WE DON'T INHERIT THE EARTHFROM OUR ANCESTORS, WE BORROW IT FROM OUR CHILDREN!
Die BiosphÄre Gesamtenergie-konzeption Analyse der Exergie Das Synergetische Modell

Neue Designs und Rotorformen


Eine geschichtliche Gesamtübersicht aller bislang erdachten Geräte, Maschinen, Anlagen und Systeme zur Nutzung der Windenergie würde den Rahmen selbst dieses Buches sprengen.

Im 19. Jahrhundert ergießt sich eine Flut neuer Ideen in die Patentämter dieser Welt, die im 20. Jahrhundert nur noch zunimmt. Umgesetzt werden die wenigsten dieser Innovationen, während im Laufe der Jahrzehnte Entwicklungspfade entstehen, die von immer mehr Menschen beschritten werden. Ein ,Pfad’, der sich inzwischen zur ,Autobahn’ entwickelt hat, führte zu den weltweit dominierenden Dreiblattrotoren. Ihre Geschichte und der gegenwärtige Stand ihrer Entwicklung und Umsetzung habe ich bereits geschildert.

Seitenpfade von ‚Landstraßenbreite’ führten zu den ebenfalls schon beschriebenen Savonius- und Darrieus-Rotoren, und einer der Wege, der sich gerade ‚im Ausbau’ befindet, scheint zu Augmentor-Systemen, und hier besonders zu den Aufwindkraftwerken zu führen.

Es wäre allerdings unverantwortlich, die Wald- und Wiesenwege völlig zu ignorieren, denn an ihren Rändern blühen einige der schönsten technologischen Pflänzchen. Die nun folgende Präsentation neuer Designs und Rotorformen beginnt im Jahr 1975, da dieses für mich ein Schlüsseljahr darstellt (wie ich im Teil E noch erzählen werde).


Eine sehr eigene Form der Windenergie-Nutzung bildet beispielsweise das Prinzip der Schlagflügel-Windanlage, das um 1975 herum von der seit langem aufgelösten Interdisziplinären Projektgruppe für Angepaßte Technologie der TU Berlin (IPAT) umgesetzt wird. Ich habe im Absatz zur Windenergie-Entwicklung in Deutschland schon darüber berichtet (s.d.).

Das Schlagflügelsystem ist für den Einsatz als windbetriebene Kolbenpumpe in Ländern der 3. Welt konzipiert und wird sogar auf Hawaii (oder Tahiti?) getestet. Später wird die Anlage abmontiert und wieder zurück nach Berlin gebracht, wo sie bald darauf vergessen wird. Leider liegen mir über die IPAT-Anlage keinerlei Unterlagen oder Bilder vor.

Eine Widergeburt erlebt der Schlagflügel erst 2007 in Form der WindWing-Anlage von Gene Kelley. Darüber unten mehr.

Marks-Patent Grafik

Marks-Patent

Alvin M. Marks aus Whitestone, New York, meldet 1977 das Patent für einen ‚Charged aerosol generator with uni-electrode source’ an, der auch unter dem Namen Power Fence bekannt ist (manche sprechen auch von einem Ionenwind-Generator). Das System sieht aus wie ein Zaun, und der Wind soll durch das Medium von geladenen Wassertröpfchen eine elektrische Ladung von einer Elektrode zur anderen befördern, um einen Stromkreis zu schließen. Hierdurch kann Elektrizität ohne jede beweglichen Teile gewonnen werden. Ein erster Prototyp hätte bereits 1968 funktioniert.

Marks, der auch maßgeblich an der Entwicklung von Lumeloid-Zellen beteiligt ist, erhält sein Patent 1980 (US-Patent Nr. 4206396), und vier Jahre später läßt er sich unter dem Namen ‚Charged Aerosol Wind/Electric Power Generator’ eine Folgeentwicklung patentieren, bei welcher der Prozeß durch die Zerstäubung von Flüssigkeit im Wind verstärkt werden soll (US-Patent Nr. 4433248). Von späteren Umsetzungen der Technologie ist nichts bekannt geworden.

Die meisten Systeme bilden Variationen, Adaptionen oder Modifikationen. Ein Beispiel dafür ist der Windrotor, den Herren De Barros Fonseca senior und junior 1981 vorstellen. Ein zentraler, feststehender Zylinder aus Beton trägt eine leichte und bewegliche Konstruktion aus zwei Halbzylindern und vier Rotoren. Diese dreht sich automatisch mit dem Wind um die mittlere Achse. Durch die runden Oberflächen wird der anströmende Wind zu den Öffnungen hin gelenkt, in denen die Rotoren angebracht sind, wo sich der Druck erhöht – und damit die Energieausbeute des Windes.

Ein System mit ähnlichem Ansatz bildet der Windkonzentrator von Bionik-Professor Ingo Rechenberg (TU-Berlin). Sein BERWIAN stellt die konventionellen Betrachtungen von Horizontalachsen-Windkraftwerken auf den Kopf. Da ein Trichter strömungstechnisch wirkungslos ist, wird die Strömungsenergie hier nach dem Prinzip des auf­gespreizten Vogelflügels mittels stationären Turbinenschaufeln zusammengefaßt und dabei erhöht. Dabei landet man sehr schnell bei der Wirbelbewegung, die in Teil D noch ausführlich beschrieben wird.

Der Konzentrator besteht aus einem starren Kranz abgestumpfter Flügelprofile, die einwärts gebogen sind. Im freien Inneren des Kranzes und etwas zurückgesetzt befindet sich das Windrad. Durch die Ausnutzung der Windverdichtung soll sich ein konventioneller Rotor viel schneller drehen und die 6- bis 8-fache Leistung liefern.

Berwian Windkonzentrator

Windkonzentrator

Für die Entwicklung des auch Wirbelspulengenerator genannten Systems werden die Erkenntnisse der Bionik genutzt (in diesem Fall Vogelflügel). Die ersten Versuche erfolgten 1984/1985 an der Ostseeküste. Obwohl die gesamte Konstruktion automatisch in den Wind gedreht werden kann, ist die Anlage viel zu groß und zu ineffektiv, als daß sie in der Praxis Anwendung finden könnte.

Erst 25 Jahre später scheint die bionische Entwicklung der Konzentrator-Windturbine eine Wiederauferstehung zu erleben – in Verbindung mit der oben genannten Erfindung von Alvin M. Marks. Zwar stammt diese Idee aus Rechenbergs Text ‚Eine bionische Welt im Jahr 2099’, doch vielleicht inspiriert sie ja jemanden dazu, sich schon heute mit ihrer Umsetzung zu beschäftigen: „Der starre Strömungswandler beruht auf einer Umkehrung des Phänomens des elektrischen Windes. Elektrische Ladung wird vom Wind entgegen des Feldstärkegefälles transportiert. Die Anwendung des nanostrukturierten Luft-Ionisierungsgitters rechnet sich aber nur, wenn die Erntefläche der Windenergie drastisch verkleinert wird. Dies wird möglich durch den Einsatz eines Windkonzentrators.“

Eine andere Form der Wirbelkonzentration wird mit Hilfe eines ‚Deltaflügels’ vorgeschlagen. Dieser Delta-Konzentrator wird in dem 1988 erschienenen Buch Windkraftanlagen - Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit von Erich Hau präsentiert.

Bei der Umströmung eines Tragflügels treten konzentrierte Luftwirbel als sogenannte Randwirbel auf, was beim Deltaflügel mit seinem großen Anstellwinkel in besonders hohem Maß der Fall ist. Eine verläßliche Theorie für diesen komplexen Fall ist bislang nicht verfügbar. Beim Versuch, diesen Effekt für die Windenergietechnik zu nutzen, werden Windrotoren auf einem statischen Bauwerk in der Form eines Deltaflügels so angeordnet, daß sie in den Randwirbeln des Deltaflügels arbeiten.

Aufgrund theoretischer Abschätzungen hofft man auf eine Steigerung der Leistungsausbeute gegenüber dem konventionell angeströmten Rotor um den Faktor 10, doch das Projekt wird aufgegeben, da das Ergebnis von Modellmessungen im Windkanal sehr enttäuschend sind.

Sehr interessant ist auch eine französische Innovation, die erstmals im September 2008 auf der GAFA in Köln vorgestellt wird. Die Ende 2005 gegründete Nhelolis SAS aus Aix en Procence setzt bei ihren international patentierten, waagrechten 3D-Turbinen ebenfalls auf eine Luftbündelungstechnologie die auf dem Bernoulli-Prinzip beruht. Hierfür werden trogartige Rotorblätter eingesetzt, welche die Aufnahme der kinetischen Energie des Windes in optimaler Weise auszunutzen sollen.

Auch die Windkanal-Untersuchungen belegen, daß diese Innovation eine deutlich höhere Energieeffizienz aufweist als herkömmliche Windkraftanlagen. Versuche mit Testanlagen, die als 3-Blatt- und als 4-Blatt-Versionen ausgeführt werden, erfolgen in Kooperation mit verschiedenen französischen Technologieorganisationen.

Nheowind Rotor

Nheowind

Bereits lieferbar ist das 3,5 kW Modell ,Nheowind 3D 100 Custom’, zwei weitere Modelle sollen ab September 2009 verfügbar sein: ,Nheowind 3D 50’ (1,8 kW, 4-Blatt-Rotor, Durchmesser 1,2 m, Blattlänge 1,2 m, Material Glasfaser/Polyester, Gewicht 130 kg) und ,Nheowind 3D 100’ (3,5 kW, 3-Blatt-Rotor, Durchmesser 3 m, Blattlänge 2 m, Material Glasfaser/Epoxy, Gewicht 280 kg).

