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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Insekten mindern Leistung von Windrädern |
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| | | Windräder zur Stromerzeugung sollten eigentlich bei steigender Windstärke auch mehr Strom produzieren. Genau dies tun sie allerdings häufig nicht, was Experten seit Jahren verwirrt. Das Rätsel könnte jetzt dank einer neuen Studie gelöst sein: Tote Insekten, die an Windrädern kleben, sollen für die geringe Ausbeute verantwortlich sein. |
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Das berichtet ein holländisch-dänisches Wissenschaftler-Team in der aktuellen Ausgabe des britischen Fachmagazins "Nature".
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Zerplatzte Insekten rauen Oberfläche auf |
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Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten sammeln sich auf den Vorderkanten der Rotorblätter zerplatzte Insekten an, erläutern die Autoren. In starkem Wind kann an der dadurch rauen Oberfläche die Luftströmung abreißen - die Stromausbeute sinkt.
Solche Leistungsverluste ¿ teilweise bis auf die Hälfte ¿ waren beispielsweise auf kalifornischen Windfarmen aufgefallen. Der Grund war bisher jedoch unbekannt.
Mit speziell entwickelten Reflektoren, die auf die Rotorblätter geklebt wurden, konnten die Fachleute die Auswirkungen der toten Insekten nun direkt beobachten.
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Windenergie
Mit Hilfe von Windkraftanlagen kann die in den strömenden Luftmassen vorhandene kinetische Energie, in elektrische Energie umgewandelt werden. Der Rotor ist das Systemelement, das mit Hilfe eines oder mehrerer Rotorblätter die im Wind enthaltene Energie in eine mechanische Drehbewegung umwandelt. Das Getriebe wandelt die vom Rotor erzeugte Drehzahl von 30-50 U/min in die für den meist vierpoligen Generator notwendige Drehzahl von ca. 7.500 U/min. Der Netzanschluss der Windkraftanlage erfolgt durch direkte oder indirekte Netzkopplung. Im ersten Fall ist eine nahezu konstante Drehzahl entsprechend der Netzfrequenz des Generators erforderlich. Dadurch entstehen hohe dynamische Belastungen im Triebstrang der Anlage. Bei indirekter Netzkopplung hingegen erfolgt die Anbindung über einen zwischengeschalteten Gleichstromkreis. Der durch die Anlage erzeugte Wechselstrom, mit wechselnder Frequenz, wird so zunächst in Gleichstrom und anschließend wieder in Wechselstrom, mit der notwendigen Frequenz und Spannung, umgewandelt. Dadurch ist ein drehzahlvariabler Betrieb der Windkraftanlage möglich und die dynamischen Belastungen werden minimiert. |
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 Mehr Informationen bei www.windkraft.de |
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Erfindung brachte Rätsels Lösung |
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Für die Untersuchung dieses Forschern als "multiple stalling" bekannten Phänomens wurden die so genannte "stall flags" (siehe Abbildung, 1.), verwendet, die schon bei früheren Studie zum Einsatz gekommen waren.
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Einfach auf die Blätter kleben... |
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Die Vorrichtung wird einfach auf die Rotorblätter eines Windrades geklebt. Sie arbeitet mit einer Lasche, die an einer beweglichen Angel hängt. Darunter verborgen ist ein Reflektor.
Die Lasche öffnet sich, wenn durch eine aufgeraute Oberfläche eine Art abgetrennte Windströmung auftritt, die entgegen der normalen Strömung fließt. Dabei wird der Reflektor enthüllt, der bei Licht aufscheint (siehe oben Abbildung 2.)
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Lampe lässt Reflektoren aufscheinen |
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Eine auf das Windrad gerichtete starke Lampe verrät den Forschern die Stellen, an denen sich ein Luftwiderstand gebildet hat (siehe Abbildung rechts). Mit dieser Technik beobachtete das Team wochenlang Windkraftanlagen in Kalifornien, die über Stromverlust bei starkem Wind klagten.
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Insekten schienen erst unwahrscheinlich |
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Die Forscher glaubten zunächst, dass natürliche Ablagerungen ¿ also vor allem Insekten ¿ auf den Rotorblättern für den Verlust verantwortlich seien. Doch die Energieerzeugung verminderte sich nicht kontinuierlich, sondern eher in größeren Schritten, was gegen diese Annahme sprach.
Zudem fliegen Insekten nur bei bestimmten Wetterbedingungen: hohe Luftfeuchtigkeit und wenig Wind. Doch die Stromerzeugung nahm immer erst bei starkem Wind ab.
Schließlich fanden die Wissenschaftler die Lösung: Zwar flogen die Insekten tatsächlich nur bei geringerer Windstärke ¿ und zerplatzten dann auf den Rotorblättern. Doch der Nachteil für die Energieerzeugung macht sich tatsächlich erst bei starkem Wind bemerkbar.
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Putzen als einzige Möglichkeit |
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Der Verlust lasse sich jedoch einfach vermeiden, meinen die Autoren: Die Rotorblätter müssen nur regelmäßig gesäubert werden. Doch leider gibt es dafür zumindest momentan noch keine Hich-Tech-Lösung. Entweder die Betreiber reinigen die Blätter per Hand, oder sie warten auf einen reinigenden Regenschauer.
(red)
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Der Originalartikel im Nature Magazine (kostenplichtig)
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01.01.2010 |
