Vertikale

 

Windkraftanlagen

 

von VORTEX-bladeless

 

 

 

 

DIE IDEE HINTER DER TECHNOLOGIE //

 

Vortex Bladeless ist ein Technologie-Startup. Wir entwickeln einen umweltfreundlichen Windgenerator, der weder Rotorblätter noch Rotation benötigt . Es handelt sich um eine neue Technologie, die für die modulare Vor-Ort-Energieerzeugung und netzunabhängige Systeme mit niedrigem Verbrauch entwickelt wurde und speziell für die Zusammenarbeit mit anderen Vortex-Geräten oder regulären Solarmodulen entwickelt wurde.

Unsere Wirbelwindturbine ist keine Turbine, da sie sich nicht dreht. Es basiert auf dem Phänomen basiert aeroelastische Resonanz , vom Wind auf der Emission von Energie Nutzbarmachung Von Karman ‚s vortex es , ein Verfahren genannt Wirbelablösung oder Wirbelstraße . Auf diese Weise schwingt das Gerät mit einer leisen Bewegung, wodurch es perfekt überall platziert werden kann, ohne Schmiermittel  oder Vogelschlag.

Alle physikalischen Prinzipien aktueller Windmaschinen werden auch auf Vortex angewendet, es ist nur eine andere und innovative Art  , Energie aus Wind zu nutzen.

AKTUELLER STAND 2020

Nachdem wir uns entschieden haben, uns auf den Endverbrauchermarkt mit kleinen Geräten zu konzentrieren, um die Herstellung, das Testen und die Optimierung zu vereinfachen, haben wir eine erste und bescheidene Serie von Vortex Nano-Geräten mit einer Höhe von 85 cm in die industrielle Fertigung eingeführt. Obwohl sie immer noch von Hand zusammengebaut werden, wurde die überwiegende Mehrheit der Teile dieser Ausrüstung mit industriellen Kettenverfahren (Formen, Filamentwickeln, Poltrusion usw.) zu den Prototypen, mit denen wir zuvor gearbeitet haben.

Dies, zusammen mit den großen Fortschritten in unserem Generator + magnetisch-aeroelastischem Abstimmungssystem (das Bewegung in elektrische Energie umwandelt und die Synchronisation mit der Frequenz von Wirbeln in verschiedenen Windbereichen aufrechterhält), hat es uns ermöglicht, zu diesen kleinen Vortex Nano-Geräten zu gelangen, mit denen wir beginnen können mit Stolz zu zeigen. Diese Geräte sind noch keine Produkte, sie sind noch nicht vollständig zertifiziert und haben einen langen Optimierungsweg vor sich, wie jede andere innovative Technologie, die gerade erst auf den Markt gekommen ist.

Bis Anfang 2021 werden vorerst rund 100 Einheiten gefertigt, die weltweit, hauptsächlich in Europa, insbesondere in Spanien, vertrieben werden. Bei den Empfängern handelt es sich noch nicht um Endverbraucher, sondern um NGOs, Universitäten, unabhängige Labore, Gemeinden, Naturparks und Partnerunternehmen auf der ganzen Welt. Ziel ist es, Messungen zu erhalten, ihr Verhalten an verschiedenen Orten und Arten von Installationen zu untersuchen und Metriken zu generieren, die es ermöglichen, die Geräte zu verbessern und ihr langfristiges Verhalten entsprechend den Variablen der Umgebung zu verstehen.

Der nächste logische Schritt wäre, die Stichprobe zu erhöhen und diese kleinen Windkraftanlagen in die Hände der Endverbraucher zu legen. Zu diesem Zweck ist eine zweite und vielleicht sogar dritte öffentliche Beta-Kampagne mit 1.000 bis 10.000 Einheiten geplant, bei der jeder ein Vortex Nano-Gerät anfordern kann, um es zu testen, uns Feedback dazu zu geben und Teil des Vortex Bladeless zu werden Projekt als Betatester. Sofern diese Aktionen durchgeführt werden, erfolgt die Durchführung nach Ablauf der aktuellen Kampagne von 100 Einheiten, nach Erhebung der Daten und notwendigen Änderungen an den Designs. Es wurde noch kein Datum festgelegt.

Noch sind die Anlagen klein, sie sollen aber weiter wachsen.

 

Noch sind die Anlagen klein, sie sollen aber weiter wachsen.

 

 

 

 

 

 

 

Wird der Vortex Nano ein kommerzielles Produkt? Was ist der Markt und die Anwendungen dieses Geräts?

Der Vortex Nano ist zu klein, um eine Windkraftanlage zu sein. Mehr als kleine Windkraftanlagen könnten wir über Nanowind sprechen (daher der Name), und daher ist die maximale Energie, die sie pro Stunde produzieren kann, im Vergleich zu den kleinsten bestehenden kommerziellen Windkraftanlagen gering. Und doch gibt es Millionen von Anwendungsmöglichkeiten für ein solches Gerät, und das liegt daran, dass sich die Technologie radikal von den anderen Windtechnologien auf dem Markt unterscheidet, was zu Eigenschaften und Vorteilen führt, die bei der Auswahl einer Windenergiequelle möglicherweise vorzuziehen sind .

Offensichtlich wird ein großer Markt für solche Geräte derzeit von Photovoltaik mit geringer Leistung dominiert, insbesondere netzunabhängig. Und doch sieht man kleine Windkraftanlagen sehr selten neben Solaranlagen mit geringer Leistung, da sie ständig gewartet werden müssen und ihre Leistung bei niedrigen Windgeschwindigkeiten zu wünschen übrig lässt. All dies macht die traditionellen Kleinwind- oder Nanowind-Geräte unrentabel und manchmal für viele Anwendungen nicht durchführbar.

Natürlich sollte man nicht daran denken, ein einzelnes Vortex-Gerät zu installieren, genauso wie man nicht daran denkt, ein einzelnes Solarpanel zu installieren. Da diese Geräte für den ordnungsgemäßen Betrieb nur einen Abstand im freien Raum um sie herum benötigen, der der halben Höhe (r=h/2) entspricht, können sie im Vergleich zu herkömmlichen Windkraftanlagen sehr, sehr eng beieinander aufgestellt werden Reihen, Arrays oder Gitter davon, mit nur einem Bruchteil des Platzes, der für die gleiche Anzahl von regulären Turbinen ähnlicher Größe benötigt würde.

Ebenso wissen wir nicht, ob Vortex Nano jemals ein kommerzielles Produkt im Einsatz werden oder in einer Anwendung von Unternehmen und Regierungen für die Infrastruktur bleiben oder in unserem ersten Betatest bleiben wird. Wir wollen und hoffen auch, unserer nahen Gemeinschaft die Möglichkeit zu geben, einen in ihren Häusern zu haben und in naher Zukunft zu testen.

Andererseits haben wir Vortex Tacoma nicht vergessen! Unser 2,75m hohes Gerät haben wir noch im Visier, das wir hoffentlich mit allem, was wir aus diesem Beta-Test der Kleinen lernen, zu Ende entwickeln. Es ist klar, dass wir viel Hilfe brauchen werden, um größere Geräte in die Fabrik zu bringen oder eine größere Anzahl kleinerer Einheiten produzieren zu können! Vor allem von Industriepartnern, die mit uns dieses Hardware-Abenteuer antreten wollen. Zögern Sie nicht , uns hier zu schreiben !