Über den Schlitzblatt-Rotor des irakischen Erfinders Tahsin Al-Majed (aka Mahmood Hajem) werde ich separat noch ausführlich berichten. Ich habe viele Jahre lang versucht, aus diesem Patent ein marktfähiges Produkt zu machen und besitze deshalb eine Menge Unterlagen darüber. Vorab sei auf einen kurzen Bericht darüber verwiesen, der sich auf meiner privaten Webseite befindet. Außerdem kann man im Archiv die Ergebnisse einer Theoretisch-Numerischen Untersuchung des Hermann-Föttinger-lnstituts der TU-Berlin nachlesen, in der dem geschlitzten Rotorblatt eine potentielle Steigerung des Wirkungsgrades um bis zu 45 % bescheinigt wird!

Der Erfinder des Schlitzrotors bekommt 1987 die Silbermedaille der Schweizer Erfindermesse in Genf zugesprochen – kurz nachdem ich mit ihm einen Vertrag zur Patentierung in Syrien abgeschlossen habe, der im Folgejahr eine EU-Patentanmeldung folgt. In meiner Solarmanufaktur in Damaskus stellen wir verschiedene Modelle her, bei denen empirisch geklärt werden soll, welche Bauweise die besten Resultate für die Anwendungsbereiche Windenergie, Ventilation und Propellerbau erbringt.

Durch die Bekanntschaft mit Herrn Siegmund Ewert vom 2. Oberstufenzentrum (OSZ) in Berlin beginnt eine langjährige Beschäftigung der Auszubildenden mit der Schlitzblatt-Technologie, die später von Ewerts Nachfolger, Harald Sterzenbach, stringent weitergeführt wird. Es wird ein kleiner, offener Windkanal gebaut, mit dem im Laufe der Zeit Hunderte von Varianten vermessen werden – bis die Optima der wichtigsten Variablen wie Schlitzbreite, Schlitzlage, Anstellwinkel usw. gefunden werden. Die Schülerinnen und Schüler des OSZ erbringen den Nachweis, daß aus der Implikation des Schlitzes in einem flachen, unprofilierten Rotorblatt ein Leistungsplus von rund 30 % gezogen werden kann (im Vergleich zu einem identischen ungeschlitzten Blatt).

Schlitzblattrotor auf dem 2. OSZ Berlin

Schlitzblattrotor
(2. OSZ Berlin)

Nachdem sich der Berliner Künstler Jörg Reckhenrich des originalen Konzeptes von al-Majed annimmt und daraus das Design ,Schwert des Windes’ entwickelt, wird die Innovation vom Designpreis Schweiz in Solothurn 1991 mit einer Auszeichnung für ‚herausragendes Design’ geehrt. Im selben Jahr erhalte ich auch das Europäische Patent Nr. EP 0295353 B1 für den Schitzrotor.

Die Geschichte ist jedoch charakteristisch für viele Innovationen im Energiesektor: Sie schaffen es häufig nicht, sich gegen die konventionellen Systeme durchzusetzen. Trotz vieler Mühen gelingt es mir nicht das Kapital zur Gründung der SYN.TECH Gmbh zusammen zu bekommen, der die Entwicklung bis zur Produktreife und die anschließende Vermarktung des Systems obliegen sollte.

Inzwischen ist das Patent ausgelaufen – womit diese Schnittstellen-Technologie nun ‚open source’ ist und von jedermann frei genutzt werden kann. Es ist für mich äußerst befriedigend festzustellen, daß dies auch tatsächlich erfolgt.

Ein gutes Beispiel bildet die Landesstelle Berlin für gewerbliche Berufsförderung in Entwicklungsländern, die seit Jahrzehnten Kurse zur Aus- und Weiterbildung für Fach- und Führungskräfte aus Entwicklungsländern durch führt. Im Kurs 2007/08 mit dem Schwerpunkt der Nutzung der regenerativen Energieformen wird auf dem Gelände der Peter-Lenné-Schule, dem Sitz der Landesstelle, mit den Teilnehmern des Kurses ein Windrad mit geschlitztem Rotorblatt errichtet und dokumentiert (pdf).

Im November 2008 veröffentlicht Herr Sterzenbach auch einen präzisen und gut bebilderten Artikel (pdf), in dem er die Konstruktionsprinzipien für den Selbstbau eines in der Praxis erprobten Schlitzflügels beschreibt.

Ebenfalls 2008 gelingt es dem irakischen Erfinder ein neues Patent zu erhalten (das er bereits 2006 beantragt) - indem er die vordere Blatthälfte perforiert (‚Divided blade rotor’, US-Patent Nr. 7396208). Da ich nicht abschätzen kann ob dies tatsächlich zu einer noch höheren Effizienz führt, empfehle ich auch weiterhin die Konzentration auf den Schlitz als wesentliches innovatives Element des neuartigen Rotorblattes.

Funktion des CNR-Flügels Grafik

Funktion des CNR-Flügels

An dieser Stelle ist auch der richtige Ort, um auf eine weitere wichtige Innovation im Rotorblattbau hinzuweisen: Der CNR-Propeller (continous noise reduction) wird entwickelt, um mit einem 2-Blatt-Propeller den Schub eines 4-Blatt-Propellers zu erreichen. Dazu wird die Oberseite des Propellers mit einem tandemartigen Profil versehen, durch welches bei rotierenden Flügeln ein Kanal entsteht, in dem eine zentrifugal beschleunigte Strömung einen Absaugeffekt herstellt. Dessen Effekte sind eine höhere Leistung, ein niedrigerer Geräuschpegel und eine tiefere Geräuschfrequenz. Leider liegen mir keine weiteren Details darüber vor, auf der Abbildung kann man jedoch gut die Funktionsweise des Systems erkennen.

Doch zurück zur Chronologie der verschiedenen Designs und Rotorformen:

Das Thema des renommierten Japanischen Designwettbewerbs lautet im Jahr 1993 ‚Wind’. Es ist daher nicht verwunderlich, daß sich Designer aus der ganzen Welt mit neuartigen Umsetzungen in einer Weise beschäftigten, die über das Tagesgeschäft der konventionellen Ingenieurbüros oder der Entwicklungsabteilungen von Firmen weit hinaus gehen.

Zu den sicherlich interessantesten Vorschlägen gehört das windbetriebene Energiefeld der beiden Deutschen Ulrich Reif und Werner Stiefler von der Universität Wuppertal, das eher einem ‚Wind-Wald’ ähnelt, als den üblichen Windkraftwerken. Unter dem Namen Biotech – Windpowered energy fields wird ein System konzipiert, das die im Wind schaukelnde Halmform von Korn, Gräsern oder Bambus mit dem piezoelektrischen Effekt verknüpft. Ähnliche Techniken begegnen uns übrigens auch im Bereich des Mikro Energy Harvesting (s.d.).

Zwei Designer aus Brasilien, Edilson Shindi Ueda und Kazuhiro Ueda, beteiligen sich mit einer Art Windbaum. Dabei gehen sie vom Beispiel hochwüchsiger Dschungelbäume aus, die vom Wind bewegt stark oszillieren. Beim Windtree werden eine Reihe hydraulischer Zylinder mittels Stahlseilen auf einer Seite mit der festen Basis, und auf der anderen mit den Wipfeln verbunden. Das hin- und herschwanken der Bäume setzt sich dadurch auf die Hydrauliken um, wo der Strom produziert wird. Dasselbe Team schlägt auch eine Art Hochsee-Energietankstelle für Schiffe vor, die aus 34 einzelnen, jeweils 8 m durchmessenden Rotoren auf einem 100 m hohen Turm besteht, wobei die Energie in Form von Wasserstoff gespeichert werden soll.

Von den beiden Japanern Ohki Mori und Yasushi Fujii stammt wiederum der Vorschlag, einen fliegenden Teppich aus Darrieus-Windmühlen in die Luft zu bringen... während der Schweizer Designer Markus Stucki aus Zürich unter dem Namen Spider – Windpowerstation in the Mountains eine Art Spinnennetz konzipiert, das aus einer Vielzahl von Rotoren besteht und sich quer über Täler spannen läßt. Damit weist Stuckis Konzept eine gewisse Ähnlichkeit mit dem schon besprochenen Windstauwerk auf (s.d.).

Während die meisten Windkraftwerke bislang auf eigenen Masten in der Landschaft herumstehen, werden im Laufe der Jahre verschiedentlich auch andere Standorte bzw. Kombinationen vorgeschlagen. Im Sommer 1993 macht die damalige niedersächsische Umweltministerin Monika Griefahn (SPD) gemeinsame Sache mit dem Energiekonzern PreussenElektra. Ab 1994 sollen demzufolge Windräder auf 6.000 Hochspannungsmasten installiert werden, die jeweils 50 bis 100 kW Leistung erbringen.

Nachdem es in dieser Sache jedoch jahrelang nicht weiterggeht, lebt die Idee erst in Vorbereitung der EXPO 2000 in Hannover wieder auf. Diesmal ist es die CBF Berlin Bauconsulting GmbH & Co., welche das Projekt unter dem Namen Synline voranbringen will – und es wird von sogar 270.000 infragekommenden Masten geredet. Allerdings bleibt es auch diesmal wieder beim Reden.

