Zukunftstechnologie für die Windnutzung
Die gewöhnliche Windenergieanlage (WEA) hat ein auf dem Mast befestigtes Maschinenhaus mit einem dreiflügeligen Rotor. Sie ist ein Luvläufer und arbeitet nach dem Auftriebsprinzip. Dieser Aufbau wird auch dänisches Prinzip genannt.
Dieses Prinzip erfordert eine große Nabenhöhe, ein stabiles Fundament, jederzeitigen Zugang für Wartung und Reparaturen, eine möglichst wirbelfreie, laminare Anströmung und wegen des sehr hohen Schallleistungspegels einen großen Abstand zur Wohnbebauung.
Damit verbleiben nur Flächen zum Aufbau von WEA, die bisher ausschließlich land- bzw. forstwirtschaftlich genutzt wurden oder die Schutzgebiete aller Art sind. Auf dem Meer sind mögliche Standorte auch sehr begrenzt, da gegenwärtig nur Flachwassergebiete wegen der Notwendigkeit einer Fundamentgründung in Frage kommen.
In den letzten 20 Jahren hat sich die Windenergietechnik relativ schnell entwickelt. Damit verbunden war die Entwicklung von Vorschriftenwerken und neuen technischen Lösungen. Beides war und ist jedoch ausschließlich für die Propellertechnik geschehen, deren Unzu¬länglichkeiten sich auch in den Vorschriften zur Errichtung und Betreibung von Wind¬energieanlagen wiederfinden.
Die von uns entwickelten Anlagen sind Insellösungen, gewerblich als auch privat Nutzbar und ermöglichen durch Eigenproduktion durchschnittlich 80% Energiekosteneinsparung. Aufgrund folgender Eigenschaften können unsere Anlagen auch in bewohnten Gebieten problemlos vertrieben und eingesetzt werden:
Beispiel Schall
Die Geräuschbelastung ist sehr entscheidend für die Erteilung der Baugenehmigung. Eine Propelleranlage muss mit einer sehr hohen Flügelspitzengeschwindigkeit von mindestens λ 7 laufen. In der Regel sind dass 220- 240 km/h, die einen Schallpegel von > 100 dB ummittelbar an der Anlage verursachen. Der Abstand zur Wohnbebauung beträgt daher mindestens 500 m. Die meisten Bundesländer geben schon 750- 1000 Meter vor. Die akustisch beanspruchte Fläche, also Bereiche über 45 dB, beträgt für Anlagen der 1-2 MW-Klasse > 30 ha. Physikalisch lässt sich der Schall am Propeller nicht vermeiden und nur unbedeutend mindern. Jede Verminderung ist an Leistungsverluste gekoppelt.
An einer Windenergieanlage mit senkrecht stehenden und gesteuerten Flügeln beträgt die Schnelligkeit höchstens λ < 2. Damit entsteht direkt an der Anlage ein Geräusch von unter 75 dB. Bereits 30 Meter neben der Anlage ist jedes Gespräch (60 dB) lauter. Die akustisch beanspruchte Fläche für die 1–2 MW-Klasse beträgt hier 1-2 ha.
Beispiel Schattenwurf
Zulässig ist Schattenwurf (sog. Schlagschatten) höchstens für 30 min/Tag bzw.
30 h/Jahr. Bei einer Gesamthöhe von 140 m – 160 m bei Propelleranlagen kann der Schatten bis deutlich über 500 m weit reichen.
Beim Senkrechtachser mit nur 60 m Gesamthöhe wird der Schattenwurf die 500 m -Marke nicht erreichen. Das wäre nur möglich, wenn das Geländeprofil entsprechend ist.
Beispiel Sichtimmission
Dieses Kriterium gewinnt immer mehr an Bedeutung. Der so genannte optische Land¬schaftsv¬erbrauch lässt immer mehr Menschen zu Kritikern der Windenergienutzung werden. Eine Anlage von über 130 m Gesamthöhe ist viele Kilometer weit sichtbar. Eigenversuche haben bis über 30 Kilometer ergeben.