DIE BLATTLOSEN TURBINEN

Vortex Bladeless Biografie & aktuelle Phase

Vortex ist ein vertikaler, schlanker und zylinderförmiger Windgenerator. Es besteht aus einem festen Teil, an dem das Gerät an einem Fundament befestigt ist, und einem flexiblen Teil, der als Ausleger in einer Schwingbewegung frei mit dem Fluid interagiert.

Es könnte in zwei Teile geteilt werden; Mast und BasisSeltsamerweise ist es einer der schwierigsten Teile, die Herstellung des Mastes zu industrialisieren und gleichzeitig seine Eigenschaften beizubehalten. Im Moment sind einige Methoden machbar, aber wir testen noch Alternativen, um sie zu optimieren.

Aufgrund seines brillanten Designs hat es keine Zahnräder oder beweglichen Teile in Kontakt, daher benötigt es weder Öle noch Schmiermittel. Die Bedienung des Geräts könnte nicht einfacher sein, fast Plug-and-Go , es erfordert kaum Wartungs- und Betriebskosten . All diese Eigenschaften machen es perfekt für verteilte Energie.

Die Lichtmaschine wandelt mechanische Energie in Elektrizität um. Er agiert mit Neodym-Magneten - sein Stator befindet sich im Inneren des Mobilteils des Gerätes.

Bei der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie dämpft der Generator die induzierte Schwingungsbewegung und ist gleichzeitig in der Lage, die Eigenschwingungsfrequenz der blattlosen Turbinenstruktur zu verändern, dadurch wird der Lock-In- Bereich erhöht, während die Resonanzfrequenz bei höheren Windgeschwindigkeiten beibehalten wird - wir nennen dies Tuning-SystemIm Gegensatz zu herkömmlichen Windkraftanlagen ist dieses Phänomen in der Lage, die scheinbare Elastizitätskonstante der Struktur, die von der Schwingungsamplitude abhängt, zu verändern, so dass sie mit zunehmender Windgeschwindigkeit wächst.

Trotz seiner Einfachheit schützen 6 Familien von eingetragenen Patenten das Design und die Technologie weltweit. Weitere Informationen finden Sie auf unserer Technologieseite .

UNSERE GESCHICHTE, EIN TECH-STARTUP ZU WERDEN //

Wie bei jedem Projekt dieser Art sind die ersten Schritte für Unternehmer schwer. Ein Tech-Startup ist noch komplizierter, da Sie vor der Herstellung entwickeln und vor dem Verkauf effizient produzieren müssen. Natürlich mit bestandener Zertifizierung, keine Fehler aus Industrialisierungsprozessen, ordnungsgemäße Qualitätskontrolle und Post-Buy-Services.

Es gibt noch viele Dinge zu tun und viele Ziele zu erreichen, bevor Vortex Bladeless ein vollwertiges Mitglied der Windindustrie wird. Unser coCEO Raul erinnert in diesem Artikel an die Schritte, die uns hierher geführt haben .

Frühe Schritte

Mit eigenen Mitteln startete das Projekt 2010 in Deutecno , unserem ersten Tech-Startup, in dem wir elektronische Nasen entwickelten. Als die Idee des Vortex geboren war, bauten wir einen bescheidenen Windkanal und begannen mit dem Testen. Unser Konzeptnachweis war eine einfache Wasserflasche, die an einem Stock befestigt war und durch die Kraft des Windes oszillierte. Wir fanden den Beweis, dass es dort eine Energieumwandlung gab, die man nutzen konnte.

Vortex-Tech-StartupWir erkannten bald alle finanziellen Mittel, die wir benötigen würden, um diese Idee zu starten. Deutecno Noses wurde verkauft und einige Monate später bauten wir eine ausgefeiltere technologische Demonstration, die die Richter des Entrepreneurs Fund der Repsol Foundation beeindruckte. Anfang 2014 wird dank der Neotec- Fonds von CDTI und einer Gruppe von Business Angels, die noch bei uns sind, das Technologie-  Startup Vortex Bladeless SL gegründet und die Technologieprinzipien wurden in einem frühen Stadium im Labor und in realen Umgebungstests validiert.

Um eine echte Entwicklung zu starten und die Bereitstellung von Rechenressourcen, Simulationssoftware, Maschinen und Werkzeugen sowie Materialien für die ersten Prototypen zu ermöglichen, beschloss das Unternehmen Anfang 2015 , eine erfolgreiche Crowdfunding-Kampagne zu Forschungszwecken zu starten, die das Interesse von weltweite Medien .

Meilensteine erreichen

Um die Phantasie der Fang wissenschaftlichen Gemeinschaft und neuen strategischen Partners , in 2015 Vortex geht nach Boston, USA, unsere Idee vorzustellen MIT und lassen Sie das Projekt weltweit bekannt wird, wurde Trend - Thema im Bereich der erneuerbaren Energien für Monate.

Auf der anderen Seite haben NGOs und andere Umweltorganisationen wie Birdlife großes Interesse an dieser Lösung gezeigt und auch ihre Zusammenarbeit angeboten, da Vortex möglicherweise weniger Auswirkungen auf Natur und Fauna hat, wenn in Zukunft größere Geräte gebaut werden.

Im Juni 2016 hat die Kommission der Europäischen Union ( EASME ) das Vortex-Projekt in ihr Horizon 2020-Programm aufgenommen . Seitdem arbeiten wir rastlos daran, die Technik zu optimieren. Die im Jahr 2015 projizierten Ziele waren für ein Startup vielleicht zu ehrgeizig, daher haben wir uns entschieden, dass  Vortex Tacoma das größte Gerät sein wird, das derzeit entwickelt wird.

In den Jahren 2017 und 2018 war  unsere besondere Zusammenarbeit mit dem Barcelona Supercomputing Center ( BSC ) , der Firma Altair , dem Mikrogravitationsinstitut der Universidad Politécnica von Madrid und vielen anderen Technologiezentren der Schlüssel zum Erfolg bei den verschiedenen Meilensteinen, denen wir gegenüberstanden; die Möglichkeit, rechnerische und experimentelle Ergebnisse auf hohem Niveau gegenüberzustellen, bevor ein funktionsfähiges Produkt erreicht wird.

Im Jahr 2019 haben wir damit begonnen, die Zertifizierungs- und Industrialisierungsprozesse der Fertigung zu untersuchen und uns gleichzeitig weiterzuentwickeln und zu optimieren, um so schnell wie möglich ein Minimum Viable Product herauszubringen. Im Jahr 2020 zahlt sich das aus und wir installieren endlich Piloten an öffentlichen Plätzen für umfangreichere Feldtests. Interessante Zeiten stehen bevor!

Zukunft der Windkrafttechnologie?

Wenn die Sonnenenergie der König der erneuerbaren Energien ist, ist die Windenergie zweifellos die Königin. Vortex-Windgeneratoren ähneln in Bezug auf Funktionen und Kosteneffizienz im Laufe der Zeit Sonnenkollektoren mehr als normalen Windturbinen. Wir arbeiten seit Jahren sehr hart. Es war nicht einfach, die besten Zutaten und die beste Zubereitungsart für dieses besondere Rezept herauszufinden, obwohl wir unserem Ziel und Traum schon sehr nahe sind .

Das Team von Vortex arbeitet rastlos daran, die letzten Schritte zu optimieren und die Homologation für den Verkauf zu erhalten. Für den Meilenstein der effizienten Montage von schaufellosen Turbinen hier in Spanien suchen wir Industriepartner in Europa, die Materialien und gefertigte Teile liefern können.

