Wir sind auf der New Energy 2015 auf Stand 3B26 vertreten:
Vertikale Windturbine mit zukunftsweisender Technik
ESTREYA ist eine dem Stand der zukunftsweisenden Technik entsprechende vertikale Windturbine (VAWT vertical axis wind turbine) die von SWIRL SeCS in Luxemburg entwickelt und hergestellt wird. Im Juli 2014, nach einer intensiven Zeit der Systementwicklung, wurde sie als weltweit erste vertikale Windturbine VAWT mit einem Engineering Design Zertifikat laut IEC 61400-2 für Wind Klasse I für Gebäudeintegrierte Anwendungen ausgezeichnet. Für die erste Anlage in Berdorf (Luxemburg) wurden Berechnungen durchgeführt und die vertikale Windturbine auf einem Wasserturm installiert. Dieser Standort eignete sich für die erste Testphase sehr gut, obwohl Luxemburg sich nicht einmal in der Windklasse IV befindet. Das speziell dafür entwickelte Struktur- und Steuersystem wurde in Hinsicht auf weitere Anlagen für Regionen entwickelt, in denen Windverhältnisse der Windklasse I und II auftreten. Die komplette Systemzertifizierung wird weitere sechs Monate in Anspruch nehmen und im Kaiser-Wilhelm-Koog, direkt an der Küste Schleswig-Holsteins gelegen, erfolgen. Dort wird die vertikale Windturbine in rauer Küstenluft getestet und von der DNV-GL, dem Zertifizierer für Windkraftanlagen, auf Herz und Nieren geprüft.
Was ist das Besondere an der ESTREYA?
Zertifizierung der vertikalen Windturbine für die Windklasse I
Die ESTREYA wurde als vertikale Windturbine für die Windklasse I entwickelt und das bedeutet, dass die Herstellung und Zertifizierung für hohe Windgeschwindigkeiten erfolgt.
In der Antike nutzten die Perser schon Vertikal Axis Wind Turbinen (VAWT) um Getreide zu mahlen, benötigten dabei einen schwächeren aber stetigen Wind. Zeit und Effektivität spielten dabei eine Nebenrolle.
Alles beginnt mit der Physik, der Wind Energie, die kinetische Energie, die Bewegung in der Luft.
Die verfügbare Wind Energie wird so ausgedrückt:
Formel der Windenergie zur Berechnung der Windleistung
½ Luft Densität(Luftdichte) * bestrichene Fläche * Wind Geschwindigkeit (hoch 3)
Also ist Wind Energie “hoch drei” im Verhältnis zur Wind Geschwindigkeit: d.h. die verfügbare Energie wird mit acht multipliziert wenn die Windgeschwindigkeit sich verdoppelt.
Da Wind-Turbinen bei größeren Windgeschwindigkeiten diese Starkwinde in verfügbare Energie umwandeln sollen, müssen diese widerstandsfähig und robust sein. Deshalb haben wir uns entschlossen die ESTREYA für die wildeste der Windklasse von allen, die Windklasse 1, zu zertifizieren.
Wenn man vom Wirkungsgrad spricht, muss man die physikalischen Grenzen der Wind Energie Umwandlung berücksichtigen, das so-genannte Betz Gesetz (Betzsche Gesetz), welches ein theoretisches Maximum setzt, unabhängig vom Design, für jede Windkraftanlage bedeutet. Laut diesem Gesetz, kann keine Windturbine mehr als 59% der kinetischen Energie aus dem vorhandenen Windangebot umwandeln.
Dimensionen auf dem Testfeld
Wirtschaftliche Faktoren für die Investition in eine Windturbine
Weiterhin müssen auch wirtschaftliche Betrachtungen berücksichtigt werden. Eine Windturbine ist ein Investitionsgut, welches einen Ertrag über die Zeit bringen soll, der hoch genug ist, um die Finanzierung der Investition zu rechtfertigen. Daher sollte sie:
- Dort aufgestellt werden wo die Winde stark genug wehen und der Wind erfolgreich in Energie umgewandelt werden kann
- In Top Qualität gebaut und hergestellt sein um Starkwinde auszuhalten
- Fachmännisch installiert sein
- Während der ganzen Lebenszeit überwacht und gewartet sein damit sie die hohen Erwartungen erfüllen werden
Deshalb kann man ESTREYA nicht von ihrem wirtschaftlichen Ziel trennen. Von Anfang an war unser Ansinnen, die Entwicklung und die Herstellung eines mechatronischen Objektes in einem Umfeld zu installieren, das folgenden Herausforderungen entsprechen soll:
- Eine dem Stand der Technik entsprechende Maschine, entworfen und gebaut um starke Winde auszuhalten, im Bewusstsein dass neben den physikalischen Grenzen zur Leistung, wirtschaftliche Betrachtungen in der Herstellung die Wertkette auch beeinflussen
- Die notwendigen Kenntnisse aufbauen über Standort Qualifizierung, Installation, Fernüberwachung und- Wartung, so wie ein Interface mit anderen Erneuerbaren Energie Systemen, Batterie Lade Systemen und dem Smart Grid
- Die richtigen industriellen Partner finden, die bei solch einer komplexen Entwicklung helfen können
Um all dieses zu erreichen soll die richtige Struktur vorhanden sein
- Bauen, Herstellung und Zulieferer Netzwerk
- Mechanische und elektronische Werkstätte, Werkzeuge, Test Standorte
- Benchmark über bestehende Wind Märkte
- Anwendungen der Technologie in den verschiedenen Märkten
- Einschätzung und Zuvorkommen in Bezug auf Markteffekte
- Bereit und offen sein für notwendige Technologieübertragung zu diesen Märkten,
Marktsegment für kleinere Windturbinen vorhanden
Als ein Segment im Markt der erneuerbaren Energien sind kleinere Windturbinen (Maschinen bis zu 200m2 bestrichener Fläche) nahe am Trend für dezentrale Energie Erzeugung und im Trend intelligenter Netze. Dieser Markt entwickelt sich je nach geographischer Lage und Zuverlässigkeit der lokalen Netzinfrastrukturen. Da wo ein zuverlässiges Netz existiert, basiert die Überlegung auf dem Vergleich mit den Kosten für die Anschaffungen und dem Betrieb der vertikalen Windanlagen und dem Eigenverbrauch gegenüber den Netzanschlusskosten und dem Stromverbrauch. Anderswo treten Preise für jede verfügbare Energiequelle den Vergleich an. Hierzulande haben zuverlässige VAWTs VVertikal Axis Windturbines) starke Vorteile wenn man sie zusammen in einer Gruppe aufstellt oder in Verbindung mit anderen Erzeugern erneuerbarer Energien sowie verschiedenen Speichermöglichkeiten betreibt. Genügend Windangebot wird natürlich den Ertrag beschleunigen.