Die Idee begegnet uns erst 2009 wieder, als in Frankreich die mit ,Wind-it’ betitelte Idee vorgeschlagen wird, bestehende Hochspannungsmasten mit innen montierten Savonius-Rotoren nachzurüsten (s.d.).

1996 wird im Fortune Magazine der WARP tower von Alfred L. Weisbrich vorgestellt, einem erfahrenen Luftfahrtingenieur und Inhaber der Firma ENECO Texas LCC, der auch schon an der Entwicklung anderer Windenergiesysteme beteiligt war. Mit den WARP-Windverstärkermodulen soll die Windströmung um den Faktor 1,7 bis 1,8 gesteigert werden. Damit würde der Rotor selbst fünf Mal so viel Strom produzieren, wie ohne Verstärkung. Die Module haben einen torusförmigen Querschnitt, werden übereinander zu Türmen gestapelt und sehen aus wie ein Baumkuchen. Größere Modelle von Weisbrich besitzen zwei Rotoren von 2 – 3 m Durchmesser, die an gegenüberliegenden Seiten in die Ausbuchtungen eingelassen sind.

Obwohl das System mit einem Forschungsaufwand von 1,5 Mio. $ unter Federführung der New York State Energy Research (NYSERDA) vom Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) untersucht wird und auch Feldversuche durchgeführt werden (darunter in Dänemark und Österreich), hört man später nichts mehr von dieser Innovation. Sie wird erst 2005 von Prof. Majid Rashidi an der Cleveland State University weiterentwickelt (s.u.).

Grafik des SteoEolian

SteoEolian (Grafik)

Ebenfalls 1996 meldet der Belgier Georges Gual das Patent für einen Senkrechtachser an, der die im Turbinenbau genutzte Technik der Leitschaufeln nutzt. Bei der SteoEolian sitzen der Stator außen (grün) und der Rotor innen (rot).

1999 wird im belgischen Rivesaltes das Unternehmen Gual Industrie gegründet, und 2002 gewinnt die Innovation den Alfred SAUVY-Preis. 2003 wird der erste Prototyp installiert, die erste kommerzielle Installation folgt ein Jahr später. Das System ist für den urbanen Einsatz gedacht und soll bis zu einer Windstärke von 150 km/h funktionieren.

Das Unternehmen bietet 2007 zwei Modelle an, die 800 kg wiegende ‚SteoEolian GSE 4’ mit einem Durchmesser von 4 m und einer Höhe von 1,5 m, die bis zu 10 kW leistet – sowie die ‚SteoEolian GSE 8’ mit einem Durchmesser von 8 m und einer Höhe von 3 m, die bis zu 36 kW leistet. Dieses System wiegt allerdings 2,5 t – was eine Aufdachmontage nicht einfach macht.

Titelseite der Popular Science vom November 1935

Popular Science (1935)

Ein ähnlich aussehendes System fand ich übrigens auf dem Titelbild des US-Magazins Popular Science vom November 1935.

Im Januar 1998 stellt der Bildhauer und Erfinder Josef Moser aus dem bayerischen Erding eine mastenlose Windkraftanlage vor, für die er mehrere ansprechende Designs entwirft.

Moser hält eine Reihe von Patenten, die bis 1990 zurückreichen. In dem kanadischen Patent Nr. CA2000105 aus diesem Jahr zeichnet er eine schier endlose Zahl an Rotorvarianten, die allerdings eher künstlerischen als technischen Kriterien entsprechen.

Mosers hier abgebildete Einflügler-Windkraftanlage, die bis 10 MW leisten soll, gehört im Grunde zu den Senkrechtachsern, und wie bei diesen steht auch hier der Generator leicht erreichbar am Boden. Eine speziell entwickelte Oberflächenstruktur der Flügel vermeidet die sonst übliche lärmverursachende Verwirbelung der Luft.

Eine weitere von Moser designte Form ist der ebenfalls abgebildete Kreuzblattrotor. Leider scheint es bislang noch nicht zu Versuchen oder Umsetzungen dieses sehr ästhetischen Rotors gekommen zu sein.

Moser-Einblatt-Rotor

Moser-Rotor

Mitte 1998 machte die Firma SAV GmbH aus Bingen Werbung mit ihrem Konzept, ehemalige Fabrikschornsteine mit Windkraftanlagen bestücken zu wollen. Der Ansatz hat sich bisher jedoch nicht durchsetzen können. Er begegnet uns erst wieder 2008, als die Firma VBINE Energy aus Moosomin im kanadischen Saskatchewan einen H-Darrieus anbietet, der ebenfalls auf Schornsteinen montiert werden soll (s.d.).

Ebenfalls 1998 stellt die Firma Windus in Rudersberg einen Kleinrotor mit etwa 1 m langen bogenförmigen Flügeln vor. Dieser Spiralrotor erreicht hohe Rotationsgeschwindigkeiten, und das System ist auch ohne Windfahne selbstausrichtend.

Ab 2004 werden die Windwandler mit Spiralrotoren von der Firma MatroW GmbH aus Ladenburg angeboten. Die Auftriebsläufer bestehen aus zwei identischen Spiralflügeln aus GFK-Verbundstoff, die sich zu einem Bogen in axial- und Radialrichtung erstrecken. Dieser Bogen ist anströmungsunabhängig und hat im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen einen bedeutend höheren Wirkungsgrad, da sein induzierter Widerstand sehr gering ist. Die Anlagen gibt es allerdings nur im unteren Wattbereich; und nicht viel später wird die Firma aufgelöst.

1999 entwickelt der deutsche Wirbelforscher Alfred Evert einen Fisch-Rotor: Um den fischförmigen Körper wird mittels Leitblechen, einem ringförmigen Tragflächenprofil und dazwischen angebrachten, angestellten Stegen eine Drallbewegung erzeugt. Mittels Düseneffekt, Sogwirkung und dem höheren statischen Druck der Umgebung ergibt sich am ‚Schwanz’ des Fisches eine verstärkte Drallströmung, womit dort also mehr kinetische Energie verfügbar wird. Die Flügel sind nach dem Prinzip der Düsentragflächen konzipiert. Ihre Kanäle saugen mittig Luft ab, die durch die Rotation zentrifugiert und an den Oberseiten der Flügel durch Düsen hinausgepreßt wird. Das System soll damit sogar selbstbeschleunigend sein.

Fisch-Rotor Grafik

Fisch-Rotor (Grafik)

Die Berliner Südwind GmbH arbeitet 1999 daran, ein umgerüstetes 750 kW Windrad an ungewöhnliche Standorte anzupassen. Mittels zusammenklappbaren Rotorblättern und einer ‚selbstkletternden’ Hydraulikvorrichtung, die am Rücken des Mastes bewegt wird, soll der gesamte Windkopf einfach in eine senkrechte Transportstellung überführt werden können.

Zu den neuartigen Rotorformen, die es ebenfalls noch nicht bis zur praktischen Anwendung gebracht haben, gehört der sehr ästhetische Laufrad-Energie-Wandler (Impeller Wind Energy Converter – IWEC) der Lübecker Firma Dewind AG, der im Jahr 2000 als Konzeptstudie vorgestellt wird und auch einen Designpreis gewinnt.

Statt die Rotorblätter an einem nabenseitigen, axialen Generator anzubringen, werden diese bei der IWEC-Anlage von einem Ring umfaßt. Gelagert wird der gesamte Rotor in einem weiteren, starren Ring. Die Konstruktion bildet damit einen Ringgenerator, der die Drehbewegung des windgetriebenen inneren Ringes in elektrische Energie umwandelt. Ein Rotordurchmesser von 120 m soll eine Leistung von rund 6 MW erbringen.

Im September 2000 startet das Windturbinen-Projekt ‚enflo’ – und schon 2001 wird die enflo WindPower GmbH gegründet und der erste Prototyp ,enflo 0150/2.5’ präsentiert. 2002 folgt die Gründung der enflo systems ag und die Fertigstellung des ‚enflo 0060/0.5’ Prototypen. Nach weiteren Optimierungen und Tests der ummantelten Kleinwindanlage beginnt das operative Geschäft 2005 – und wird 2006 mit der Vergabe des iF gold award belohnt.

Ich habe diese Anlagenvariante bereits ausführlicher im Absatz über das Vortec-System behandelt (s.d.).

enflo-Rotor

enflo-Rotor

Im Jahr 2000 beantragt Dr. Rudolf Bannasch vom Fachgebiet Bionik der TU Berlin das Patent für einen Schlaufen-Rotor, bei dem die Bildung unerwünschter Randwirbel dadurch unterdrückt wird, daß die äußeren Enden der Rotorblätter durch Schlaufen miteinander verbunden werden.

Für mich ist besonders interessant, daß das Patent (Nr. EP 1196696, erteilt 2003) unter dem Namen ‚Rotor mit gespaltenem Rotorblatt’ läuft – denn Bannasch war Assistent von Prof. Rechenberg, als ich diesem Ende der 1980er Jahre unser geschlitztes Rotorblatt präsentierte (s.o.)