In der Zwischenzeit möchte das Unternehmen eine Beta-Testkampagne  starten, bei der die Teilnehmer einen der ersten Vortex-Windgeneratoren der Welt, den Vortex Nano , ab Werk kaufen können , eine kleine, aber voll funktionsfähige Tech-Demonstration, die ein USB-Gerät speisen kann wie eine windbetriebene Powerbank. Natürlich werden Feedbacks gesammelt, um unser Endprodukt, Vortex Tacoma, so schnell wie möglich zu verbessern.

In unserem Newsletter und unseren sozialen Kanälen können Sie sich über die Entwicklung von Vortex auf dem Laufenden halten! Vielen Dank.

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// Grundlagen der Idee

Vortex Bladeless ist ein resonanter Windgenerator mit wirbelinduzierter Vibration. Es nutzt Windenergie aus einem Vorticity-Phänomen namens Vortex Shedding. Grundsätzlich besteht die klingenlose Technologie aus einem Zylinder, der vertikal mit einem elastischen Stab befestigt ist. Der Zylinder schwingt auf einem Windbereich, der dann über ein Lichtmaschinensystem Strom erzeugt. Mit anderen Worten, es ist eine Windkraftanlage, die eigentlich keine Turbine ist.

 

Vortex-Windgeneratoren ähneln in Bezug auf Funktionen und Kosteneffizienz im Laufe der Zeit Sonnenkollektoren mehr als normalen Windturbinen.

``Projekt finanziert durch die Horizon 2020 Forschung und Innovation der Europäischen Union``

STRUKTUR & GEOMETRIE

 

Der äußere Zylinder ist weitgehend steif und schwingungsfähig ausgeführt und bleibt an der Unterstange verankert. Die Oberseite des Zylinders ist nicht eingeschränkt und hat die maximale Amplitude der Schwingung. Die Struktur besteht aus mit Kohlenstoff- und/oder Glasfaser verstärkten Harzen, Materialien, die in herkömmlichen Rotorblättern von Windkraftanlagen verwendet werden.

 

Die Oberseite der Rute trägt den Mast und die Unterseite ist fest im Boden verankert. Es besteht aus kohlefaserverstärktem Polymer , das eine große Ermüdungsbeständigkeit bietet und beim Schwingen einen minimalen Energieverlust aufweist.

 

Natürlich unterscheidet sich das Design einer solchen Windkraftanlage stark von einer herkömmlichen Windkraftanlage. Statt Turm, Gondel und Schaufeln hat unser Gerät nur einen Mast aus leichten Materialien über einem Sockel. Dies reduziert den Einsatz von Rohstoffen und die Notwendigkeit einer tieferen Fundamentierung .

Wirbelturbinendesign

ENERGIEUMWANDLUNG

Unsere blattlose Windturbine fängt die Energie aus dem Wind durch ein Resonanzphänomen auf, das durch einen aerodynamischen Effekt namens Wirbelablösung erzeugt wird. In  Strömungsmechanik , da der Wind durch einen stumpfen Körper passiert, wird die Strömung verändert , und erzeugt ein zyklisches Muster von Wirbeln. Sobald die Frequenz dieser Kräfte nahe genug an der Strukturfrequenz des Körpers liegt, beginnt der Körper zu schwingen und tritt in Resonanz mit dem Wind. Dies wird auch als Vortex-induzierte Vibration (VIV) bezeichnet.

Wie es funktioniert

Abgerufen von: Duke University

Vortex-Technologie, Fluiddynamik

 

Dieses VIV-Phänomen wird in der Bautechnik, Luftfahrt und Architektur häufig vermieden. Im Gegenteil, die Turbinen von Vortex maximieren diese aerodynamischen Instabilitäten und Windturbulenzen und fangen diese Energie ein.

 

Die Mastgeometrie von Vortex wurde speziell entwickelt, um maximale Leistung bei den durchschnittlich beobachteten Windgeschwindigkeiten zu erzielen. Es ist in der Lage, sich sehr schnell an Windrichtungs-änderungen und turbulente Luftströmungen anzupassen, die häufig in städtischen Umgebungen beobachtet werden.

Die Störung des stromabwärtigen Windstroms ist der Grund, warum normale Windradanlagen weit voneinander entfernt installiert werden müssen. Dies hat keine Auswirkungen auf blattlose Windkraftanlagen, jede Einschränkung durch den „ Nachlaufeffekt “ wird vermieden. Darüber hinaus erwarten wir, dass Vortex-Geräte besser zusammenarbeiten und sich gegenseitig Feedback geben, wenn sie den richtigen freien Raum um sich herum haben, der auf die Hälfte der Gesamthöhe des Geräts geschätzt wird. Bei normalen Windkraftanlagen beträgt dieser Freiraum in der Regel das Fünffache der Gesamthöhe des Geräts.

``Speziell für den Verbrauchermarkt und verteilte Energienetze entwickelt``

DIE LICHTMASCHINE VON VORTEX

Derzeit erzeugt Vortex Strom durch ein Wechselstromgeneratorsystem , das aus Spulen und Magneten besteht, das an die Wirbeldynamik angepasst ist, ohne Zahnräder, Wellen oder rotierende Teile. Unser Vortex-Generator gilt derzeit als „Kleinwindkraftanlage“.

 

Lichtmaschinen sind eine bekannte Technologie, obwohl die Art und Weise, wie Vortex sie verwendet, innovativ und patentiert ist. Diese Konstruktion ermöglicht eine Reduzierung der Wartung und macht das Schmieren überflüssig.

Windgenerator-Design

A. Fester Teil des Stators
B. Mobiler Teil der Lichtmaschine
C. Stütze des Stators

Frequenzabstimmung

 

Die Frequenz der Wirbelablösung ist proportional zur Geschwindigkeit des Windstroms, jedoch hat jede Struktur ihre eigene Eigenschwingungsfrequenz. Um Windfrequenzen mit der Eigenfrequenz eines Geräts abzugleichen, sollten Sie unter anderem die Körpermasse (je mehr Masse, desto weniger Eigenfrequenz) und die Steifigkeit (je mehr Steifigkeit, höhere Frequenzen) ändern. Daher benötigen Sie komplexe Mechanismen, um die Eigenfrequenz dieses Geräts zu variieren.

 

Um dies zu vermeiden, verwendet das Vortex-Design stattdessen ein magnetisches Einschlusssystem mit Permanentmagneten, die die scheinbare Steifigkeit des Systems entsprechend ihrem Biegegrad erhöhen. Der Flexionsgrad wächst mit zunehmender Windstärke. Wir nennen dies „ Tuning-System “.

 

Als Ergebnis ermöglicht das patentierte Selbstsynchronisationssystem von Vortex die mühelose Erfassung eines größeren Bereichs von Windgeschwindigkeiten mit einem Einschaltpunkt in ungefähr 3 m/s (Startgeschwindigkeit). Es kann die Steifigkeit automatisch variieren und sich mit der einströmenden Windgeschwindigkeit „synchronisieren“, um ohne mechanische oder manuelle Eingriffe in Resonanz zu bleiben. Auf diese Weise  erhöht sich die Lock-In-Reichweite des Aerogenerators .

Der Vortex Street-Effekt oder Vortex Shedding-Effekt wurde erstmals 1911 von Theodore von Kármán, dem Genie der Luftfahrt, beschrieben und mathematisch formalisiert. Dieser Effekt wird durch seitliche Kräfte des Windes auf ein in eine laminare Strömung eingetauchtes Objekt erzeugt. Die Windströmung erzeugt ein zyklisches Wirbelmuster, das für schlanke Strukturen wie Türme, Masten und Schornsteine zu einer technischen Herausforderung werden kann. Eines dieser Beispiele ist der Einsturz der Brücke von Tacoma Narrow im Jahr 1940, USA.

