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Technologie- und Systementwicklung für kleine Windkraftanlagen

• Innovative Anwendungskonzepte, Planung und Beratung

• Designstudien und Berechnungen

• Forschung und Prototypfertigung

• Aerodynamische Optimierung und Effizienzsteigerung

• Ertrags- und Standortgutachten für Einzelanlagen und Windparks

• Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

Derzeit in der Entwicklungs- und Bearbeitungsphase:

- Kleine Windkraftanlage mit 1,50 kW Nennleistung

- Kleine Windkraftanlage mit 3,00 kW Nennleistung

- Leichtbau-Rotorblatt für Multi-Megawatt Windkraftanlagen

Lassen Sie Ihren Stromzähler rückwärts laufen!

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Projektbeispiele und Beiträge:

Neuentwicklung einer Kleinwindkraftanlage

Prototyp einer innovativen Windkraftanlage

Prämierte Entwicklung eines innovativen Rotorblattes

Floating Offshore Wind Turbines 

Neuentwicklung einer Kleinwindkraftanlage

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Die Form ist alles, sie ist das Geheimnis des Lebens.
(Oscar Wilde, 1854 - 1900)

        Innovative Kleinwindkraftanlage

Neues Design für effiziente Windkraftanlagen

Die klassische Windmühle hat sich bis heute zu einem High-Tech-System gewandelt. Naturnahes Design und die hohe aerodynamische Effizienz des Rotors haben das Erscheinungsbild der modernen Windkraftanlage positiv verändert. Die konzeptionellen Fortschritte zeigen sich in der besonderen Gestaltung, in den betriebstechnischen Entwicklungen und in der neuen ästhetischen Qualität. Diese kompakte Bauform eignet sich insbesondere für kleine Anlagengrössen bis ca. 20 kW Leistung.

Folgende Merkmale kennzeichnen das zukunftsweisende System: 

• Das innovative Design des dreiflügligen Rotors vermittelt eine grosse optische Laufruhe

• Die ausgefeilte aerodynamische Gestaltung der Rotorblätter erhöht die mechanische Leistungsabgabe und steigert die Wirtschaftlichkeit

• Vom Zentrum bis zum Aussenrand ist die Rotorblattfläche durchgehend aerodynamisch wirksam

• Der leeseitig angeordnete Rotor richtet die Anlage stets selbsttätig in die Windrichtung 

• Der schlanke, profilierte Mast wird turbulenzfrei umströmt und hat keinen störenden Einfluss auf das Windfeld 

• Für die Stromerzeugung wird ein leistungsstarker Permanentmagnetgenerator eingesetzt 

• Der geräuscharme und wartungsfreie Betrieb erlaubt die Installation in Gewerbegebieten oder in der Nähe der Wohnbebauung 

• Die Anlage eignet sich sowohl für Inselbetrieb als auch für Netzparallelbetrieb 

• Die Anlagenkomponenten haben ein geringes Gewicht und sind einfach zu montieren

- Schutzrechte angemeldet -

siehe auch:

Hafner, E.: "Kleine Windkraftanlagen haben Zukunft" in: Zeitschrift Sonne Wind & Wärme, Bielefelder Verlagsanstalt, Heft 10/2002, Seite 72-76 und

Hafner, E.: "Strömungsmechanische Besonderheit kleiner Windkraftanlagen" in DEWI Magazin Nr. 28, Februar 2006, S. 48-50

Weitere Entwicklungsvorhaben auf dem Gebiet der Windkraft werden durch das CRAFT - Programm "Energy, Environment And Sustainable Development" der Europäischen Kommission gefördert.

(CRAFT: Cooperative Research Action For Technologies)  

Kleine Windkraftanlage, direkte Einspeisung ins Hausnetz, 600 W Nennleistung		Windkraftanlage 1,5 kW

(Anwendungsbeispiele)

Prototyp einer innovativen Windkraftanlage

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Ausgangslage

Windkraftanlagen moderner Bauart haben einen hohen technischen Stand erreicht. Die Kritik an dieser Technik wächst jedoch. Im Umfeld von Windkraftanlagen beklagen Anwohner Lärmbelästigung, Infraschallphänomene, Schlagschatten, Lichtreflexe und die Beeinträchtigung des Landschaftsbildes durch die riesigen Rotoren. Die effiziente Nutzung der unerschöpflichen und sauberen Energiequelle Wind bietet jedoch noch viel Entwicklungspotential. Grundlegende Verbesserungen sind möglich.

Innovative Windkraftanlage

Innovation

Der aerodynamisch optimierte Rotor verfügt über einen sehr hohen Leistungsbeiwert. In Designstudien zur Ästhetik wurde das Erscheinungsbild der Windkraftanlage positiv verändert. Der Vorteil dieser innovativen Windkraftanlage liegt in der Geräuscharmut, in der verbesserten aerodynamischen Effizienz und grösseren Wirtschaftlichkeit. Im Gegensatz zu konventionellen Rotoren wurde das neue Rotorblatt vom Zentrum bis zum Aussenrand der Rotationsfläche durchgehend als Tragflächenprofil gestaltet. 

