraftunternehmen Interesse angemeldet haben.
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Bei Windstille oder Vereisung trotzdem keinen Strom.
There’s always something, sagt der Amerikaner.
Naja, in hohen Lagen weht er schon mal häufiger als in niedrigen.
Dauerwind gibts aber erst in mehreren 1000 Metern Höhe.
Und immerhin: Es werden weder klimaschädliche Gase wie Methan und Kohlendioxid in Massen in die Luft gepustet, die uns schneller in eine Klimakatastrophe führen, noch hat man einen sehr teuren Strom, der hochgiftigen Müll für Generationen hinterlässt.
Die ersten Windgeneratoren waren typische Ergebnisse radikal technisch denkender Ingenieure, die sich von den Effizienzextremisten beeinflussen haben lassen. Das mit den Generatoren im Fuß wurde schon entsprechend mit s. g. Vertikalrotoren gelöst, aber dann von den Herstellern weitgehend verworfen. Statt dessen wurden riesige Rotoren entwickelt und aufgebaut, die dann entsprechende Probleme produzierten: schwierige konstruktive Bedingungen, schwierige, platzraubende Aufbauten und Betriebsbedingungen und final das Gleiche nochmal mit dem Abbau und dem Recycling. Von den Akzeptanzproblemen in der Bevölkerung mal ganz schweigen.
Es zeichnet sich sehr deutlich ab, dass die erste Generation der Windgeneratoren schlicht ein Fehlschuss war.
Um in der Fläche Windgeneratoren zu implementieren, müssen andere Gesichtspunkte außer der maximalen Effizenz mehr Gewichtung zukommen. Dazu gehört eine bessere konstruktive Auslegung in Bezug geringsten Eingriff in die Natur genau so der möglichst unkomplizierte Betrieb und Wartung, sowie die möglichst rückstandsfreie Entsorgung alter Anlagen. Aber auch die optische Umweltverschmutzung, die die erste Generation verursacht hat, muss durch andere, akzeptable Designkonzepte besser gelöst werden.
Es ist wirklich erstaunlich, dass Windmühlen über Jahrhunderte mit hoher Akzeptanz gebaut wurden und sogar noch heute in Betrieb sind und die „modernen“ Windmühlen es noch nicht mal im Ansatz schaffen, von den Menschen als hohes technisches Gut geschätzt werden. Da muss etwas grundsätzlich daneben gegangen sein und das gilt es schnellstens zu korrigieren.