Wie es funktioniert
``Vortex passt seine Eigenfrequenz erfolgreich an, um mit den Frequenzen des Windes innerhalb eines weiten Windgeschwindigkeitsbereichs mitzuschwingen``

DIE SCHWINGUNG VERSTEHEN

 

Die Idee hinter der Vortex-Windturbine ist, dass die gleichen Kräfte zur Energiegewinnung genutzt werden können. Wenn die Windwirbel mit der Eigenfrequenz der Struktur des Geräts übereinstimmen, beginnt es zu resonieren und somit zu schwingen, sodass die flügellose Windturbine die Energie aus dieser Bewegung als regulärer Generator nutzen kann.

Im Alltag finden Sie viele Beispiele für den Vortex Shedding-Effekt. Basierend auf diesem Prinzip und unter Berücksichtigung einiger anderer physikalischer Phänomene wie dem Betz'schen Gesetz , der Aerodynamik endlicher Körper, Turbulenzregionen, Windgradienten usw. hat das Team von Vortex viele Computermodelle erstellt, die Licht auf die richtige Geometrie und Parameter zur Entwicklung und Verbesserung der Effizienz des Vortex-Designs.

Computersimulationen

 

Obwohl 2D-Simulationen für uns sehr interessant sind, ist VIV ein 3D-Phänomen. Wechselwirkungen zwischen Wirbeln entlang der Vorrichtung wurden von anderen Autoren beschrieben. Da es sich bei uns um eine neue Technologie handelt, müssen wir neue Modelle erstellen und deren Gültigkeit bestätigen. Diese 3D-Simulationen basieren auf der  Reynolds-Zahl , einer wichtigen dimensionslosen Größe in der Strömungsmechanik, die zur Vorhersage von Strömungsmustern in verschiedenen Strömungssituationen verwendet wird

 

Es werden große Rechenressourcen benötigt. Wir arbeiten hart mit der Simulationssoftware von Altair  , um den besten Weg zu finden, um optimale Ergebnisse mit einer erschwinglichen Menge an Rechenressourcen und Zeit zu erzielen. Wir arbeiten auch mit dem Barcelona Supercomputing Center zusammen und nutzen dessen Rechen- und Fachressourcen.

Wirbeloszillationsprinzip
``Technologie weltweit durch 6 verschiedene Patentfamilien geschützt``

// Haupteigenschaft

MATERIALIEN & LEBENSDAUER

 

Die aktuelle Windturbinentechnik muss bei variablen Windgeschwindigkeiten sehr unterschiedliche Laststufen aufnehmen, was hohe mechanische Anforderungen an Übertragungskomponenten wie Getriebe, Lager, Buchsen oder Bremsen stellt. Die vielen beweglichen Teile unterliegen ständigem Verschleiß, was zu hohen Wartungskosten führt.

 

Bei blattlosen Windturbinen werden mechanische Elemente, die durch Reibung verschleißen können, vollständig eliminiert. Die wichtigsten Materialien, die für die Herstellung von Vortex-Turbinen verwendet werden, sind Kohlefaserpolymere, Kunststoffe, Stahl, Neodym und Kupfer. Die Einsatzgrenzen dieser Materialien liegen weit von den Betriebsstandards von Vortex entfernt.

Vortex Tacoma (2,75m) - In Entwicklung, noch nicht im Angebot!

Tuning-System

Generator

Gleichrichter

Leistung

Verankerung

Obere Abdeckung

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BASE

MAST

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Wirbelbasis vektoriell
Wirbel oben vektoriell

Stress & Müdigkeit

 

Natürlich ist diese Windkraftanlage nicht gegen Ermüdungs- und Stresskräfte gefeit. Ermüdung wird durch die Schwächung eines Materials durch wiederholt aufgebrachte Lasten oder Kräfte definiert. Der Stab der Vortex-Turbine erleidet eine kontinuierliche Biegung und es kann schließlich zu einem Materialversagen kommen. Die ersten Produkte wurden unter besonderer Berücksichtigung dieses Themas entwickelt.

 

Der Kohlefaserstab wurde für eine maximale Schwingungsamplitude von 2,7º entwickelt. Dies impliziert eine sehr geringe Materialverformung . Computergestützte und mathematische Analysen, die in Bezug auf die am stärksten von diesem Ermüdungsphänomen betroffene Komponente durchgeführt wurden, lassen uns vermuten, dass der Vortex-Aerogenerator eine lange Lebensdauer hat.

KOSTENEFFEKTIVITÄT

 

Einer der Hauptvorteile von Vortex-Turbinen sind die damit verbundenen geringen Kosten. Wir haben geschätzt, dass die Stromgestehungskosten (LCOE) der Vortex-Turbinen  niedriger sein werden, was eine schnellere Kapitalrendite ermöglicht. Auf jeden Fall müssen weitere Forschungen zu diesem Thema durchgeführt werden, um mit Sicherheit sagen zu können.

gestufte Kosten Energie

Dies macht diese Technologie nicht nur gegenüber Generationen alternativer oder erneuerbarer Energien sehr wettbewerbsfähig, sondern sogar im Vergleich zu herkömmlichen Technologien. Eine Studie zur Wirtschaftlichkeit von schaufellosen Turbinen können Sie hier lesen .

 

Diese Kostensenkungen resultieren aus einer geschickten Gestaltung und Verwendung von Rohstoffen. Gondel, Stützmechanismen und Rotorblätter, die bei herkömmlichen Windgeneratoren normalerweise kostspielige Komponenten sind, sind nicht erforderlich.

 

Dank des sehr geringen Gewichts und des bodennahen Schwerpunkts wurden Verankerungs- oder Fundamentanforderungen im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen deutlich reduziert, was die Installation erleichtert.

``Vortex ist weltweit mit NGOs, Universitäten und Top-Tech-Forschungszentren verbunden``

ERZEUGUNGSKAPAZITÄT

Bei der Windenergieumwandlung ist die Stromerzeugung proportional zur überstrichenen Fläche  der Windkraftanlage. Vortex überstreicht derzeit bis zu 30 % des Arbeitsbereichs einer konventionellen 3-Blatt-basierten Windkraftanlage gleicher Höhe.

 

Als Ergebnis können wir allgemein sagen, dass Vortex-Windenergie weniger energieeffizient ist als normale Windturbinen mit horizontaler Achse. Auf der anderen Seite ermöglicht eine kleinere überstrichene Fläche die Installation von mehr schaufellosen Turbinen auf derselben Fläche, wodurch die Energieeffizienz auf kostengünstigere Weise durch die Raumeffizienz ausgeglichen wird.

 

Die geschätzte Nennleistung von Vortex Tacoma (2,75 m) beträgt nach der Industrialisierung 100 W.

Wirbelblattlose Technologie

 OMNIDIREKTIONAL

 KEINE BREMSEN ERFORDERLICH

 INSTALLIERTE LEISTUNGSDICHTE

 BELIEBIGE GESCHWINDIGKEITSLEISTUNG

 RUHIGE SAUBERE ENERGIE

Atmosphärische Anpassung

 

In städtischen Umgebungen sind Windströmungen normalerweise sehr turbulent, dies ist ein Problem für normale Windkraftanlagen. Darüber hinaus ist der Nachlauf konventioneller Windräder problematisch, wenn mehrere Windkraftanlagen gemeinsam an einem Ort installiert werden.