Design

Akzeptanz, Verbesserung der Ästhetik und der Einpassung in das Landschaftsbild sind wichtige Entwurfskriterien. Mit einer elementaren und naturnahen Gestaltung wurde eine neue ästhetische Qualität erreicht. Die Formgebung des dreiflügligen Rotors erlaubt einen harmonischen, fliessenden Bewegungsablauf und vermittelt dem Betrachter ein attraktiveres Erscheinungsbild.  

Förderung

Die Entwicklung wurde durch Zuwendungen des Landes Nordrhein-Westfalen im Rahmen der Landesinitiative Zukunftsenergien NRW aus dem Programm "Rationelle Energieverwendung und Nutzung unerschöpflicher Energiequellen – REN", Programmbereich "Technische Entwicklung" sowie durch das EU-Programm "Gemeinschaftsinitiative KMU" unterstützt.

Auszeichnung

Die neue Windkraftanlage ist mit dem Innovationspreis Ruhrgebiet 1998 ausgezeichnet worden. Der Preis wurde vom Kommunalverband Ruhrgebiet, der WAZ-Mediengruppe und der Alfried Krupp von Bohlen und Halbach-Stiftung verliehen.

Ausstellung

Die innovative Windkraftanlage ist eines von 2000 Exponaten der Dauerausstellung der Stiftung "Haus der Geschichte der Bundesrepublik Deutschland", Bonn.

Stahl-Innovationspreis 2009

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Stahl-Innovationspreis 2009

Aus 644 eingereichten Vorschlägen hat die Jury die besten Projekte ausgewählt. Das Projekt "Leichtbau-Rotorblatt für Windkraftanlagen" des Ingenieurbüros Prof. Dr. Hafner gehört als Finalist in der Kategorie " Stahl in Forschung und Entwicklung / Verfahren" zur Gruppe der besten Einreichungen. 

Leichtbau-Rotorblatt für Windkraftanlagen

Zahlreiche Windkraftanlagen werden zur Nutzung besserer Windverhältnisse auf offener See errichtet. Während große Turbinen heute Nennleistungen von 5 MW besitzen, sind bei der nächsten, speziell für den Offshore-Einsatz konzipierten Anlagengeneration, Rotorleistungen bis zu 10 MW geplant. Die dazu erforderliche Vergrößerung der Rotordurchmesser von jetzt rund 120 m auf bis zu 160 m erfordert völlig neue Konstruktions- und Werkstoffkonzepte. 

Das Ingenieurbüro Prof. Dr.-Ing. Hafner hat ein neuartiges Leichtbau-Rotorblatt in Kohlenstofffaser-Verbundbauweise entwickelt, das sich durch wirtschaftliche Herstellbarkeit und ein verbessertes Verhältnis von Eigengewicht zu dynamischer Belastbarkeit auszeichnet.

Durch spezielle Spannglieder aus hochfestem Stahl wird der tragende Querschnitt des Rotorblatts bereits bei der Herstellung vorgespannt. Die im Betrieb auftretenden Verformungen werden dadurch ganz oder teilweise kompensiert, was die Bauteilbeanspruchung reduziert. Die verbesserte Materialausnutzung erlaubt zudem eine schlankere Ausführung des Rotorblatts ohne Einschränkungen bei Betriebssicherheit und Lebensdauer. Bei gleicher Blattlänge kann das Bauteilgewicht im Vergleich zu konventionellen Bauweisen um mehr als 25% verringert werden.

Bild: Rotorblatt, Leichtbaukonstruktion für Multi-Megawatt-Windkraftanlagen

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Floating Offshore Wind Turbines

Wind turbines at sea are well known, but until today they have had to be sited in shallow water so the base structure can be fixed to the seabed. New research projects investigate the technical and economical feasibility of large floating wind energy systems in deeper waters of 50 m to 200 m. The deployment of wind power technology on floating platforms offers a promising solution for harnessing wind energy at these depths. It is assumed that floating wind turbines will have better economics than bottom mounted wind turbines because of the strong offshore winds. Floating turbines are expected produce up to double electricity per year per installed megawatt as wind turbines now in operation. The optimal design concept for floating turbines is still unknown.

The BureauHafner focuses on the development of floater concepts for the support of large wind turbines and its subsystems. The Bureau developed a specific wind tower design with high stability and low weight (patent pending).

The modified floating platform concept is based on the design of a tension leg platform developed already by the offshore oil and gas industry. This development results in a cost-effective structure that will provide a solution to the deepwater issues and avoid the need to install the wind turbine on the platform while at sea.

A key cost component is the anchorage technology. Today these costs are in the same order as for the floating platform itself. The chore of anchoring the floating platform could make the cost of the technology prohibitive. Potential alternatives have to be developed. BureauHafner has undertaken to develop an innovative and cost effective anchorage system for floating offshore wind turbines.  

Last but not least, the rotor blade is the most important component. BureauHafner developed an innovative large rotor blade for wind turbines > 5 MW which has been designed as a pre-stressed lightweight structure with high aerodynamic efficiency (patent pending).

The basic features of dynamic loading of marine structures has come about as a result of the need to build economic structures in deeper water, in faster flows and worse wave conditions. Additionally the offshore wind regime requires a more critical estimate of the real design loads for the floating wind turbine system. It has to be emphasized that more detailed analysis techniques of these combined loads are still the subject of development.

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