Die überwiegende Mehrheit der derzeit installierten Windenergieanlagen hat drei Rotorblätter. Warum nicht vier? Oder zwei? Oder viel mehr, um so viel Wind wie möglich zu fangen?
Die schnelle Antwort ist, dass eine zweiflügelige Windkraftanlage bereits für einen hohen Wirkungsgrad sorgt. Mit zwei Klingen benötigen Sie deutlich weniger Material-, Bau- und Wartungskosten. Ein drittes oder viertes Rotorblatt macht die Windenergieanlage geringfügig effizienter, während die Bau- und Materialkosten erheblich steigen. Die vier Rotorblätter unserer historischen Windmühlen waren eher eine praktische Wahl.
Die vier Flügel unserer historischen Windmühlen waren eher eine praktische Wahl.
Betz-Gesetz
Albert Betz formulierte 1919 das Gesetz, dass ein idealer Rotor maximal 59% der Energie aus dem Wind gewinnen kann. Wenn Sie mehr Energie aus dem Wind gewinnen, verlangsamt sich der Wind weiter, was die Windzufuhr zur Turbine verringert. Ein idealer Rotor hat unendlich unendlich schmale Turbinenschaufeln, aber laut einem Dokument, das Siemens 2007 erstellt hat und in dem sie sich mit unserer Frage befassen, heißt es, dass moderne dreiflügelige Windenergieanlagen dank eines intelligenten Blattdesigns und einer gut gewählten Drehzahl 80% der Betz-Grenze erreichen; Eine zweiflügelige Turbine würde 5% weniger Wirkungsgrad erzielen, aber aufgrund der geringeren Kosten eine höhere Kapitalrendite erzielen.
Zweiflügelige Windenergieanlagen bieten gegenüber dreiflügeligen Windenergieanlagen eine Reihe deutlicher Vorteile.
Der große Vorteil einer reduzierten Anzahl von Schaufeln (und Pitchantrieben) ist das Rotorgewicht (und damit das Material), das etwa 30% weniger schwer ist als ein vergleichbarer dreiflügeliger Rotor (Aerodyne engineering GmbH, 2014). Da zweiflügelige Rotoren mit einer höheren Drehzahl arbeiten, ist das Drehmoment auf der Welle geringer und folglich sind Rotor und Gondel (in denen sich beispielsweise Generator und Antriebsstrang befinden) leichter. Ein weiterer Vorteil eines Rotors mit weniger als drei Schaufeln besteht darin, dass er bei Stürmen horizontal gedreht werden kann, sodass er weniger vom Blitz getroffen wird.
Zweiflügelige Rotoren sind rund 30% weniger schwer als vergleichbare dreiflügelige
Ein weiterer Vorteil bei Transport und Bau: Ein zweiflügeliger Rotor kann komplett vormontiert und vorgetestet auf einem Schiffsdeck zum Windparkgelände transportiert werden (De Vries, 2011). Schließlich können extreme Belastungen durch horizontales Parken des Rotors erheblich reduziert werden (Aerodyne engineering GmbH, 2014). Durch reduzierte Extremlasten können Turm und Fundament leichter ausgelegt werden.
Geschmackssache
Roberto Delgado, Principal Engineer bei 2-B Energy: „Es ist Geschmackssache, zwischen zwei- oder dreiflügeligen Windenergieanlagen zu wählen“. Einige bevorzugen nur dreiblättrige Modelle, weil sie sagen, dass sie ästhetischer sind. Delgado will den zweiflügeligen Windkraftanlagen neues Leben einhauchen. In Eemshaven ist nun seit sechs Jahren eine zweiflügelige 6 MW 2-B Energy Windturbine installiert. Durch individuelle pitch control (IPC), unabhängig steuerung der pitch von jeder turbine klinge, diese wind turbine kann nehmen viel von der dynamischen last. Schauen Sie sich an, wie unsere Pitching-Technik funktioniert https://windenergysolutions.nl/technology/
Sturmresistenz
Ein großer Nachteil in Gebieten mit dem konstantesten guten Wind ist, dass sie sich periodisch in starke Stürme und Hurrikane verwandeln können. Die meisten Windturbinen können den hohen Windgeschwindigkeiten, die diese Wetterbedingungen mit sich bringen, nicht standhalten. 2-Blatt-Windturbinen können mit einem Kran anstelle der beiden Kräne, die die meisten 2-Blatt-Turbinen benötigen, leicht und schnell heruntergefahren werden.
Unser In-Board-Hebekran kann die Wartungskosten der zweiflügeligen Windenergieanlagen erheblich reduzieren.
Unser gesamtes Sortiment an Windenergieanlagen kann mit einem bordeigenen Hebekran ausgestattet werden, der einfach bedient werden kann, um die gesamte technische Installation der Anlage ohne externen Kran innerhalb weniger Stunden zu sichern. Auf diese Weise müssen keine hohen Kosten für die Versorgung und den Einsatz einer beliebigen Mobilkrananlage anfallen.
Ein zweiter Vorteil dieser eingebauten Aufzugskonstruktion besteht darin, dass Inspektionen am Rotor und größere Wartungsarbeiten auch ohne Geräte von außen durchgeführt werden können. Neben den Vorteilen der Anlage gegenüber dreiflügeligen Windenergieanlagen reduziert dies die Wartungskosten der zweiflügeligen Windenergieanlagen erheblich.
Sehen Sie sich unsere Animation des Bord-Hebekrans in Aktion an.
Prognose
Delgado sieht vor, dass Turbinen mit 10, 12 oder mehr Megawatt auf die zweiflügelige Bauweise zurückgehen. Die dynamische Last kann mit einer guten Lenkung immer besser kontrolliert werden. Laut Delgado hat ein zweiflügeliges Design für eine Windkraftanlage im Jahr 2019 einen um weniger als 3% geringeren Wirkungsgrad als sein dreiflügeliges Gegenstück mit gleichem Durchmesser. Sie erhalten dann zusätzlichen Strom aus längeren Turbinenschaufeln, während Sie weiterhin von geringeren Bau-, Material- und Wartungskosten profitieren können.
Eine Reihe von Unternehmen hat begonnen, große zweiflügelige Windkraftanlagen zu entwickeln und zu bauen (Schorbach und Dalhoff, 2012; Clover und Snieckus, 2014). Dieses erneute Interesse an zweiflügeligen Windenergieanlagen ist vor allem auf den verstärkten Fokus auf Offshore-Windenergie zurückzuführen. Die Energiekosten werden um 10-12% gesenkt, und in Clover and Snieckus (2014) wird eine Reduzierung von 20% auf dem Papier für zweiflügelige Windkraftanlagen erwähnt. Die potenziellen Kosten der Energieeinsparung machen zweiflügelige Turbinen zu einer interessanten Gelegenheit, die die Hersteller aktiv erkunden.