2003 bauen die Bioniker von Bannaschs Berliner Firma EvoLogics einen Rotor-Prototyp mit einem Durchmesser von 6 m, der als Windrad getestet werden soll. Außerdem werden im Strömungskanal kleinere Modelle für Schiffsschrauben und Flugzeugpropeller untersucht. Den Forschern zufolge werde der Lärm entscheidend reduziert, und bei gleichem Schub erhöhe sich der Wirkungsgrad um fünf bis acht Prozent.

Der Schlaufen-Rotor wird auch von der Projektgruppe ‚Ultra-Leicht’ an der Hochschule Magdeburg untersucht. Auf einer Zeichnung dient der auch Bionic Rotor genannte Propeller sogar schon als Antrieb für ein modernes Kleinstflugzeugs. Das bionisch inspirierte Ultraleicht-Flugzeug wird von Prof. Ulrich Wohlgemuth entwickelt.

Schlaufen-Rotor Flugzeug

Schlaufen-Rotor Flugzeug

Der Computergrafik-Experte Viktor Aleksandar Jovanovic gründet in London 2001 das Unternehmen Stormblade Turbines und verkündet einen Durchbruch bei der Entwicklung eines hocheffizienten Designs, das bis zu 70 % der Windenergie in Elektrizität umwandeln soll. Außerdem würden die leisen und naturfreundlichen Stormblade Turbinen die doppelte Windstärke im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen verkraften.

Das besondere der Anlage ist, daß sich die Rotorblätter und alle anderen beweglichen Teile innerhalb einer Umhüllung befinden, wodurch sie eine geringere Gefahr für Vögel oder Fledermäuse bilden.

Interessanterweise gibt es eine Grafik in dem US-Magazin Science and Machanics aus dem Jahr 1933, auf der Systeme abgebildet sind, die dem Stormblade-Konzept sehr ähnlich sehen. Es sollte damals an den Spitzen der Hochhäuser montiert werden, wurde m.W. jedoch nie verwirklicht.

Konzept von Windturbinen auf Hochhäusern von 1933

Konzept (1933)

Das holländische Unternehmen Venturi Wind BV & Aerolift Patent BV entwickelt eine neue und fast lautlose Windturbine, die insbesondere in bewohnten Gebieten eingesetzt werden soll. Die sehr kleine Venturi Turbine ist ballförmig und könnte auch als eine waagrechte Abart des Darrieus-Rotors betrachtet werden. Als Folge der außergewöhnlichen Aerodynamik wird die Luft innerhalb des Rotors komprimiert und beschleunigt, was auch als Venturieffekt bekannt ist. Dadurch wird eine deutlich höhere Effizienz erreicht als mit konventionellen Windkraftanlagen. Der Generator befindet sich in der Rotornabe.

Windtunnel-Messungen an der Delfter Universität im Jahr 2003 zeigen, daß eine dreiblättrige Venturi Turbine eine aerodynamische Effizienz von 85 % erreicht – was immerhin um fast 25 % höher liegt als die Betzschen Gesetze eigentlich erlauben (nach diesen noch immer gültigen Erfahrungswerten sind maximal 59 % der Windkraft umsetzbar).

Das 30 kg schwere Gerät ist für 12/24 V ausgelegt, besitzt 6 flache Rotorblätter aus Polyester. Es hat einen Durchmesser von 110 cm und bedarf keiner Drehzahlregelung. Die Venturi Turbine startet bereits bei einer Windgeschwindigkeit von 2 m/s, und ab 10 m/s leistet sie 100 W. Der maximale Output von 500 W wird bei 17 m/s erreicht, doch aushalten kann die Anlage bis zu 40 m/s. Auf dem Markt kommen will man 2005.

2008 taucht die Innovation als Produkt der schwedischen Firma Huvudkontor Home Energy AB aus Malmö wieder auf – unter dem Namen Energy Ball. Zwei Modelle stehen zur Verfügung, ein 0,5 kW Energie-Ball ‚V100’ mit einem Durchmesser von 110 cm und einem Preis von knapp 30.000 Schwedischen Kronen (~ 4.600 $), sowie ein 2,5 kW System ‚V200’ mit einem Durchmesser von knapp 2 m. Diese Anlage kostet rund 53.000 SKr (~ 8.100 $). Gefertigt werden sollen die Anlagen in McKinney, Texas.

Energy Ball Rotor

Energy Ball

Das Jahr 2003 scheint für Innovationen auf dem Windsektor besonders attraktiv zu sein. Die California Energy Commission fördert mit 75.000 $ zum Beispiel den Erfinder Douglas Spriggs Selsam, damit er den 3 kW Prototypen einer von ihm erfundenen einachsigen mehrfach-Rotor-Windturbine bauen und testen kann. Die Idee hierzu kommt ihm während seiner Studienzeit an der University of California in den frühen 1980er Jahren, ernsthaft daran zu arbeiten beginnt er 1999. Sein erstes Patent trägt den Titel ‚Serpentine wind turbine’ (US-Patent Nr. 6616402, beantragt 2001, erteilt 2003). Im Vergleich zu konventionellen Windkraftanlagen soll die Schlangen-Turbine mit ihrer flexiblen Achse aus Karbonfaser-Materialien um 90 % weniger Material benötigen, insbesondere wegen des Wegfalls des sonst meist notwendigen Turmes.

Schon bald darauf leistet seine Anlage mit sieben 2,1 m durchmessenden Rotoren 5,3 kW, was Selsam als Weltrekord verkündet. Die Besonderheit der Turbine besteht darin, daß sich hier gleich mehrere Rotoren – in relativ weitem Abstand voneinander – auf derselben Achse drehen. Es wäre interessant sich vorzustellen, welchen Zuwachs man erhalten würde wenn diese Technologie mit fortschrittlichen Rotoren umgesetzt werden würde, denn bislang installiert der Erfinder ausschließlich konventionelle Dreiblattrotoren.

Da das Projekt der Selsam Superturbine eines der wohl am besten dokumentierten der gesamten Branche ist, soll ihm hier die Ehre eines links zuteil werden. Eine schier erschlagende Menge an Fotos belegt die langjährige engagierte Arbeit des gesamten Teams. Kommerziell angeboten wird bereits eine ‚Selsam Superturbine ST 1.2 American Twin Dual-Rotor’ mit einer Leistung von 1 kW.

In der Ausgabe vom Juli/August 2005 des holländischen Fachmagazins Windtech International Magazine, schreibt Selsam zwar die Coverstory, doch es dauert noch einige Jahre, bis die Superturbine wieder häufigere Presse bekommt, nachdem sie von dem US-Magazin Popular Science zur ‚Invention of the Year 2008’ gekürt wird. Immerhin hat die Firma Selsam Innovations aus Fullerton schon mehr als 20 Stück ihres 2 kW Doppelrotor-Systems verkauft. Die Standardversion mit Zweiblatt-Rotoren von 3 m Durchmesser kostet 2.600 $, eine Schwachwind-Version mit 3,6 m Durchmesser 3.000 $. Man kann sich das gesamte System als einfach zu montierenden Bausatz direkt bestellen.

Selsam Ballon-Turbine

Selsam Ballon-Turbine

Inzwischen designt Selsam eine Fülle von Umsetzungen, bei denen viele Dutzende von Rotoren an einer sehr langen Achse sitzen, deren Ende mittels Tragflächen, Ballonen oder Luftschiffen emporgehoben werden. Der äußerst kreative Innovator sieht schon riesige Offshore-Windfarmen mit seinen ‚Sky Serpent’ Systemen entstehen, die an verankerten ‚Generator-Boyen’ befestigt sind und deren Installation im Vergleich zu konventionellen Offshore-Anlagen um ein etliches einfacher ist.

Mitte 2003 wird die Aeroturbine von Bil Becker öffentlich vorgestellt, eine Entwicklung der University of Illinois in Chicago, die nun von der Aerotecture International Inc. vermarktet werden soll. Das System läßt sich senkrecht wie waagrecht betreiben, ist sehr leise und nutzt so gut wie jeden Windhauch. Anfang 2006 werden Pläne bekannt, denen zufolge der Stararchitekt Helmut Jahn in seinen neuen Entwürfen waagrecht auf dem Dach liegende Aeroturbine-Windgeneratoren integrieren wird.

Die Aeroturbine gehört im Grunde zu den spiralig verformten Savonius-Rotoren, gewinnt in den Folgejahren aber eine gewisse Eigenständigkeit wegen ihrer zunehmende Verbreitung im Bereich der sogenannten Windarchitektur, die ich noch gesondert behandeln werde.

Nach immerhin 23 Jahren Entwicklungszeit betrachtet der Australier Arthur O’Connor seine Turbine 2003 als ausgereift. Sie ist leise, für eine große Bandbreite unterschiedlicher Windstärken ausgelegt und sehr preisgünstig. Es sind Durchmesser zwischen 1 m und 5 m möglich, wobei mit dem 1 m Modell bis zu 6 kWh pro Tag erwirtschaftet werden sollen, während bei einem Durchmesser von 5 m sogar schon 100 kWh eingefahren werden können. Eine 5 m Testanlage auf einem 18 m hohen Mast in Diggers produziert ab September 2003 genug Strom um mehrere Häuser oder eine kleine Fabrik zu versorgen.

Die international patentierte Hush Turbine von O’Connor, die sich durch eine große Zahl schräg nach vorne gerichteter, umringter Rotorblätter auszeichnet, wird im September 2005 im Windkanal der RMIT University getestet. Es zeigt sich, daß die Turbine relativ leise ist und auch kaum Vibrationen verursacht. Durch die visuell solide wirkende Struktur bildet sie auch kaum eine Gefahr für Vögel. Der Erfinder plant, die Anlage ab September 2007 auf den Markt zu bringen, das Modell mit 1 m Durchmesser soll etwa 7.000 $ kosten.