 

Andererseits benötigen konventionelle Windkraftanlagen ein Orientierungssystem, um dem einfallenden Windstrom zu begegnen. Vortex-Windgeneratoren brauchen ihn aufgrund seines kreisförmigen Querschnitts nicht mehr.

 

Der VIV-Effekt basiert auf Flüssigkeitsturbulenzen. Folglich passt sich dieser blattlose Windgenerator sehr schnell an Änderungen der Windrichtung und -intensität an, unabhängig von Turbulenzen. Eine voll entwickelte laminare Windströmung ist für einen effektiven Betrieb einer Vortex-Turbine nicht erforderlich.

Vortex Bladeless ist hauptsächlich eine Lösung für die dezentrale Energieerzeugung. Es ist perfekt, um in der Nähe eines Hauses oder über dem Dach platziert zu werden. Es kann netz- und netzunabhängig sowie als Teil einer hybriden Solaranlage plus Winderzeugung betrieben werden.

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Die Windkraftanlagen des spanischen Startups Vortex Bladeless brauchen keine Rotorblätter, um Strom zu erzeugen. Sie wiegen im Wind hin und her und nutzen stattdessen die Schwingungsenergie. Jetzt startet die erste Pilotphase des innovativen Konzepts.

 

30.03.2021 – Herkömmliche Windräder bekommen immer mehr Konkurrenz. Nachdem Deutschlands erste Flugwindkraftanlage vor ein paar Monaten in Schleswig-Holstein erfolgreich den Testbetrieb beendet hat und in den Dauerbetrieb gewechselt ist, könnten künftig auch die „Windtürme“ des spanischen Tech-Startups Vortex Bladeless durchstarten. Und diese kommen – wie der Unternehmensname schon vermuten lässt – komplett ohne Rotorblätter und Turbinen aus.

Die Anlagen machen sich die sogenannte „aeroelastische Resonanz“ zunutze, erzeugen also Strom durch die Schwingungen der Maschinen im Wind. Beim Hin- und Herwiegen entstehen Vibrationen, die über einen Generator in Strom umgewandelt werden. Dadurch können sie praktisch überall aufgestellt werden, sind laut dem Hersteller sehr umweltverträglich und brauchen auch keine Schmiermittel, da keine Turbine verbaut wird.

Klein-Windkraftanlage Vortex Nano

Das Unternehmen hat bei seiner Anlage bewusst den Fokus auf den Endverbrauchermarkt gelegt. Die Vortex Nano-Geräte erreichen deshalb „nur“ eine Höhe von 85 Zentimetern. Zukünftig sollen sie als modulare und umweltfreundliche Off-Grid-Windgeneratoren für Systeme mit einem geringen Stromverbrauch zum Einsatz kommen. Dafür lassen sich die Anlagen mit anderen Vortex-Geräten und handelsüblichen Solarmodulen kombinieren.

Damit hat sich die Vision des spanischen Herstellers in den letzten sechs Jahren gewandelt. 2015 waren noch zwei unterschiedliche Modelle geplant – die kleinere Variante mit einer Leistung von vier Kilowatt und einer Höhe von über zwölf Metern, die größere mit einer Leistung von einem Megawatt.

Fördergelder hat das Startup unter anderem durch das EU-Förderprogramm Horizon 2020 erhalten, bei dem die Europäische Kommission zwischen 2014 bis 2020 für Forschung und Innovation Unterstützungen in Höhe von knapp 80 Milliarden Euro verteilt hat. Dadurch konnte Vortex Bladeless auch eine erste Pilotanlage mit dem Namen „Tacoma“ für einen Feldtest installieren, die mit einer Höhe von 2,75 Metern etwas größer als die Nano-Anlagen ist.

Vorteile der Vortex-Anlagen

Der Hersteller verspricht gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen mehrere Vorteile: Aufgrund der deutlich leichteren Bauweise wird ein kleineres Fundament benötigt. Dadurch werden im Bau weniger Rohstoffe verwendet und es ergeben sich geringere Entstehungskosten. Da keine Rotorblätter verbaut werden, haben die Anlagen nicht nur geringere Geräuschemissionen, sondern sind auch weniger gefährlich für die Tierwelt. Ein Nachteil ist hingegen die geringere Energieeffizienz gegenüber klassischen Windrädern.

Zunächst starten die Vortex-Nano-Anlagen im Rahmen einer ersten Pilotphase. Dafür wurden bis Anfang 2021 rund 100 Anlagen produziert, die zunächst nur an NGOs, Universitäten, unabhängige Labore, Kommunen, Naturparks und Partnerunternehmen vertrieben werden. Dadurch will das Startup Messungen vornehmen, die Aufschluss über die unterschiedlichen Verwendungsmöglichkeiten geben. Der Weg für Optimierungen sei noch lang – genau wie bei vielen anderen innovativen Technologien. Die im Rahmen der ersten Testphase gesammelten Erkenntnisse sollen dann auch in die größere Vortex Tacoma-Anlage fließen. Zukünftig könnte es – wie ursprünglich geplant – vielleicht doch noch höhere „Windtürme“ geben.

Tester gesucht

Zunächst will Vortex im nächsten Schritt jedoch die Stichprobe vergrößern und die kleinen Windkraftanlagen in die Hände von Endverbrauchern geben. Im Rahmen einer zweiten Testphase könnten dann schon 1.000 bis 10.000 Exemplare produziert und an Interessierte verteilt werden. Das Unternehmen möchte die Öffentlichkeit darüber informieren, sobald in der aktuellen ersten Testphase ausreichend Daten gesammelt wurden. jk

Quelle: energiezukunft.eu

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ENERGIE

Vortex Bladeless: Spanisches Startup startet Pilotphase mit „flügellosen“ Windrädern

Eine der ersten Vortex Tacoma Anlagen in der Testphase ©Vortex Bladeless
Eine der ersten Vortex Tacoma Anlagen in der Testphase ©Vortex Bladeless
2020 war das Erfolgsjahr für die Windkraft. Insbesondere durch den verstärkten Bau von Windparks in China, sind 2020 so viel Windräder weltweit an das Netz gegangen wie nie zuvor.
Ein Startup aus Spanien will nun möglichst bald eine Alternative zu den klassischen Windrädern auf den Markt bringen.
Das Startup Vortex Bladeless arbeitet an einer Windturbine, welche Energie aus Windkraft generieren soll, ohne die charakteristischen Rotorenblätter der Windräder zu besitzen.
Vielmehr soll die Energie rein durch die Schwingungen der Maschine, durch entsprechendes Vor- und Zurückwiegen im Wind, und den so entstehenden Vibrationen erzeugt werden.
 
