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News: Fliegen-Quirl

Moderne Windanlagen sind High-Tech vom Feinsten, doch trotz aller erfinderischer Schläue spielten sie den Konstrukteuren 15 Jahre lang einen nervigen Streich. Die Windräder sind nämlich überaus launisch und leisten bisweilen von heute auf morgen nur noch die Hälfte ihrer Arbeit - trotz gleichbleibenden Windes. Jetzt kam endlich raus, dass hier David gegen Goliath kämpft, die Hummel gegen die Aerodynamik.
Besitzern von Windkraftanlagen stehen die Haare zu Berge, doch wenn sie den Kundendienst anrufen, treffen sie nur auf gleichermaßen genervte Ingenieure. Der Grund: Die teuren Kleinkraftwerke zicken, liefern mal mehr und mal weniger Strom. Nicht, weil es mal mehr und mal weniger stürmt, sondern einfach so. Da kann es schon mal sein, dass die Leistung von heute auf morgen um 25 Prozent, ja sogar 50 Prozent abnimmt, um dann nach ein paar Tagen wieder anzusteigen.

15 Jahre lang zuckten die Konstrukteure die Schultern, schließlich hatte man an der Aerodynamik gefeilt, neue Materialien ausprobiert oder nach vertikalen Windscherungen gesucht. Völlig verrückt war, dass die Turbinen in Kalifornien, Gibraltar oder Israel offenbar launischer sind als andernorts. "Wir haben bis zu 20 Stunden am Tag gearbeitet, kamen jeden Tag auf neue Ideen, um sie gleich wieder zu verwerfen", berichtet Gustave Corten vom Energy Research Center of the Netherlands.

Insekten! Könnten sie in den Quirl geraten und als klebrige Leichen den Luftstrom unterbrechen? Corten und sein Kollege Herman Veldkamp vom Turbinenhersteller NEG Micon A/S waren interessiert, vor allem aber skeptisch. Schließlich würde man in so einem Fall eine kontinuierliche Leistungsabnahme erwarten, doch das Gegenteil ist normalerweise der Fall: Die Energieproduktion geht in spürbaren Intervallen in die Knie. Außerdem sei fraglich, ob Insekten überhaupt in dieser Höhe anzutreffen sind, vor allem, wenn der Wind ordentlich bläst. Um Kurs halten zu können, sind sie vielmehr auf leichte Winde angewiesen.

Doch nach wochenlangen Versuchen in Kalifornien kamen die Forscher dem Mysterium endlich auf die Spur. Sie hatten die Rotorblätter mit Reflektoren versehen, die sich bei Strömungsabriss aufrichteten und Licht reflektierten. Mit einer 25-Hertz-Videokamera konnten Corten und Veldkamp so das Strömungsverhalten der Rotorblätter studieren. Die Insekten simulierten sie, indem sie die Vorderkante der Blätter mit rauen Kunststofffilmen beklebten. Klares Ergebnis: Strömungsabriss und Leistungsabfall bei Rotorgeschwindigkeiten über elf Metern pro Sekunde.

Bleibt das Problem, warum es nur an windigen Tagen zum Spannungsabfall kommt; genau dann, wenn die Fliegen, Käfer und Heuschrecken nicht fliegen, sondern Schutz in Bäumen und Sträuchern suchen. Des Rätsels Lösung: Den Tod finden die Insekten vor dem Sturm, an relativ windstillen Tagen, wenn also optimale Flugbedingungen herrschen, die Rotoren aber mit elf Metern pro Sekunde schon tödlich sind.

Und da die Windanlage an solchen Tagen sowieso nicht viel liefert, fällt ein Leistungsabfall nicht auf. Wird es stürmisch, dann bleiben die Insekten in der Tat am Boden - während ihre toten Artgenossen in Aktion treten. Je höher die Drehzahl der Turbine, umso schlechter die Aerodynamik, bei Rotorgeschwindigkeiten zwischen elf und 25 Metern pro Sekunde kam es regelmäßig zu Strömungsabrissen, die das Windrad bremsten. Auf diese Weise kommt es zu jenem rätselhaften aber deutlichen Leistungsabfall.

Problem erkannt, doch nicht gebannt, denn eine elegante Lösung gibt es nicht. Im einfachsten Fall leistet ein kräftiger Regenguss wirksam Abhilfe, ansonsten gilt: mühseliges Putzen mit Schwamm und Bürste.

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  • Quellen
Nature 412: 41–42 (2001)

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