Hush Turbine

Hush Turbine

Auch Nobuhiro Murakami beginnt 2003 mit der Arbeit an einer Windkraftanlage ohne konventionelle Rotorblätter – statt dessen hat sein Spiral Magnus fünf mit spiralförmigen Lamellen versehene Röhren. Der in Gemeinschaft mit mehreren Universitäten entwickelte Rotor ist dadurch besonders leise. Der Name wird deshalb gewählt, weil das System auf dem Magnus-Effekt beruht, dem zufolge ein in einer Strömung rotierender Körper eine Querkraft entwickelt. Um diesen Effekt optimal zu nutzen, sind die Walzen mit einer spiralförmigen Lamelle versehen.

Auf der japanischen Leitmesse für erneuerbare Energien im Oktober 2007 wirbt Murakamis zwischenzeitlich im japanischen Katagami gegründete Firma Mecaro Co. für die Windkraftanlage, und Ende des Jahres wird bei der Ortschaft Ogata in der Präfektur Akita die erste in Japan selbstentwickelte Anlage mit einem Durchmesser von 11,5 m und 12 kW Leistung installiert. Ich behandle dieses System ausführlicher in der Länderübersicht (Japan).

Ebenfalls 2003 beginnt das neugegründete japanische Unternehmen Loopwing Ltd. Co. mit Windkanalversuchen an dem 1 m durchmessenden Modell eines selbstentwickelten, besonders leisen Rotors am National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. Beim Loopwing-Rotor haben die drei Rotorblätter eine schlaufenartige Form, wodurch er stark dem oben beschriebenen Venturi-Rotor ähnelt. Als Wirkungsrad werden 43 % angegeben. Das Unternehmen tourt mit dem Rotor auf Messen und kassiert eine Reihe von Designpreisen.

Loopwing-Rotor

Loopwing-Rotor

Ab 2006 wird der Loopwing-Rotor mit einem Durchmesser von 1,40 m hergestellt und zehn Stück davon werden für Parkbeleuchtungen verkauft. Im Oktober 2007 gibt das Unernehmen bekannt, daß im Folgejahr Windkraftanlagen mit einem Durchmesser von 2,8 m, und später auch von 4,8 m auf den Markt kommen sollen, wobei das große Modell dann nach Europa exportiert werden soll. Ebenfalls 2007 gewinnt das Unternehmen den Tokyo Technical Venture Award.
Für gutes Marketing sorgt derweil ein dreirädriges Selbstbau-Modellauto von Loopwing/Tamiya für 30 $, das sich mittels des mitgelieferten Loopwing-Windrades innerhalb von 5 Minuten wieder aufladen läßt. Es fährt damit 3,5 Minuten lang.

Nach 2008 ist die Website des Unternehmens nicht mehr erreichbar, und auch sonst gibt es keine Informationen mehr unter dem Stichwort Loopwing.

Ab 2003 wird in den USA ein neu patentiertes SpiralMax Turbo Exhaust Tube vertrieben (US-Patent Nr. 6536420). Es handelt sich um ein kleines Windrädchen, das am Auspuffrohr eines Fahrzeugs die Abluft energetisch nutzen soll. Anbieter des auch ‚Turbo Air Twister’ genannten Systems ist die Firma SpiralTech USA Inc. aus San Gabriel, Kalifornien. Eine weitere Version soll innerhalb des Luftfilters dafür sorgen, daß sich die Drehzahl des Motors erhöht. Die Installation ist sehr einfach – der Nutzen ziemlich umstritten.

Spiral-Max Auspuff-Rotor

Spiral-Max

Das Modell aus gebürstetem Aluminium für Rally Racer ist 12,5 cm lang, hat einen Durchmesser von 9 cm und kostet pro Stück knapp 100 $.

Ein weiterer ‚Spiralrotor’ wird 2004 von dem Bochumer Gernot Kloss präsentiert, der sich später auch mit Systemen zur Nutzung der Wellenenergie beschäftigt (s.d.). Jeweils zwei, diametral zueinander stehende Spiralen winden sich um einen Masten, unter dem sich der Generator befindet. Die Spiralen ähneln im Querschnitt auf den Kopf gestellten Spielplatz-Rutschen, die von lenkbaren Querblechen unterbrochen werden. Damit kann die Anlage Wind aus allen Richtungen einfangen. Die geringe Steigung der Spiralen minimiert den Luftwiderstand, so daß der Rotor schon bei schwachem Wind anläuft. Die lenkbaren Querbleche ermöglichen den Einsatz selbst bei Starkwind. Die Spiralen erzeugen weniger Lärm als konventionelle Rotorblätter, und sie werfen keine Schlagschatten.

Eine kleine Version ist für den schwimmenden Einsatz konzipiert und soll auf Bojen installiert werden. Dies hat den Vorteil, daß sich der gesamte Schwimmkörper samt Mast im Wind zur Seite neigen kann, ohne daß die Funktion davon beeinflußt wird.

2004 beantragt Dee James Delong aus Atlanta das Patent für eine Windmühle, bei der die Segelfläche je nach Windaufkommen angepaßt werden kann. Die flexiblen Segel lassen sich in drei (oder mehr) aerodynamisch geformte, hohle Rotorarme einrollen, während eine gleiche Zahl anderer Arme die Funktion des Mastes übernehmen. Auf der Abbildung aus dem US-Patent Nr. 7396207, erteilt 2008, sind die Segel zum Teil eingerollt. Von Versuchen oder Umsetzungen ist nichts bekannt.

Delong-Patent

Delong-Patent

2004 stellt das kalifornische Unternehmen Wind Energy Group aus Orange County den ersten Prototypen einer horizontalen Windturbine vor, die man im Grunde ebenfalls als liegenden Savonius betrachten kann. Das System mit dem Namen ,WEGI-100’ wird bis April 2006 an den Underwriters Laboratories in Cheyenne, Wyoming, getestet.

Die 100 kW Anlage ist für den urbanen Einsatz auf Hausdächern konzipiert, hat einen Rotor mit einem Durchmesser von 5,5 m und soll Ende 2007 bereits in 149 Ländern patentiert worden sein.

So innovativ wie auch umstritten ist das Konzept ‚Windpower ’n Rail’ der 1997 in Stemwede gegründeten deutschen SeeBA Energiesysteme GmbH. Die konventionellen Rotoren sollen hierbei nämlich auf Gittermasten stehen, die direkt über vorhandenen und meist auch elektrifizierten Eisenbahngleisanlagen errichtet werden. Das Unternehmen gilt in Deutschland als erste Adresse für Gitter- oder Fachwerkstrukturen, und im August 2004 plant man die Errichtung eines 2,5 MW Prototyps mit 160 m Nabenhöhe, allerdings noch nicht direkt über einer Gleistrasse. Man erwartet durch die zusätzliche Höhe eine Ertragsteigerung um bis zu 25 %.

Gemeinsam mit der im Mai 2003 gegründeten Firma Wind to Energy (W2E), einem Rostocker Entwickler neu konzipierter 2,5 MW Windenergieanlagen, werden im 4. Quartal 2005 in Küstennähe zwei Prototypen mit geringeren Nabenhöhen errichtet. Im September 2006 wird dann in Laasow, Brandenburg, die bislang höchste Windkraftanlage der Welt aufgestellt, denn die Rotorblätter dieser Fuhrländer-Anlage erreichen eine Höhe von 205 m.

160 Meter Nabenhöhe

Laasow-Anlage

Im Jahr 2007 tut sich SeeBA mit der 2002 gegründeten EFI Energy Farming International AG aus Mülheim a.d. Ruhr zusammen, nachdem die beiden Unternehmen bereits bei verschiedenen Projekten zusammengearbeitet haben. Bis Ende 2007 ist die SeeBA Energy Farming Gruppe an der Planung und/oder Errichtung von über 900 Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von über 1.300 MW im In- und Ausland beteiligt. Von diesen Windenergieanlagen stehen etwa 30 % auf SeeBA-Fachwerktürmen, ein Großteil davon auf Türmen mit Nabenhöhen über 100 m. Von dem ‚Windpower ’n Rail’ wird allerdings nicht mehr gesprochen.

Shawn Frayne aus dem kalifornischen Mountain View entwickelt ab 2004 seinen Windbelt, der den luftelastischen Effekt nutzt um Strom zu erzeugen. Es ist der allen bekannte Effekt, der auftritt wenn ein gespanntes Seil im Luftstrom stark zu vibrieren beginnt. Inspiriert dazu hat Frayne der Zusammenbruch der Tacoma Narrows Hängebrücke im Jahr 1940, die während eines Sturmes in immer stärkere Schwingung geriet. Ich betrachte diese Erfindung, die sich im Grunde auch dem Sektor Micro Energy Harvesting zuordnen läßt, als eine der unkonventionellsten und genialsten Erfindungen im Windsektor!