Seit mehreren Jahren  arbeitet das Startup bereits an ihrem Modell und wurde auch im Rahmen des EU-Förderprogramms Horizon 2020 gefördert.
Reif für  den Konkurrenzkamp mit den klassischen Windrädern ist das Modell aber noch nicht. Nachdem 2020 nun erste Piloten des 2, 75 Meter hohen Vortex Tacoma für einen Feldtest aufgestellt wurden, sollen 2021 nun zunächst die Vortex Nano Turbinen, eine Mini-Windkraftanlage,  in einer Pilotphase den Betrieb aufnehmen.
S
Äußerlich erinnert es ein wenig an Windräder, bei welchen der „Kopf“ mit den Rotorblättern vergessen wurde und so nur der Fuß in der Landwirtschaft steht. Vo
n der Funktionsweise drängt sich der Gedanke an kleine Figürchen auf, welche auf der Armatur des Autos stehen und sich in der Bewegung des Autos mitbewegen.
Das Prinzip der Energiegewinnung fußt auf Schwingungen. A
uf dem starren Fuß in Form eines Zylinders, ist eine elastische Stange befestigt. W
enn diese sich bewegt, wird über einen Generator Strom erzeugt.
Ausgenutzt wird dabei der aerodynamische Effekt der wirbelinduzierten Schwingung.
Dadurch soll die Windkraftanlagen des Startups auch dann maximal Windenergie generieren können, AUCH wenn dieser nur mäßig weht.
Energieeffizienz ist geringer als bei Windrädern
Den Angaben von Vortex Bladeless zufolge, sollen ihre Windkraftanlagen gegenüber den klassischen Windrädern einige Vorteile aufweisen.
So sollen im Bau weniger Rohstoffe gebraucht werden und sie sollen deutlich leichter seien, sodass sie ein weniger tiefes Fundament brauchen für einen festen Stand.
Somit sollen auch die Entstehungskosten sinken und sich die Investition in eine solche Rotoren-lose Windkraftmaschiene schneller rentieren.
Auch sollen die flügellosen Windräder leiser und UNgefährlich für Vögel und Fledermäuse sein.
Wie das Startup allerdings auch zugibt, ist die Energieeffizienz ihrer Anlage geringer als bei einem herkömmlichen Windrad. Das soll aber durch die Möglichkeit, auf der gleichen Fläche mehr von ihren schmalen Anlagen zu errichten wieder ausgemerzt werden.
Pilotphase mit 100 Mini-Anlagen geplant
Am Markt erhältlich sind die Anlagen von Vortex Bladeless bisher aber nicht.
Für 2021 ist nun eine Produktion von 100 Mini-Windkraftanlagen geplant.
Die Vortex-Nano-Anlagen sind nur 85 Zentimeter hoch und sollen nun Informationen zu nötigen Weiterentwicklungen bringen.
Die Energieeffizienz der Nano-Anlagen ist eher gering, wie das Startup zugibt. Diese sollen weltweit, vorrangig aber in Spanien und Europa zu Universitäten, Naturparks oder anderen öffentlichen Stellen geschickt werden um dann in weiterer Folge Erkenntnisse zu dem Einsatz in der Praxis zu gewinnen.
Mit diesen Erkenntnissen soll dann auch weiter an der Vortex Tacoma gearbeitet werden.
In einem Interview mit dem Guardian, gab der Gründer des Startups an, in weiterer Zukunft auch große Anlagen mit einer Höhe von 140 Metern erbauen zu wollen. M
Mit diesen soll es dann auch möglich sein, Energie bis zu einem Megawatt zu generieren.

 

 

 

 

Die Vortex Nano Anlage soll neue Erkenntnisse für die weitere Erforschung bringen ©Vortex Bladeless
DIE VORTEX NANO ANLAGE SOLL NEUE ERKENNTNISSE FÜR DIE WEITERE ERFORSCHUNG BRINGEN ©VORTEX BLADELESS

Quelle: Tech&Nature

 

MIT Technology Review
Von
  • Phil McKenna

Das spanische Start-up Vortex Bladeless entwickelt eine neue Art von Windkraftanlage, die ohne Rotorblätter auskommt. Das Konzept klingt interessant, doch Experten sehen mehrere Schwachpunkte.

Größere, effizientere Turbinenkonstruktionen liefern immer höhere Leistung, so dass Windkraft in den letzten Jahrzehnten zu einer ernst zu nehmenden Energiequelle geworden ist. Im Jahr 2014 verzeichnete die Branche weltweit Rekordinvestitionen von 99,5 Milliarden Dollar, doch allmählich könnte das Wachstum der Turbinen an Grenzen stoßen.

Schon der Transport ist aufgrund der Größe der Komponenten zunehmend schwierig: Einzelne Rotorblätter und Turmsegmente brauchen oft Speziallastwagen und gerade, breite Straßen. Zudem sind die heutigen Windräder bereits unglaublich toplastig. Die Generatoren und Getriebe auf Plattformen in 100 Metern Höhe können mehr als 100 Tonnen wiegen. Mit zunehmender Länge und Gewicht von Propellern steigen zudem die Materialkosten für breitere und stabilere Türme sowie die Kosten für die Wartung von Komponenten, was die Effizienzvorteile von größeren Turbinen zum Teil wieder auffrisst.

Immer wieder hat die Erneuerbare-Energien-Branche versucht, diese Probleme zu lösen – bislang aber ohne Erfolg. Der neueste Vorschlag jedoch läuft auf radikal andere Windturbinen hinaus: ein Zylinder ganz ohne Rotor, der durch Wind ins Pendeln oder Vibrieren gerät.

Das Konzept stammt von dem spanischen Start-up Vortex Bladeless. Seine Turbinen machen sich die so genannte Vortizität zunutze, also die Wirbeldynamik in Wind und Fluiden. Wenn Wind auf eine der zylindrischen Turbinen trifft, entstehen vor allem an ihrer Lee-Seite Wirbel. Dadurch gerät der Zylinder ins Schwingen, und diese kinetische Energie wird durch einen Lineargenerator ähnlich wie solchen zur Nutzung von Wellenenergie in Strom umgewandelt.

David Yáñez, einer der Gründer des Unternehmens, stieß auf dieses Konzept in seiner Studienzeit, als er sich mit dem Zusammenbruch der Tacoma Narrows Bridge in Washington beschäftigte. Die Brücke stürzte 1940 aufgrund von starken, von Seitenwind ausgelösten Vibrationen ein – ein Lehrbuchbeispiel für technisches Versagen. Yáñez sah tatsächlich eine Lehre darin: "Das ist eine sehr gute Methode, um Energie von einer Flüssigkeit auf einen Festkörper zu übertragen."

Beim leichten Zylinder-Design von Vortex gibt es keine Gänge oder Lager. Laut Yáñez soll es Strom 40 Prozent billiger erzeugen können als konventionelle Windräder. Das Unternehmen hat bislang 1 Million Dollar Kapital von privaten Investoren und der Regierung eingesammelt und bemüht sich um weitere 5 Millionen Dollar. Nach Angaben von Yáñez soll im Jahr 2016 ein 4-Kilowatt-System auf den Markt kommen, um das Jahr 2018 herum dann ein viel größeres mit 1 Megawatt Leistung.

Das klingt vielversprechend, doch wie bei jeder radikalen neuen Idee im Energiebereich gibt es auch bei rotorlosen Turbinen reichlich Skeptiker.

„Bei einer konventionellen Windturbine mit Rotoren durchstreichen die Blätter einen großen Bereich“, sagt Martin Hansen, ein Windkraftexperte an der Technischen Universität von Dänemark. „Bei Vortex hat man nichts als eine Stange.“

Oszillierende Zylinder könnten nicht nur weniger Windenergie aufnehmen, sondern auch nur einen geringeren Anteil davon zu Strom machen, so Hansen weiter. Konventionelle Windräder konvertieren typischerweise 80 bis 90 Prozent der kinetischen Energie ihrer drehenden Rotoren in Strom. Die Umwandlungseffizienz des individuell gefertigten Lineargenerators von Vortex wird laut Yáñez bei 70 Prozent liegen.

Dass mit vibrierenden Turbinen nur ein kleinerer Bereich erfasst wird und dass die Umwandlungseffizienz geringer ist, räumt Yáñez ein. Niedrigere Kosten für Fertigung und Wartung würden diese Nachteile jedoch überwiegen.