Die bestehende ESTREYA L3 mit einer bestrichenen Fläche von fast 7m2, von SWIRL SeCS in Luxemburg gebaut und hergestellt, startet jetzt die Endphase der IEC61400-2 Zertifizierung die Ihre Fähigkeit bestätigt, alle Sicherheits- u. Leistungskriterien zu erfüllen um den Weltmarkt zu bedienen.
Vertikale Windturbine – Estreya – in Luxemburg am Netz
In Luxembourg arbeitet eine erste ESTREYA bereits seit Juni 2014 störungsfrei auf den Wasserturm von Berdorf. Andere Standorte werden folgen. Ihre Leistungskurven unter lokalen Bedingungen in Berdorf (Wind Geschwindigkeiten von 4 bis 12m/s) wurden von einem unabhängigen Turbinenexperten bestätigt. Berdorf bietet keinen Standort der Wind Klasse IV. In Berdorf wurde jedoch am 2. Januar 2015, für eine kurze Zeit, überraschend ein Windverhalten gemessen, das nahe dem Windverhalten in Norddeutschland vergleichbar ist. Entsprechende Daten wurden vom Fernüberwachungssystem der ESTREYA aufgezeichnet, das seit September 2014 operationell eingesetzt wird.
SWIRL, ein Resultat von ein paar Mann/Jahren Arbeit
SWIRL arbeitet mit seinen Zulieferern seit 2013-2014 sehr gut zusammen. Ähnliche Erfahrungen werden uns erlauben das ESTREYA Steuer- und Sicherheitssystem zu prüfen, zu vollenden und in Vorbereitung auf die angehende Zertifizierung auf dem Gelände von DVN-GL im Kaiser-Wilhelm-Koog zu programmieren.
Die Frage, warum eine VAWT aufzubauen, wenn die meisten Konkurrenzprodukte eine horizontale Achse haben, ist nicht bedeutungslos. In mancher Hinsicht ist eine VAWT komplexer als eine Horizontal Achsige Wind Turbinen (HAWT). Wenn diese Herausforderungen gemeistert sind, hat die VAWT starke Vorteile, die potentiell zu einer Neuformulierung des Windturbinen Weltmarktes führen könnten.
Einige Beispiele:
• VAWTs drehen langsamer als HAWTs, sind deswegen fast lautlos und weniger gefährlich für Vögel, so dass sie auch in die Nähe von urbanen Umgebungen aufgestellt werden können
• Da VAWTs gebaut und hergestellt werden um im Gleichgewicht zu sein, daher leiden ihre Fundamente auf Dauer weniger als die von HAWTs. Dies ist ein wichtiger Unterschied im Lebenszyklus und in den Wartungskosten der Maschinen, speziell für große Windkraftanlagen und off-shore Installationen
• VAWTs funktionieren gut und unter bestimmten Bedingungen erhöht sich sogar ihre Gesamtproduktion wenn sie nahe bei einander aufgestellt werden, z. Bsp. in einer Gruppenformation, da wo HAWTs (Horizontal Achsige Wind Turbinen mehr Raum zwischen 2 Maschinen brauchen.
Solche Aspekte können sich als konkrete und wertvolle Vorteile erweisen, wenn es heißt, die Möglichkeit eigener Energieversorgung zurück in die Hände von Privathaushalten zu legen.
In der Tat war das was die antiken Perser intuitiv herstellten ziemlich komplex, eine Herausforderung und fast unmöglich zu bauen, herzustellen und zuverlässig zu betreiben ohne moderne Werkzeuge (CFD, finite Element Methoden, FEM). Seit den Patenten von Herrn Savonius und Herrn Darrieus Anfang des 20. Jh. war wenig Fundamentales innoviert worden auf dem Gebiet von VAWTs.
„Wir beginnen nun die Breite der Möglichkeiten zu verstehen und ihre Aspekte in Vorteile umzusetzen.“
Wir sind SWIRL, Smart Wind Integrated Renewables Lëtzëbuerg. Wir bauen ESTREYA, die erste einer neuen Generation und eine Innovation auf dem Gebiet der Umwandlung der Windkraft in Energie.
.
Danke an das SWIRL SeCS Team, unsere Partner und Zulieferer sowie die Gemeinde von Berdorf (Luxemburg) und alle, ohne die ESTREYA, die vertikale Windturbine und dieser Beitrag nicht existieren würden.
Weiterführende Links: