Es weht ein frischer Wind in Kalifornien. Bei Pasadena treibt er 24 ungewöhnliche Windkraftwerke an. Sie besitzen keine ausladenden Flügel – stattdessen ist die Turbine vertikal im Turm angeordnet und wird von senkrechten Rotoren angetrieben, die sich um den Turm drehen. Der Vorteil: So können die einzelnen Anlagen viel enger beieinander stehen und die abgeleiteten Ströme ihrer Nachbarn nutzen.
„Gemessen an der Fläche können solche Windparks zehnmal effektiver sein als herkömmliche“, sagt Projektleiter John Dabiri vom California Institute of Technology. Im Juni hat der US-Hersteller Windspire angekündigt, solche Anlagen auch nach Europa zu exportieren.
Weltweit ist Windkraft die erfolgreichste Quelle erneuerbarer Energie. Aber um auch bei geringerem Wind und schlechteren Standorten wirtschaftlich und verlässlich zu sein, arbeitet die nächste Generation der Windunternehmer an zahlreichen neuen Konzepten.
So hat Siemens Energy eine neue getriebelose Anlage entwickelt, deren Rotor sich schon bei mäßigem Wind dreht. Das Design des Rotorblatts ermöglicht der Turbine eine erhöhte Windausbeute. Sie eignet sich für Maschinen mit einer Leistung von 2,3 Megawatt (MW) und einem Rotordurchmesser von 113 Metern für Standorte mit niedrigen bis mittleren Windgeschwindigkeiten.
Die gibt es auch in Deutschland immer häufiger. Um bis zu 15 Prozent hat die Windstärke in Bodennähe in den vergangenen 30 Jahren weltweit nachgelassen, berichten französische Forscher. Schon im dritten Jahr hintereinander verzeichneten deutsche Wind-Ernter 2010 sinkende Windstärken.
Der gezielte Abbau von Windparkschwächen steht in Vordergrund
Auch die Wartung beeinträchtigt die Effizienz. Um deren Kosten so gering wie möglich zu halten, setzten Entwickler auf Sensorik. Die Münchener Firma Fos4x entwickelt einen Glasfasersensor, der die Materialermüdung eines Rotors misst. Entlang seiner Längsachse wird eine mit Sensoren bestückte Glasfaser angebracht. Sie wird regelmäßig von Infrarotlicht durchleuchtet. Fließt das Licht nicht wie gewohnt durch die Faser, schlagen die Sensoren Alarm. Denn der Grund könnte eine Verformung des Rotors sein. „So können wir Schäden frühzeitig erkennen und Wartungen besser planen“, sagt Mathias Müller, Geschäftsführer von Fos4x. Das Verfahren rechne sich bei größeren Anlagen ab einer Leistung von 1,5 Megawatt.
Bei kleineren Kraftwerken galt lange das sogenannte Repowering, also der Austausch leistungsschwacher durch größere Turbinen, als das Maß der Dinge bei der Effizienzsteigerung. Der Boom blieb bislang jedoch aus wegen hoher Investitionen und langwieriger Genehmigungsverfahren. Nach Angaben des Deutschen Windenergie-Instituts konnten im ersten Halbjahr nur 25 Windenergieanlagen mit einer Leistung von zusammen 21 MW durch 13 Windenergieanlagen mit zusammen 42 MW ersetzt werden.
An die Stelle des Repowerings tritt das Upgrading, also die gezielte Behebung einzelner Schwachstellen eines existierenden Windparks.
Auch dabei spielt Sensorik eine Rolle. Die Firma Availon will die Lebensdauer von Getrieben verlängern. Ihnen droht Schaden, wenn die Kräfte der Rotoren über die Jahre an ihnen zerren. Nicht selten geraten Getriebe ganz allmählich und unbemerkt aus den Fugen. Doch dann ist es zu spät. Availon rüstet ältere Anlagen nun mit Sensoren aus, die jede Verlagerung des Getriebes an die Fernüberwachung der Anlage melden.
Mechanisch erhöht der Projektentwickler Energiekontor die Effizienz von Altanlagen. Er hat eine Art Schuh für Rotorspitzen entwickelt. Die ein Meter lange Verlängerung wird einfach auf den 26 Meter langen Rotor aufgesetzt. Im Test an einer Windkraftanlage im niedersächsischen Debstedt habe man so sieben Prozent mehr Energie gewonnen, sagt Sebastian Herzog, Geschäftsführer von Energiekontor Portugal. Anfang 2012 soll das Produkt marktreif sein. „Wir wollen das Prinzip auch auf andere Rotorblätter übertragen“, sagt Herzog.