Wenn das Unternehmen höhere Anlagen baut, um die höheren Windgeschwindigkeiten in größerer Höhe zu nutzen, stößt es jedoch auf weitere Probleme, die sich aus der Physik der Strömungsmechanik ergeben. Wenn Luft oder Fluide mit geringer Geschwindigkeit an Zylindern mit kleinem Durchmesser vorbeiströmen, geschieht das in einer sanften, konstanten Bewegung. Mit breiteren Zylindern und höheren Windgeschwindigkeiten aber wird die Strömung turbulent und produziert chaotische Wirbel. Dadurch variiert die Oszillationsfrequenz des Zylinders, was es schwierig macht, die Stromproduktion zu optimieren.

„Mit sehr schlanken Zylindern und sehr geringen Geschwindigkeiten bekommt man singende Telefondrähte – eine absolut saubere Frequenz oder einen Ton“, erklärt Sheila Widnall, Professorin für Aeronautik und Astronautik am MIT. „Wenn der Zylinder dagegen sehr groß ist und der Wind sehr stark, bekommt man eine Reihe unterschiedlicher Frequenzen. Man kann dann nicht mehr so viel Energie gewinnen, weil die Oszillation grundlegend turbulent ist.“

Auch die Behauptung von Vortex, seine Turbinen seien fast geräuschlos, stellt Widnall in Frage. „Die Oszillationsfrequenzen, die den Zylinder bewegen, werden Lärm verursachen“, sagt sie. „Es wird sich anhören, als würde ein Güterzug durch den Windpark fahren.“

Oszillierende Zylinder sind nur eine von vielen neuen Technologien, die darauf abzielen, mit weniger Aufwand mehr Windstrom zu erzeugen. Makani Power etwa entwickelt „Energie-Drachen“ – mit einer Bodenstation verbunden, fliegen sie in der Luft große Kreise ähnlich wie die Spitze eines konventionellen Rotorblatts und produzieren mit kleinen Turbinen an Bord Strom aus Wind. Makami wurde im Jahr 2013 von Google X übernommen, der halbgeheimen Forschungseinheit von Google. Deren Leiter Astro Teller sagte in diesem März, bald würden die ersten Tests mit einem 600-Kilowatt-Drachen beginnen.

Korrektur: In einer vorherigen Version des Textes war fälschlicherweise von einem "rotorlosen Windrad" die Rede. Das ist natürlich irreführend. Wir haben die Überschrift sowie den Text nun mit der Bezeichnung "Windkraftanlagen" korrigiert. Außerdem haben wir die Formulierung "Wind und andere Flüssigkeiten" berichtigt - hier wird eigentlich auf "Fluid", ein Ausdruck aus der Strömungslehre, Bezug genommen. Er wird für Gase und Flüssigkeiten verwendet.

Merkmale der schaufellosen Turbine 
Windkraftanlagen werden für die Stromversorgung immer wichtiger, trotzdem wehren sich Bürger an vielen Orten vehement gegen neue Windparks. Vertikale Windkraftanlagen wie die von Vortex Bladeless könnten eine Alternative werden. Sie erzeugen Strom ohne Rotoren aus Schwingungsenergie.
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Rotorlose Windkraftanlagen: Schick, aber nutzlos?

Das spanische Start-up Vortex Bladeless entwickelt eine neue Art von Windkraftanlage, die ohne Rotorblätter auskommt. Das Konzept klingt interessant, doch Experten sehen mehrere Schwachpunkte.

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MIT Technology Review
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  • Phil McKenna

Das spanische Start-up Vortex Bladeless entwickelt eine neue Art von Windkraftanlage, die ohne Rotorblätter auskommt. Das Konzept klingt interessant, doch Experten sehen mehrere Schwachpunkte.

Größere, effizientere Turbinenkonstruktionen liefern immer höhere Leistung, so dass Windkraft in den letzten Jahrzehnten zu einer ernst zu nehmenden Energiequelle geworden ist. Im Jahr 2014 verzeichnete die Branche weltweit Rekordinvestitionen von 99,5 Milliarden Dollar, doch allmählich könnte das Wachstum der Turbinen an Grenzen stoßen.

Schon der Transport ist aufgrund der Größe der Komponenten zunehmend schwierig: Einzelne Rotorblätter und Turmsegmente brauchen oft Speziallastwagen und gerade, breite Straßen. Zudem sind die heutigen Windräder bereits unglaublich toplastig. Die Generatoren und Getriebe auf Plattformen in 100 Metern Höhe können mehr als 100 Tonnen wiegen. Mit zunehmender Länge und Gewicht von Propellern steigen zudem die Materialkosten für breitere und stabilere Türme sowie die Kosten für die Wartung von Komponenten, was die Effizienzvorteile von größeren Turbinen zum Teil wieder auffrisst.

Immer wieder hat die Erneuerbare-Energien-Branche versucht, diese Probleme zu lösen – bislang aber ohne Erfolg. Der neueste Vorschlag jedoch läuft auf radikal andere Windturbinen hinaus: ein Zylinder ganz ohne Rotor, der durch Wind ins Pendeln oder Vibrieren gerät.

Das Konzept stammt von dem spanischen Start-up Vortex Bladeless. Seine Turbinen machen sich die so genannte Vortizität zunutze, also die Wirbeldynamik in Wind und Fluiden. Wenn Wind auf eine der zylindrischen Turbinen trifft, entstehen vor allem an ihrer Lee-Seite Wirbel. Dadurch gerät der Zylinder ins Schwingen, und diese kinetische Energie wird durch einen Lineargenerator ähnlich wie solchen zur Nutzung von Wellenenergie in Strom umgewandelt.

David Yáñez, einer der Gründer des Unternehmens, stieß auf dieses Konzept in seiner Studienzeit, als er sich mit dem Zusammenbruch der Tacoma Narrows Bridge in Washington beschäftigte. Die Brücke stürzte 1940 aufgrund von starken, von Seitenwind ausgelösten Vibrationen ein – ein Lehrbuchbeispiel für technisches Versagen. Yáñez sah tatsächlich eine Lehre darin: "Das ist eine sehr gute Methode, um Energie von einer Flüssigkeit auf einen Festkörper zu übertragen."

Beim leichten Zylinder-Design von Vortex gibt es keine Gänge oder Lager. Laut Yáñez soll es Strom 40 Prozent billiger erzeugen können als konventionelle Windräder. Das Unternehmen hat bislang 1 Million Dollar Kapital von privaten Investoren und der Regierung eingesammelt und bemüht sich um weitere 5 Millionen Dollar. Nach Angaben von Yáñez soll im Jahr 2016 ein 4-Kilowatt-System auf den Markt kommen, um das Jahr 2018 herum dann ein viel größeres mit 1 Megawatt Leistung.

Das klingt vielversprechend, doch wie bei jeder radikalen neuen Idee im Energiebereich gibt es auch bei rotorlosen Turbinen reichlich Skeptiker.

„Bei einer konventionellen Windturbine mit Rotoren durchstreichen die Blätter einen großen Bereich“, sagt Martin Hansen, ein Windkraftexperte an der Technischen Universität von Dänemark. „Bei Vortex hat man nichts als eine Stange.“

Oszillierende Zylinder könnten nicht nur weniger Windenergie aufnehmen, sondern auch nur einen geringeren Anteil davon zu Strom machen, so Hansen weiter. Konventionelle Windräder konvertieren typischerweise 80 bis 90 Prozent der kinetischen Energie ihrer drehenden Rotoren in Strom. Die Umwandlungseffizienz des individuell gefertigten Lineargenerators von Vortex wird laut Yáñez bei 70 Prozent liegen.

