Das Forschungsprojekt "OptiBine"

Das Forschungsprojekt Optimierte langsamlaufende Windturbine (kurz: OptiBine) beschäftigt sich mit dem Thema der Kleinwindenergie und ist im Studiengang Kunststoff— und Elastomertechnik der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg—Schweinfurt angesiedelt.
Die Laufzeit des vom bayerischen Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst geförderten Projekts beträgt drei Jahre, wobei der Abschluss für Oktober 2015 geplant ist.

Windenergieanlagen mit 3 Rotorblätter

Rotor mit 3 Flügeln (Foto: Julia Kämmer)

Weit verbreitet und bekannt sind i.A. Windenergieanlagen mit drei Rotorblättern.
Aktuell gibt es Anlagen mit einem Rotordurchmesser von bis zu 126 m und einer Leistung von über 7 MW.
Eine solche Leistung reicht aus, um durchschnittlich 4300 Einfamilienhäuser mit sauberem Strom zu versorgen.
Neben diesen gigantischen Stromerzeugern gibt es aber auch kleine dreiblättrige Anlagen, die für private Haushalte ausgelegt sind. Diese Kleinwindenergieanlagen (KWEA) besitzen meist Durchmesser von wenigen Metern und einer Leistung von einigen kW bis max. 100 kW.

Diese Art der KWEA hat aber insofern Nachteile, als dass sie mit sehr hohen Drehzahlen arbeiten müssen, um die Energie des Windes zu ernten. Dadurch erzeugen diese Schnellläufer Geräusche, die insbesondere in Wohnsiedlungen stören können. Ebenso kann deren Schattenwurf als unangenehm empfunden werden. Dass die Schnellläufer erst bei relativ hohen Windgeschwindigkeiten anlaufen, ist für deren Verwendung als Energiewandler für die windarme, bebaute Wohngegend ebenfalls unzweckmäßig.Weit verbreitet und bekannt sind i.A. Windenergieanlagen mit drei Rotorblättern.

Aktuell gibt es Anlagen mit einem Rotordurchmesser von bis zu 126 m und einer Leistung von über 7 MW.
Eine solche Leistung reicht aus, um durchschnittlich 4300 Einfamilienhäuser mit sauberem Strom zu versorgen.
Neben diesen gigantischen Stromerzeugern gibt es aber auch kleine dreiblättrige Anlagen, die für private Haushalte ausgelegt sind. Diese Kleinwindenergieanlagen (KWEA) besitzen meist Durchmesser von wenigen Metern und einer Leistung von einigen kW bis max. 100 kW.

Pilotanlage 1996

Schon 1996 wurde im Rahmen von Diplomarbeiten eine Pilotanlage auf dem Heuchelhof in Würzburg installiert.

Forschungsprojekt "OptiBine"

Ziel ist es, eine KWEA zu entwickeln, die bei gleichem Energieertrag ohne die oben beschriebenen Nachteile arbeitet. Dabei soll auf eine bekannte Bauform zurückgegriffen werden: die „Western-Windmühle“. Diese mit durchschnittlich 30 Metall-Rotorblättern bestückten und im Durchmesser wenige Meter großen Windmühlen wurden Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelt und haben die Eroberung des Westens Nordamerikas mit vorangetrieben. Selbst heute werden sie noch weltweit als Wasserpumpen eingesetzt. Aufgrund der hohen Anzahl an Rotorblättern haben sie eine deutlich geringere Drehzahl und werden deshalb als Langsamläufer bezeichnet.

Forschungsprojekt "OptiBine" Teil 2

Simulationsbild aus CFD-Berechnungsprogamm

Sie gelten in der modernen Windindustrie im Vergleich zu den dreiblättrigen Anlagen als deutlich weniger effizient, was aufgrund der über 150 Jahre alten Konstruktion aber auch nicht sonderlich verwundert. OptiBine versucht, den Wirkungsgrad dieses Langsamläufers zu verbessern und dem der modernen dreiblättrigen Anlagen anzunähern. Hierfür werden mit faserverstärkten Kunststoffen modernste Werkstoffe eingesetzt. Ebenso finden Computersimulationen (CFD, FEM) Anwendung, um Aerodynarnik und Festigkeit des Rotors zu optimieren.
Der entwickelte und gefertigte Langsamläufer wird anschließend auf eine Eisenbahn montiert, deren Fahrtgeschwindigkeit den anströmenden Wind simuliert („fahrender Windkanal“). Die daraus resultierenden realitätsnahen Ergebnisse werden schließlich mit den Ergebnissen eines ebenfalls entwickelten Schnellläufers verglichen.