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Die nächste Hoffnung der Windkraft: Rotorblätter so lang wie zwei Fußballfelder
Inspiriert von der Art und Weise, wie sich Palmen bei starkem Wind bewegen, entwickelt eine Gruppe von Forschern der University of Virginia und des Sandia National Laboratory ein extrem langes Windturbinenblatt, das den Bau von 50-Megawatt-Turbinen ermöglichen könnte – weit über die Leistung von heute hinaus , die in der Regel nur zwei Megawatt leisten. Die Blätter, die im Rahmen eines Programms entwickelt wurden, das vom ARPA-E-Programm des US-Energieministeriums finanziert wurde, wären 200 Meter lang, 2,5-mal so lang wie die längsten heute im Handel erhältlichen Blätter.
In den letzten Jahren hat sich die Windkraftindustrie in Richtung immer längerer Blätter bewegt, angetrieben durch einfache Größenvorteile: Je größer der Durchmesser des Rotors (die von den Turbinenblättern überstrichene kreisförmige Fläche), desto mehr Leistung kann ein einzelner Windturm erzeugen. Wenn die Blätter billig hergestellt und der Turm errichtet werden können, sinken die Stromkosten, wenn die Blätter länger werden.
Selbst auf den weiten Great Plains ist der Transport riesiger Turbinenschaufeln auf der Straße ein heikles Unterfangen.
Die Sandia Superblades basieren auf Konzepten, die von entwickelt wurden Eric Loth, Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Virginia . Sie hätten eine Reihe von Gelenken entlang ihrer Länge, die es ihnen ermöglichen würden, sich als Reaktion auf die Stärke des Windes zu falten. In Windrichtung des Turms angeordnet (im Gegensatz zu herkömmlichen Rotorblättern, die gegen den Wind stehen), würden die Rotorblätter bei extremen Windbedingungen wie die Klauen eines Greifvogels umklammern, um die Kräfte auf die Turbine zu verringern. Unter optimalen Bedingungen würden sie sich auf ihre volle Länge erstrecken. Sie eignen sich besonders gut für Offshore-Anlagen in hurrikangefährdeten Gebieten und würden eine wirtschaftliche Stromerzeugung in windschwachen Regionen ermöglichen.
Der Morphing-Rotor biegt sich wie die Klaue eines Raubvogels als Reaktion auf wechselnde Windbedingungen.
Was wir vorschlagen, geht weit über aktuelle Designs hinaus und ist sehr riskant, sagt Todd Griffith, der technische Leiter von Sandia Offshore-Windenergieprogramm .
Die längsten heute erhältlichen Rotorblätter sind 80 Meter lang und in einem einzigen Segment gebaut. Die Klingenlängen sind vorerst durch Logistik- und Transportherausforderungen begrenzt: Es ist schwierig, Lastwagen einzusetzen, um etwas zu bewegen, das Dutzende von Metern lang ist und einen Durchmesser von mehreren Metern hat. Vestas mit Sitz in Dänemark hat kürzlich mit dem Versand begonnen 62-Meter-Klingen in den USA Der erste Kunde ist Duke Energy, das noch in diesem Jahr mit dem Bau eines neuen Windparks mit den großen Flügeln in Oklahoma beginnen wird. Die Blätter werden zu Häfen entlang der texanischen Golfküste verschifft, per Bahn nach Oklahoma transportiert und per LKW zum Standort transportiert. Eine solche Installation könnte in stärker überlasteten Teilen des Landes nicht stattfinden.
Segmentierte Blätter, die einen einfacheren Transport und eine Montage vor Ort ermöglichen, sind nicht neu; Europäische Hersteller inkl Gamesa und Enercon bieten sie jetzt an, aber sie sind noch nicht weit verbreitet. Erbauer von Windparks sind vorsichtig, wenn sie langen, starren Flügeln, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, potenzielle strukturelle Schwächen hinzufügen, sagt Bruce Peacock, Vizepräsident für Technik und Konstruktion in der Abteilung für erneuerbare Energien von Duke: Kleine strukturelle Mängel können zu katastrophalen Ausfällen führen.
Todd Griffith vom Sandia National Laboratory hält ein maßstabsgetreues Modell der Turbinenschaufeln, die er und seine Kollegen entwickeln.
Selbst wenn die Rotorblätter auf der Baustelle ankommen, stellt die Errichtung von Windtürmen mit einer Höhe von über 120 Metern eine eigene Herausforderung dar, da die Kräne nicht hoch genug sind. Hersteller wie z Terex und Manitowoc entwickeln Spezialkräne für sehr hohe Windtürme, aber es ist nicht klar, ob sie jemals hoch genug sein werden, um einen Turm mit einem 400-Meter-Rotor zu errichten. Neue Lösungen entstehen. Keystone-Tower-Systeme , ein Startup mit Sitz im Norden Colorados, hat eine mobile Fabrik zum Formen von Stahlblechen vor Ort in ein gewickeltes Spiraldesign entwickelt, wodurch das Problem des Transports großer Türme per Lastwagen beseitigt wird. Es gibt auch Entwürfe auf dem Zeichentisch für sogenannte kletternde Kräne die im Wesentlichen den Turm hochspinnen, wenn er aufsteigt.
Die Aussicht auf neue Technologien und exotische Blattmaterialien, die leichter und stärker sind, bedeutet, dass der Trend zu überdimensionalen Windturbinen wahrscheinlich nicht nachlassen wird. Gigantische Offshore-Farmen wie die London-Array werden in Zukunft wahrscheinlich häufiger vorkommen, und Blattgröße und Turmhöhe unterliegen auf See nicht denselben Einschränkungen wie an Land. Es wird ein Jahrzehnt oder länger dauern, bis das Sandia-Design seinen Weg auf den Markt findet, wenn dies jemals der Fall ist, aber noch futuristischere Konzepte für ausfahrbare Blätter, die unter günstigen Bedingungen nach außen teleskopieren, sind in Arbeit.