Dass mit vibrierenden Turbinen nur ein kleinerer Bereich erfasst wird und dass die Umwandlungseffizienz geringer ist, räumt Yáñez ein. Niedrigere Kosten für Fertigung und Wartung würden diese Nachteile jedoch überwiegen.

Wenn das Unternehmen höhere Anlagen baut, um die höheren Windgeschwindigkeiten in größerer Höhe zu nutzen, stößt es jedoch auf weitere Probleme, die sich aus der Physik der Strömungsmechanik ergeben. Wenn Luft oder Fluide mit geringer Geschwindigkeit an Zylindern mit kleinem Durchmesser vorbeiströmen, geschieht das in einer sanften, konstanten Bewegung. Mit breiteren Zylindern und höheren Windgeschwindigkeiten aber wird die Strömung turbulent und produziert chaotische Wirbel. Dadurch variiert die Oszillationsfrequenz des Zylinders, was es schwierig macht, die Stromproduktion zu optimieren.

„Mit sehr schlanken Zylindern und sehr geringen Geschwindigkeiten bekommt man singende Telefondrähte – eine absolut saubere Frequenz oder einen Ton“, erklärt Sheila Widnall, Professorin für Aeronautik und Astronautik am MIT. „Wenn der Zylinder dagegen sehr groß ist und der Wind sehr stark, bekommt man eine Reihe unterschiedlicher Frequenzen. Man kann dann nicht mehr so viel Energie gewinnen, weil die Oszillation grundlegend turbulent ist.“

Auch die Behauptung von Vortex, seine Turbinen seien fast geräuschlos, stellt Widnall in Frage. „Die Oszillationsfrequenzen, die den Zylinder bewegen, werden Lärm verursachen“, sagt sie. „Es wird sich anhören, als würde ein Güterzug durch den Windpark fahren.“

Oszillierende Zylinder sind nur eine von vielen neuen Technologien, die darauf abzielen, mit weniger Aufwand mehr Windstrom zu erzeugen. Makani Power etwa entwickelt „Energie-Drachen“ – mit einer Bodenstation verbunden, fliegen sie in der Luft große Kreise ähnlich wie die Spitze eines konventionellen Rotorblatts und produzieren mit kleinen Turbinen an Bord Strom aus Wind. Makami wurde im Jahr 2013 von Google X übernommen, der halbgeheimen Forschungseinheit von Google. Deren Leiter Astro Teller sagte in diesem März, bald würden die ersten Tests mit einem 600-Kilowatt-Drachen beginnen.

Korrektur: In einer vorherigen Version des Textes war fälschlicherweise von einem "rotorlosen Windrad" die Rede. Das ist natürlich irreführend. Wir haben die Überschrift sowie den Text nun mit der Bezeichnung "Windkraftanlagen" korrigiert. Außerdem haben wir die Formulierung "Wind und andere Flüssigkeiten" berichtigt - hier wird eigentlich auf "Fluid", ein Ausdruck aus der Strömungslehre, Bezug genommen. Er wird für Gase und Flüssigkeiten verwendet.

Warum klassische Windräder unbeliebt sind

Bei einer Umfrage der Fachagentur Windenergie an Land sagten 79 Prozent der Befragten, die Windenergienutzung sei wichtig. Allerdings wollen viele die Anlagen auf keinen Fall vor der eigenen Haustür haben. Immer wieder wird der Baubeginn für neue Windparks durch Klagen der Anwohner teils jahrelang verzögert. Die Windräder sind zu laut, gefährlich für Vögel und zerstören die Landschaft, heißt es immer wieder.

So funktionieren vertikale Windkraftanlagen

Die Windkraftanlagen des spanischen Start-ups Vortex Bladeless können manche dieser Nachteile ausgleichen. Auf den ersten Blick sind sie nicht als Windkraftanlagen erkennbar: Sie haben keine Rotoren und ähneln damit eher Säulen. Mit drei Metern Höhe sind sie zudem viel kleiner als klassische Windräder.

Wie erzeugen solche Windkraftanlagen Strom? Die Anlagen sind fest im Boden verankert. Der Wind versetzt den oberen Teil in Bewegung, basierend auf dem aerodynamischen Effekt der wirbelinduzierten Schwingung. Diese Schwingungsenergie erzeugt Strom über einen Generator.

Günstigerer Strom, aber weniger Leistung

Die Idee kam David Yáñez, einem der Gründer von Vortex Bladeless, als er sich mit dem Zusammenbruch der Tacoma-Narrows-Brücke in Washington beschäftigte. Die Hängebrücke stürzte im Jahr 1940 ein, weil starker Wind sie in so starke Schwingung versetzt hatte, dass ihre Seile rissen.

Diese Schwingungsenergie nutzen auch die rotorlosen Windkraftanlagen, die Yáñez heute entwickelt. Der Vorteil der Anlagen liegt darin, dass sie ohne Getriebe auskommen und deshalb weniger Wartung benötigen und langlebiger sind. Das soll auch den erzeugten Strom günstiger machen. Vortex Bladeless schätzt, dass der Strom aus den vertikalen Windkraftanlagen um 40 Prozent günstiger sein kann als der aus herkömmlichen Windrädern.

Zudem sollen die Anlagen auch dann ihre maximale Energie liefern, wenn nur mäßig Wind weht. Anders als klassische Windräder stellen sie weder eine Gefahr für Vögel dar, noch erzeugen sie Lärm oder den sogenannten Schlagschatten durch die Rotoren, über den sich immer wieder Anwohner beschweren.

Der Nachteil der kleinen Anlagen ist, dass sie weniger Strom erzeugen als die riesigen Windräder, die teilweise weit über 100 Meter groß sind. Doch dafür könnten sie überall dort stehen, wo kein Platz für große Anlagen ist – in der Stadt etwa. Dort könnten sie Teil einer dezentralen Stromversorgung werden. Auf dem Land können sie zu kleinen Windparks zusammengeschaltet werden.

Den Preis für eine kleine Anlage gibt Vortex Bladeless mit 300 Euro an. Sie liefert 100 Watt und damit rund 20.000-mal weniger Strom als ein klassisches Windrad. Das spanische Start-up will künftig aber auch größere Anlagen entwickeln, die bis zu einem Megawatt Leistung erbringen. Vortex Bladeless arbeitet schon einige Jahre an der Idee und erhielt dafür unter anderem Fördergelder aus dem EU-Programm Horizon 2020.

Die erste Testphase läuft

Noch ist die Idee in der Testphase. 2021 wird Vortex Bladeless eine Kleinserie von 100 Exemplaren der Vortex Nano herstellen, einer kleinen, nur 85 Zentimeter hohen Anlage. Sie sollen an NGOs, Universitäten, Gemeinden, Forschungslabore, Naturparks und Partnerfirmen gehen, wo sie getestet werden und damit wichtige Daten für die Weiterentwicklung der Idee liefern sollen. Im nächsten Schritt sollen auch Endverbraucher in die Tests einbezogen werden.

Ob diese vertikalen Windkraftanlagen ein nennenswerter Beitrag zur Energiewende werden, wird sich also erst später zeigen. Für das norwegische Energieunternehmen Equinor zählt Vortex Bladeless auf jeden Fall zu den zehn interessantesten Start-ups im Energiebereich.

 

Quelle: energyload.eu

 

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