Der Senkrechtachser ist schon durch seine geringe Gesamthöhe deutlich weniger in der Landschaft präsent. Berechnungen ergeben ein Verhältnis von ca. 20/1 an optischem Landschaftsverbrauch, gemessen Propelleranlage zu Senkrechtachser.
Beispiel Eisabwurf
Beim Propellerrotor wird Eis in einer ballistischen Flugbahn mit einer Beschleunigung von bis zu 80 m/s² abgeworfen. Beim Senkrechtachser erreicht die Beschleunigung Werte von unter 20 m/s² und ist damit weitestgehend ungefährlich.
Weitere Inhalte der Umweltverträglichkeitsprüfung
(Avifauna: Brutvögel / Zug- und Rastvögel / Fledermäuse / Wild)
Hier ist eindeutig der Senkrechtachser im Vorteil. Die geringere Flügelgeschwindigkeit und der erheblich geringere Druckausgleich verursachen nicht nur weniger Lärm und andere Immissionen, sondern sind auch ungefährlicher für Insekten und andere „Langsamflieger“. Selbst eine Landung auf dem Rotorarm ist für einen Vogel möglich, ohne dass er Schaden nimmt.
Technische Unterscheidungsmerkmale
Propelleranlagen müssen Mindestabstände zueinander einhalten, denn der Nachlaufwirbel kann nicht nur die Leistung der nachfolgenden Anlagen mindern, sondern auch erhebliche Schäden anrichten. Der Nachlaufwirbel dreht sich umgekehrt zum Drehsinn des Rotors. Bei zu geringem Abstand muss daher ein Turbulenzgutachten erstellt werden, denn im Extremfalle können die Flügel der Anlage brechen oder auch Türme einknicken. Die Wirbel und der Windschub können sich auch in eine Elongation mit zerstörerischer Frequenz aufschaukeln. Weiterhin sind stabile Türme notwendig, die mit zunehmenden Rotordurchmessern immer stärkere Wandungen und natürlich auch Durchmesser haben müssen. Die Grenzen für den Straßen¬transport sind jedoch längst erreicht.
Der Senkrechtachser hinterlässt keine Wirbelschleppe mit diesem Drehsinn. Die bisher ermittelten Mindestabstände betragen nur 1,5m des Rotordurchmessers. Bei Unter¬schreitung lässt nur die Leistung nach, aber die Anlage kommt nicht in einen kritischen Zustand. Das liegt daran, dass die entstehenden Wirbel eine senkrechte Achse haben und über der Anlage vom Wind abgetragen werden. Das gehört übrigens zur Funktion des Arbeitsprinzips.
Hinzu kommt, dass ohnehin die Kreiselkräfte einzig für die stabile Achslage verantwortlich sind. Die Anlage kann selbst bei Orkan nicht umfallen, was den Aufwand für den Mast deutlich reduziert. Wird die Anlage schwimmend ausgeführt oder flexibel gelagert, ist selbst der Entstehung von Schwingungen ein wirksamer Riegel vorgeschoben (Kraft gleich Gegenkraft).
Beispiel Brände
Neben dem Maschinenhaus können auch die Flügel brennen. Dann entsteht ein Totalverlust. Die Feuerwehr kann beim Brand nur zusehen und weiträumig absperren. Die Umwelt¬belastung ist beim Brand sehr hoch.
Beim Senkrechtachser sitzt der Generator/Getriebe weit weg von den brennbaren Teilen, die fast nur die Flügel sein können. Damit ist ein echter Brand sehr unwahrscheinlich.
Technische Wertung
Der Propeller hatte bisher die Pionierfunktion, was dem scheinbar simplen Aufbau zuzu¬schreiben ist. Physikalisch gibt es keine Begründung für seine jetzige Monopolstellung. Neben dem Propeller ist es jedoch technisch möglich, die dem Tragflächenprinzip zugrunde liegende Physik (Δ p) auch auf andere Weise umzusetzen.