Das 2007 erstmals vorgestellte System ist besonders gut dazu geeignet, Energie unterhalb von 100 W zu erzeugen. An der schwingenden Membran ist in Nähe des Verankerungspunktes ein Magnetpaar befestigt, das zwischen festen Spulen oszilliert. Diese Methode ist 10 bis 30 Mal so effizient wie die besten Kleinwindturbinen, außerdem kostet ein Gummiband-Windbelt für die wenigen Watt, wie sie häufig für Lampen oder Radios in der 3. Welt benötigt werden, nur ein paar Dollar. Um sein Projekt voranzutreiben gründet Frayne die Humdinger Wind Energy LLC mit Sitz in Honolulu.

Auf der Seite popularmechanics.com wird im November 2007 ein Video über Fraynes Windbelt veröffentlicht, auf das ich hier verlinken möchte. Das Magazin verleiht ihm berechtigterweise auch den 2007 Breakthrough Award. Seine kleinen Prototypen erzeugen bei einer 16 km/h Brise schon 40 mW.

Windbelt Micro

Windbelt Micro

Im September 2008 startet der Erfinder eine Kooperation mit der Non-Profit-Organisation Appropriate Infrastructure Development Group (AIDG) aus Weston, Massachusetts, um das System in Guatemala als Ersatz für Kerosin-Lampen einzuführen.

2009 stellt Fraynes Unternehmen eine ‚Mikro-Version’ des Windbelt vor. Der MicroBelt mit den Maßen 12,7 x 2,5 cm beginnt ab einer Windgeschwindigkeit von 10 km/h zu funktionieren und kann im Laufe seiner auf 20 Jahre veranschlagten Lebensdauer 100 – 200 Wh liefern.

Eine als Konzept veröffentlichte ,Medium-Version’ ist 1 – 3 m lang und weist ein Oszillationsprofil von 5 – 10 cm auf. Hiermit können 3 – 10 W erzeugt werden.

Noch größere Versionen sollen in Zusammenarbeit mit der AIDG sowie einer weiteren NGO namens XelaTeco entwickelt werden. Eine Selbstbauanleitung für einen Windbelt wird im lowtechmagazine veröffentlicht.

Windcell-Paneele Grafik

Windcell-Paneele (Grafik)

Besonders aktuell ist ein fortgeschrittenes Konzept von Frayne, das etwa 1 $ pro installiertem Watt kosten würde. Unter dem Namen Windcell Panel schlägt er ein System vor, das ähnlich wie Solarpaneele aufgebaut ist und aus jeweils 20 Reihen einzelner Windbelts in einem gemeinsamen Rahmen besteht, die zusammen 3 – 5 W liefern. Dadurch kann die erzielte Gesamtenergie bei einer Windgeschwindigkeit von 6 m/s bis auf 100 W pro Quadratmeter Paneelfläche addiert werden. Verglichen mit piezoelektrischen Rotor-basierten Systemen ist die produzierte Leistung in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit etwa zehnmal so hoch.

Nun schlägt das Humdinger-Team vor, an besonders windstarken und trotzdem leicht zu erreichenden Standorten mehrere 100 m lange Reihen von Windcell-Paneelen zu installieren, beispielsweise an den Seiten von Brücken. Da die Systeme zeitsparend hergestellt, einfach transportiert und problemlos installiert werden können, rechnet das Unternehmen mit einer schnellen Umsetzung. Die ersten Demonstrationsprojekte sind bereits in Planung und das Start-Up Unternehmen Humdinger erhält Investitionen und Zuschüsse der Regierung von Hongkong.

Für städtische Anlagen bieten die Windbelts viele Vorteile. Gegenüber rotierenden Generatoren können sie viel besser auf den unsteten, böigen Wind in einem städtischen Umfeld reagieren – und ohne gefährlich schnell bewegte Teile gibt es auch keine allgemeinen Gefährdungen, auch nicht für Fledermäuse oder Vögel.

Prof. Majid Rashidi von der Cleveland State University entwickelt ab 2005 einen Windturm mit dem Namen Smart Energy Spire, der dem 1996 von Weisbrich präsentierten ‚WARP tower’ (s.o.) sehr ähnlich ist, nur daß Rashidis Turmstruktur spiralförmig aufgebaut ist.

Grafik des Agri-Tower mit Smart Energy Spire

Agri-Tower mit
Smart Energy Spire

Die Windrotoren sind in zwei Reihen untereinander in den Windungen des gigantischen Korkenziehers in Leichtbaukonstruktion installiert. Auch hier soll aufgrund des Bernoulli-Effekts der Lamellierung eine Verstärkung der Windströmung erfolgen, wodurch im Vergleich zu Einzelrotoren eine sechs- bis achtfache Ausbeute erreichbar wird. Ein erstes Modell leistet 300 kW, doch Rashidi plant bereits eine 500 kW Anlage mit insgesamt 20 Einzelrotoren.

Im Februar 2007 wird bekannt, daß Rashidi gemeinsam mit dem Unternehmen Green Energy Technologies aus Akron in Produktion gehen will, wobei 2009 bereits ein Umsatz von etwa 93 Mio. $ erreicht werden soll.

Der US-Bundesstaat Cleveland unterstützt das Vorhaben mit über einer halben Million Dollar, um auf einem Universitätsgebäude einen ersten Prototypen zu errichten. Im Juli 2007 melden die Blogs, daß weitere 1,1 Mio. $ an Steuermitteln für das Projekt bewilligt werden. Auch in die verschiedenen Konzepte des ‚Agri-Tower’, über den noch gesondert berichtet wird, fließt die Technik Rashidis mit ein – hier sogar mit vier Kolumnen von Generatoren.

2009 meldet die Presse, daß der Erfinder sein Konzept weiterentwickelt habe, sodaß es nun auch auf New Yorker Dächern Platz finden könne. An der Cleveland State University wird eine Testanlage mit vier kleinen Rotoren um einen Silo-artigen, zylindrischen Zentralkorpus installiert, die pro Tag 8 kW/h produziert. Außerdem sollen die Cleveland Indian’s planen, auf ihrem Stadion eine Energy Spire Anlage zu installieren.

Das Unternehmen PacWind Technology in Torrance, Kalifornien, bietet ab 2006 eine 1 kW Anlage an, die nach dem Modell der Durchström(wasser)turbine konzipiert ist und damit auch eine weiterentwickelte Abart des Savonius-Rotors darstellen könnte. Versuche finden außerdem mit einem 5 kW Modell des PacWind Rotors statt, der allerdings mit einer weit höheren Anzahl von Blättern ausgestattet ist.

PacWind Rotor

PacWind Rotor

Anfang 2009 meldet die WePOWER LLC, welche die Rechte an der Innovation erwirbt, daß man die Produktion von 500.000 Stück der PacWind Turbinen beabsichtigt – in den USA und innerhalb von nur 12 Monaten. Diese Anzahl könne bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 16 km/h pro Jahr rund 2,4 Mrd. kW/h Strom erzeugen, was zur Versorgung von mehr als 210.000 Haushalten ausreichen würde.

Den Angaben auf der Homepage des Unternehmens zu folge beschäftigt sich WePOWER mit Windkraftanlagen zwischen 1 kW und 2 MW, darunter auch vom senkrechten Darrieus-Typ wie die Modelle der Firma extech (s.d.).

Im April 2009 installiert der japanische Kopierer- und Fotoapparate-Hersteller Ricoh am Times Square eine 13,5 m hohe Werbetafel, deren LED-Beleuchtung durch 16 schmale, seitlich senkrecht angebrachte PacWind Turbinen (mit einem Ertrag von 22 kW/h pro Tag) sowie 64 Solarpaneele gesichert wird. Damit soll die ‚eco board’ Werbetafel pro Monat 12.000 – 15.000 $ Stromkosten einsparen.

Die Stromerzeugung durch Nutzung des Piezoelektrischen Effekts wurde schon mehrfach versucht, doch erst die ‚Bimorph Generator Structure’, die von zwei Instituten der University of Minnesota entwickelt und im Februar 2006 vorgestellt wird, scheint eine auch praktisch umsetzbare Methode zu sein, Windenergie ohne rotierende Maschinenelemente in Strom zu verwandeln.

Die flexible, mehrschichtige Matte flattert im Wind wie eine Fahne, wobei die Zug- und Druckkräfte der wellenförmigen Bewegungen, die durch Luftwirbel induziert werden, eine Ladungssteigerung an der einen Folienseite zur Folge haben. Die Energieausbeute von 20 mW ist bislang allerdings noch recht bescheiden, und auch der erreichte maximale Wirkungsgrad beträgt erst 0,1 %. Über weitere Methoden der piezoelektrischen Energienutzung spreche ich im Kapitel Mikro-Energy-Harvesting.

Piezo-Baum von Wan Gi

Piezo-Baum von Wan Gi

Ein ähnliches System schlägt im September 2007 der Amerikaner Richard Dickson vor, der sich schon seit langem mit der Nutzung der Piezoelektrizität beschäftigt. Seine Idee ist es Windbäume zu errichten, die mit ‚Blättern’ aus entsprechenden Folien bestückt werden. Jedes Flattern dieser Folien erzeugt Strom, wenn auch nur in geringem Maße. Durch die Masse könnten damit trotzdem signifikante Leistungen erreicht werden.

Dieselbe Idee verfolgt Mitte 2008 des südkoreanische Professor Cheon Wan-gi an der Cheju National University. Sein 1 m großer piezoelektrischer ‚Baum’ mit 100 Blättern kann aus einer Brise von 1,5 m/s immerhin soviel Strom ziehen, um eine Standard-AA Batterie in 5 – 6 Stunden aufzuladen.

