Entwicklung der Konzentrator- Windturbine BERWIAN

Freilandversuche mit der Konzentrator-Windturbine in Berlin-Lübars

BERWIAN (Berliner-Windkraft-Anlage)

Sonne und Wind, diese sich immer wieder regenerierenden Energiequellen, erfordern wegen ihrer geringen Energiedichte große "Ernteflächen", will man sie technisch nutzen. Es wäre wünschenswert, die Energie vor ihrer Umwandlung zu verdichten. Mit Spiegelsystemen gelingt das bei der Sonne auf recht einfache Weise. Die Konzentration von Windenergie dagegen erweist sich als diffiziles strömungstechnisches Problem. Der vom Laien oft vorgeschlagene Trichter ist strömungsphysikalisch wirkungslos.

Überraschend ist die Tatsache, daß der aufgefingerte Vogelflügel das Prinzip für eine Windverdichtung bereithält. Der Druckunterschied zwischen Ober- und Unterseite des Flügels führt an jedem Flügelfinger zu einer wirbelbildenden Randumströmung. Die gleichsinnig drehenden Randwirbel rollen wie Kugeln in einem Kugellager stromab umeinander. Es entsteht eine mehrgängige Wirbelspule.

Einstellwinkelverstellung der feststehenden Konzentratorflügel im Freilandversuch

Die Wirkung dieser Wirbelspule gleicht der einer stromdurchflossenen Drahtspule. In der Elektrotechnik dient die Spule zur Konzentration magnetischer Feldstärke. Die analoge Wirkung der Wirbelspule besteht in einer Konzentration von Strömungsfeldstärke in der Form von Geschwindigkeit. Für den Vogel erzeugt dieser Zuwachs an Geschwindigkeit einen Strahlschub. Für eine Windkraftanlage kann eine Wirbelspule zur Energiekonzentration genutzt werden.

Der Spreizflügel als strömungsbeschleunigende Vorrichtung läßt sich technisch noch verbessern: Die wirbelerzeugenden Flügelfinger werden zu einem vollen Kreis aufgefächert. Dieser Flügelfächer erhält innen ein Loch. Jeder Flügel erzeugt in diesem Loch einen Randwirbel. Die gleichmäßige Verteilung vieler Wirbel auf einem Kreis führt zu einer eng gewundenen Wirbelspule mit hoher Strömungsverstärkung. Wird ein Rotor im "Brennpunkt der Wirbelspulen-Windlinse" angeordnet, so ergibt sich eine 6- bis 8-fache Leistungsverstärkung.

Sichtbarmachung einer 4gängigen Wirbelschraube mit Titantetrachlorid

BERWIAN zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

• Kompakter Rotor: Die Konzentration des Windfeldes verkleinert naturgemäß den Rotor. Das "Herzstück" einer Windturbine läßt sich somit wesentlich billiger herstellen.
• Hohe Drehzahl: Der kleine Rotor wird sich im beschleunigten Wind hochtourig drehen. Bei kleineren stromerzeugenden Anlagen benötigt der Generator kein Übersetzungsgetriebe.
• Geringe Anlaufwindstärke: Die Windverstärkung durch den Konzentrator hat zur Folge, daß auch der modeme Schnelläufer (1 bis 3 blättriger Rotor) bei schwachem Wind anspringt.
• Einfache Leistungsregelung: Eine windfahnenähnliche Nachgiebigkeit der Konzentratorflügel ergibt eine neue Form der Leistungsanpassung ohne Blattverstellung am laufenden Rotor.
• Effektive Sturmsicherung: Bei extremem Wind drehen sich die Konzentratorflügel entgegen einer Federkraft von selbst in die Nullauftriebslage. Der geöffnete Flügelfächer wird frei durchströmt.
• Erhöhte Laufruhe: Der hochtourig drehende kleine Rotor ist dynamisch von Vorteil. Gefährliche niederfrequente Schwingungen der Anlage werden vermieden.