Rein physikalisch betrachtet lässt sich das Tragflächenprinzip auch mit dem „Paradoxon von Du Buat“ erklären. Dieses Paradoxon ist die Grundlage von ,,Widerstand“ und ,,Auftrieb“ und aller Nebenerscheinungen wie ,,Strömungsabriss“ oder ,,Anfahrwirbel“. Es erklärt auch den Unterschied von Kanalversuchen und Realität. Und es ermöglicht eine realitätsnahe Erklärung der Funktion eines Segels.
Der gesteuerte Senkrechtachser funktioniert genau wie ein Segel, ein Schratsegel. Das Schratsegel unterscheidet sich prinzipiell vom zweiten sonst sehr bekannten Segel, dem Rahsegel. Durchläuft also der Flügel den Halbkreis mit dem Wind, kostet das Leistung oder bringt kaum Leistung. Der Halbkreis gegen den Wind entspricht einem Segelkurs zwischen quer ab und hoch am Wind, bringt also Leistung. Mit einem Segelboot oder Surfbrett lasst sich das gut nachvollziehen, auch der geringe Geräuschpegel und der Zusammenhang von Segelfläche zur Leistung. Insbesondere beim Surfbrett versteht man auch, warum der ideale Flügel bei diesem Typ von Segel die Platte ist.
Die bisherige Unterscheidung, Auftriebsläufer und Widerstandsläufer, ist also physikalisch unkorrekt. Unbestritten ist aber, dass Flügelgeschwindigkeit durch Flügelfläche ersetzt werden kann. Das ist leiser, immissionsärmer, ertragreicher und erhöht die Akzeptanz bei den Menschen in den betroffenen Gebieten.
Energiewende bedeutet also auch einen Wandel weg von der energietechnischen Monokultur. Mit den Propelleranlagen wird sie nicht zu schaffen sein, insbesondere auf dem Meer und in den offenen Landschaften des Nordens, oder gar in den urbanen Gebieten, die ja Haupt¬¬abnehmer des Stromes sind.
Was auf dem Meer bestehen will, muss schwimmen können und die Ebenen nördlich der Mittelgebirge können nicht noch mehr optische Verbauungen vertragen.
Unsere Vorteile sind weiterhin:
- Wir verfügen über Erfahrungen im oberen Management eines der größten deutschen Industriekonzerne
- Wir verfügen über Erfahrungen bei der Sanierung von mittleren Unternehmen
- Wir verfügen über naturwissenschaftliche Ausbildung und Promotion
- Wir verfügen über Spezialkenntnisse auf dem Gebiet der Naturwissenschaften
- Wir verfügen über die Ergebnisse mit mehr als 50 Versuchsanlagen aus 28 Jahren
- Test und Entwicklung. Darunter die besonders wertvollen Erkenntnisse mit Versuchen bei Extremereignissen (Sturm, Orkan, etc.),
- Wir verfügen über die Ergebnisse zur Entwicklung der Antriebsturbinen für Luftschiffe aus dem Skytrain- Projekt. Diese Turbinen haben viel Gemeinsamkeiten mit dem Entwicklungsziel, der Windturbine.
- Wir verfügen über die Ergebnisse mit der Testanlage für das Projekt “Windschiff“ der Hydrogen Challenger GmbH, der Hochschule Bremerhaven und dem Land Bremen. Diese einzigartige Anlage ist bis heute absolut unbekannt geblieben da dieses Projekt abgebrochen wurde. Es war die einzige größere Anlage, die je auf einem Schiff schadlos funktioniert hat.
- Wir verfügen über die Ergebnisse und die Erfahrung mit der vermutlich weltweit ersten und einzigen funktionsfähigen Unterdachwindenergieanlage, einer technischen Lösung, die ihrer Zeit um mindestens vier Jahrzehnte voraus war. Sie versorgte ganzjährig ein Wohnhaus von 1987-1989 mit Wärme für Heizung und Wasser.
- Wir verfügen über die Versuchsergebnisse mit den ersten schwimmenden Anlagen
- Wir verfügen über die Versuchsergebnisse einer Anlage, die noch bei über 35 m/s Wind funktioniert hat.