Das Energy Technology Center der AeroVironment Inc. aus Monrovia, Kalifornien, das auch in verschiedenen Bereichen der solar-elektrischen Mobilität aktiv ist (s.u. Elektroflugzeuge, Elektrofahrzeuge und Wasserstoff), stellt seinerseits im Februar 2006 eine Art ‚Windkraft-Bordüre’ für die Oberkanten von Industriebauten oder Bürohochhäusern vor, die aus Reihen kleiner Rotoren bestehen. Die Rotoren des mehrfach patentierten ,Architectural Wind Building-Integrated Energy Generation System’ genannten Konzepts sind zwar konventioneller Bauart, neu dagegen ist ihre Neigung sowie ein Schild, das den Wind auf die Rotoren lenkt und die Effizienz der Anlage um 30 % steigern soll.

Bei der vorgeschlagenen Bauweise wird der Effekt ausgenutzt, daß sich der auf ein Gebäude treffende Wind beschleunigt, wenn er um dessen Ecken strömt. Dadurch wird an den Kanten ein bis zu 50 % höherer Ertrag möglich als bei konventionellen Aufdachrotoren. Das modulare System beginnt mit einer Leistungsgröße von 6 kW und kann bis zu 100 oder mehr Einzelrotoren umfassen. 2007 gewinnt AeroVironment den red dot Designpreis für sein Architectural Wind System.

Dachkanten-Anströmung Grafik

Dachkanten-Anströmung:
Blau Min = 0 m/s
Rot Max = 14,25 m/s

Ab Mitte 2008 wird das ,AVX1000’ Modell angeboten, das 1 kW leistet und nur 60 kg wiegt, wodurch es einfach und ohne zusätzliche Verstärkungen oder Aufbauten installiert werden kann. An der Vorderseite besitzt es einen Vogelschutz. Je nach Länge der Dachkante kann eine Vielzahl der 2,5 m hohen und 1,8 m breiten Rotoren zusammengeschaltet werden. Im August werden auf dem Bürozentrum des Logan Airport in Boston 20 AeroVironment 5-Blatt-Rotoren installiert, weitere Windturbinen sind bereits auf einer Kartoffelchip-Fabrik in Beloit, Wisconsin, auf der Laughlin Air Force Base nahe Del Rio, Texas, und auf dem St. Louis County Government Service Center im Einsatz. Das Unternehmen gewinnt in diesem Jahr den Annual Design Review award des internationalen Design-Magazins I.D.

Im Mai 2009 werden auch auf dem St. Paul International Airport in Minneapolis 10 Stück der 1 kW AeroVironment-Turbinen installiert, Kostenpunkt: 94.000 $. Der Strom soll hauptsächlich den Elektrofahrzeugen des Flughafens dienen.

Ab Oktober 2006 bietet auch das 1987 gegründete Unternehmen Southwest Windpower aus Flagstaff, Arizona, ein neues Windprodukt an: Der ‚Skystream 3.7’ ist eine 2,4 kW Dreiblattrotor-Kleinwindanlage mit 3,72 m Durchmesser, der sich durch schwertförmig gebogene Rotorblätter aus Fiberglas auszeichnet und 77 kg wiegt. [Bei dem 2008/2009 durchgeführten Zeeland-Test stellt sich dieses Modell als das ertragreichste und auch wirtschaftlichste der 9 untersuchten Modelle heraus, s.u.].

Die Firma bietet außerdem eine ,Whisper’-Serie an (Modell 100 mit 0,9 kW, Modell 200 mit 1 kW und Modell 500 mit 3 KW Leistung), bei der es sich allerdings um einen sehr konventionellen 3-Blatt-Rotor handelt.

Lucien Gambarota wiederum entwickelt 2006 in seinem Unternehmen Motorwave (s.u. Wellenenergie, Hong Kong) und gemeinsam mit Ingenieuren der University of Hong Kong eine spezielle Windkraftanlage, die schon bei Windgeschwindigkeiten um 2 m/s Strom produziert. Das System besteht aus einer Vielzahl miteinander verzahnter Minirotoren aus Plastik mit einem Durchmesser von jeweils 25 cm, die auch an Dächern oder Balkonen installiert werden können.

Minirotoren von Gambarota

Minirotoren

Als erstes Projekt wird Mitte 2007 ein aus 396 unterschiedlich eingefärbten Einzelrotoren bestehender 18 m langer Schriftzug der Hong Kong Sea School aufgebaut – eine Werbemethode die keine Energie kostet, sondern diese erzeugt. Auch die Taifune über Hong Kong im August und September mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 110 km/h verkraftet die Anlage schadlos. Im November 2007 wird eine weitere Dachanlage aus 500 Rotoren in mehreren Blöcken errichtet.

Ein Set aus 8 Rotoren, die gemeinsam 50 W Leistung erzielen, wird zusammen mit einem 2,2 m langen Träger für 199 $ angeboten, ab 2008 auch direkt über die Homepage von Motorwave. 20 Windräder, die bei günstigen Bedingungen rund 40 % des Energiebedarfs einer kleinen Familie abdecken können, werden für rund 200 € angeboten – aber sobald die Massenproduktion beginnt, soll der Preis weiter fallen.

Kein zwingend neues Design, aber eine sinnvolle und effizienzsteigernde Methode, ist die Installation zweier gegenläufiger Rotoren an der gleichen Anlage. Diese Technik wird immer mal wieder vorgeschlagen, hat sich bislang aber trotz ihrer Vorteile nicht durchsetzen können. Eine clevere Umsetzung wird 2006 unter dem Namen ‚Counter Rotating Wind Turbine’ (CRWT) von der 2003 gegründeten Schweizer Firma Eotheme Sàrl vorgestellt. Hier dreht jeder Rotor nämlich eine Hälfte des Stromgenerators – einen ‚Stator’ gibt es nicht mehr.

Die Vorteile des gegenläufigen und getriebelosen Rotor-Generator-Systems werden im Wintersemester 2006/2007 von Prof. Dominique Bonvin am Polytechnikum in Lausanne untersucht. Im Abschlußreport wird unter anderem eine Vorläuferuntersuchung genannt, die von M. Kloss im August 1942 in der Elektrotechnischen Zeitschrift (63. Jhg., Heft 31/32) veröffentlicht worden ist. In Deutschland hatte das Reichsenergieministerium zwischen 1935 und 1945 mehrere dementsprechende Modelle mit Durchmessern bis zu 10 m untersucht.

Im Februar 2007 wird ein von den Sandia National Laboratories in Kooperation mit dem Unternehmen Knight & Carver (K&C) aus San Diego neu entwickeltes Blatt-Design für niedrige Windgeschwindigkeiten unter 6 m/s vorgestellt.

Star-Blade-Test

Star-Blade-Test

Das Design unter dem Namen ‚Sweep Twist Adaptive Rotor blade’ (STAR) zeigt als Besonderheit eine sanft gekrümmte Spitze, die es dem Blatt ermöglicht, den Belastungen durch turbulente Böen besser zu widerstehen. Das Blatt kann sich stärker verwinden als herkömmliche Konstruktionen, wodurch auch längere Blätter herstellbar werden, die außerdem auch noch 10 % - 15 % mehr Leistung bringen.

Im ersten Quartal 2007 werden vier weitere Blätter gefertigt, von denen drei im praktischen Einsatz an einer Turbine in Iowa getestet werden sollen. Das Department of Energy (DOE) fördert dieses Entwicklungsprojekt seit 2005 mit 800.000 $.

Im Juli 2006 wird in den Blogs ein winziges Windrad vorgestellt, das am Fahrradlenker angebracht den LED-Scheinwerfer und das Rücklicht mit Strom versorgt.

Der taiwanesische Designer Hsieh Jung-Ya und seine Firma ‚Duck Image’ gewinnen unter anderen den renommierten Red Dot Designpreis für ihr Windbikelite. Bei einer durchschnittlich schnellen Fahrgeschwindigkeit produziert der kleine Generator 3,5 V bei 70 mA. Um auch während eines Halts nicht im Dunkel zu stehen ist eine Lithium-Ionen-Batterie installiert.

Im März 2007 stellt das neu gegründete Unternehmen W2 Energy Development Corp. aus Santa Barbara, Kalifornien, eine oszillierende Windpumpe vor, deren Wirkungsgrad zwischen 40 % und 60 % liegen soll. Entwickler der WindWing-Anlage ist Gene Kelley, den Patentantrag dafür hat er bereits 2005 eingereicht. Es handelt sich um eine Schlagflügel-Windanlage – wobei es allerdings fraglich ist, ob dieses Prinzip, das schon Mitte der 1970er Jahre durch die Berliner IPAT getestet wurde (s.o.), tatsächlich Vorteile bietet.

WindWing Schlagflügel

WindWing

Die letzte Meldung stammt vom Juli 2008: Kelley arbeitet an der weiteren Optimierung seiner Anlage, die zukünftig aus 6 – 12 horizontalen Tragflächen bestehen soll, die im Wind auf und ab schwingen. Die Anlage sei effizienter als herkömmliche Systeme und würde auch nur ein Zehntel des Preises jener Rotoren kosten... sagt der Erfinder.

Bei meiner Recherche, ob das Projekt zwischenzeitlich vorangekommen ist, stoße ich auf weitere Personen, die sich mit der Schlagflügel-Technik beschäftigen. Zum Beispiel der Russe Evgeny Sorokodum, der ab 2000 auch eine Reihe von Vortex-Generatoren entwickelt (s.d.), oder die 2004 in Pebble Beach, Kalifornien, gegründete Forschungs- und Technologiefirma AeroHydro Research & Technology Associates (AHRTA), die sich mit einer Umsetzung im Bereich der Strömungsenergie von Wasser beschäftigt. Ihr System ähnelt dem dort beschriebenen patentierten ‚Stingray Tidal Stream Generator’ der britischen Firma Engineering Business Ltd. (EB).

Auf der AHRTA-Homepage stehen Quellenangaben zu empfehlenswert vielen Fachartikeln, darunter auch zu Schlagflügeln (Stichwort ‚Flapping Airfoil Aerodynamics’).

Der Mathematiker und Ingenieur Dr. Simon Farthing wiederum, aus dem kanadischen Sidney in British Columbia stammend, erweckt im Rahmen seiner Econologica-Initiative ab 2006 ein Projekt aus dem Jahr 1976 wieder zum Leben: Unter dem Namen Wing’dmill (WM) wird eine oszillierende Windkraftanlage zum Wasserpumpen entwickelt, die speziell für Länder der 3. Welt gedacht ist.

Farthing Windpumpe

Farthing Windpumpe

Die Anlage besteht aus einer einzelnen, rechtwinkligen Tragfläche, die vom Wind angetrieben einen Halbkreis beschreibt, um an dessen Ende umzuschlagen und einen weiteren Halbkreis in der Gegenrichtung zu beschreiben (ähnlich dem Bewegungsprofil eines Scheibenwischers). Farthing baut und betreibt an einem Zentrum für angepaßte Technologie auf Kuba erfolgreich Modelle mit Blattlängen bis zu 5,7 m. Einige der Anlagen betreiben auch Kompressoren zur Erzeugung von Druckluft.

Im April 2007 häufen sich Meldungen über eine kleine Startup-Firma namens WhalePower Corp. aus Toronto, Ontario, die sich mit der aerodynamischen Optimierung von Rotorflügeln beschäftigt. Wie schon der Name sagt geht es dabei in erster Linie um eine Naturbeobachtung an den Flossen von Buckelwalen und Delphinen, aus der Dr. Frank E. Fish ein neuartiges Rotorblatt entwickelt und patentiert (u.a. Europa-Patent Nr. 1805412, erteilt 2007), das sich durch einen Höckerrand an der Vorderkante auszeichnet. Diese Höcker werden auch Tuberkeln genannt.

Der neuartige Rand, der wie eine Reihe von Klingen oder Zähnen aussieht, bedeutet eine radikale Abkehr von dem schlanken und glatten Design, dem die Blätter der meisten Windkraftanlagen entsprechen. Es zeigt sich schon bei den ersten Versuchen, daß ein Blatt mit Höckern wesentlich geringere Windgeschwindigkeiten aufnehmen und nutzen kann als herkömmliche Blätter. Das Ontario Centre of Excellence fördert die Entwicklung gemeinsam mit der Ontario Power Authority schon im Frühstadium mit 70.000 $, um eine Kooperation mit den Windenergie-Ingenieuren der University of Western Ontario zu initiieren.

Die Technologie soll sich auch bei Ventilatoren, Propellern und Tragflächen einsetzen lassen, denn die Versuche zeigen, daß zusätzliche Tuberkel in allen Fällen einen höheren Wirkungsgrad und eine geringere Neigung zum Strömungsabriß mit sich bringen. Windturbinen mit Höckerrand produzieren mehr Energie, sind leiser und nutzen auch turbulente Strömungen viel besser. Bei einer Blattlänge von 50 m hat jeder Höcker die Maße etwa eines VW-Käfers.

Altra-Air HVLS Industrie-Deckenventilator

Altra-Air HVLS

Als Erklärung wird angenommen, daß die Höcker den Wind in schmale Bereiche des Blattes kanalisieren, was zu einer höheren Windgeschwindigkeit in diesen Kanälen führt und zur Ausbildung einer Anzahl von hubsteigernden Zirkulationsströmungen. Außerdem wird die Luft daran gehindert, das Blatt entlang zu fließen und es erst am Blattende durch Abriß zu verlassen, was einer der Hauptgründe für Geräuschentwicklung, Instabilität und Effizienzverlust ist.

2008 steigen die Wissenschaftler Phil Watts und Stephen Dewar bei WhalePower ein, um verschiedene Umsetzungen für Tragflächen, Turbinen, Pumpen, Kompressoren und Ventilatoren zu entwickeln. Das Unternehmen erteilt dem kanadischen Marktführer für Industrieventilatoren Envira-North Systems Ltd. eine Lizenz für seine Technologie, der die ersten Ventilationssysteme mit einem Durchmesser von 7,2 m unter dem Namen ‚Altra-Air HVLS’ im April 2009 auf den Markt bringen will, die 20 % weniger Energie verbrauchen. Außerdem werden gemeinsam mit dem Wind Energy Institute of Canada (WEICan) weiterführende Untersuchungen angestellt die zeigen, daß die Rotorblätter 32 % weniger Widerstand aufweisen.

Im Juni 2007 stellt Graeme Attey aus Fremantle in West-Australien einen kleinen Horizontalrotor für Dächer vor, der durch seine geringen Abmessungen von 1 m Breite und 50 cm Durchmesser problemlos fast überall installiert werden kann. Die lokalen Regierungsbehörden helfen dem Erfinder, in dem sie den Kauf der Geräte suventionieren wollen, sobald diese im Folgejahr auf den Markt kommen.

Immerhin gründet sich sehr schnell die Design Licensing International Pty Ltd. (DLI) in Fremantle, welche die Rechte an Attey Windpods Technologie übernimmt und ab dem Mai 2008 mit Feldtests in den Melbourne Docklands, Victoria Harbour, beginnt. Im Juni folgt die Vergabe einer Lizenz an die Waytech Capital Investments Ltd. für die Volksrepublik China, und im September verhandelt man darüber, den zukünftigen, 639 m hohen, Shanghai Tower mit einer Reihe von Winpods auszustatten. Außerdem führt DLI auf seiner Homepage eine ganze Reihe von Installationsvorschlägen auf, bei denen die Rotoren an den Kanten von Hochhäusern, in Wanddurchbrüchen oder über die gesamte Länge von Brücken installiert sind.

Ein Test, bei dem in Großbritannien 21 Kleinwindanlagen untersucht werden, findet zwischen Oktober 2007 und Oktober 2008 statt (Warwick Wind Trials Project). Verglichen werden allerdings nur Anlagenmodelle von 4 britischen Herstellern, die in unterschiedlichen Zahlen an 26 verschiedenen Standorten im Einsatz sind:

14 Stück Ampair 600 230 (600 W)
1 Eclectic StealthGen 400 (400 W)
3 Zephyr Air Dolphin (1 kW)
5 Windsave WS1000 (1 kW) später ersetzt durch: Windsave WS1200 (1,25 kW)

Eine ebenfalls installierte Swift Anlage (1,5 kW) fällt aus dem Test heraus, da es ungelöste Schwierigkeiten mit der Datenaufnahme gibt. Ich verlinke hier auf den Abschlußbericht (engl., pdf). Wesentlich aussagekräftiger ist allerdings ein Test in Holland, auf den ich später noch zu sprechen komme (s.u.).

Im November 2007 stellt die MINIWIZ Sustainable Energy Development Ltd. in Tapei, Taiwan, ein portables Batterieladegerät vor, das mit einem winzigen Windrad – ähnlich wie bei Windmeßgeräten – bestückt ist.

HyMini Windlader

HyMini

Die persönlichen Windkraftanlage HyMini kommt gemeinsam mit einem Mini-Solar-Ladegerät für 60 $ auf den Markt. Alleine kostet sie 50 $. Optional gibt es Oberarm- und Lenkstangenhalter, um während des Joggens oder Radfahrens das Handy oder den MP3-Player per Windkraft aufzuladen.

2007 überschlägt sich die Presse mit Meldungen über ein Windkraftwerk, das gleichzeitig auch Wasser aus der Atmosphäre absorbieren soll. Über das Max Water System habe ich bereits in der Länderübersicht Australien berichtet (s.d.). Eine Anlage mit einem Output von 10.000 Litern täglich soll 43.000 $ kosten – viel Geld, auch wenn möglicherweise (nur) Australische Doller gemeint sind.

Im Jahr 2007 wird auch der zweite Pop-Sci Core77 Design Wettbewerb veranstaltet. Zu den eingereichten Beiträgen gehört ein verblüffendes Konzept von Nomi Lewin und Amos Wagon aus Israel. Dabei handelt es sich um die kleinste Windkraftanlage, die mir bislang untergekommen ist:

Der Firefly ist ein Nasenring, dessen LED-Licht aufleuchtet wenn man (durch die Nase) ein- oder ausatmet, denn an der innen liegenden Seite des Schmuckstückes befindet sich ein winziges Windrad, das durch den Luftstrom angetrieben den hierzu notwendigen Strom erzeugt. Ich bezweifle allerdings, daß es viele Mädchen geben wird, die sich ein derartiges Teil durch ihr Nasenloch ziehen werden... aber wer weiß? Vielleicht wird es in Wirklichkeit ja auch der Hit des Jahrzehnts. Warten wir daher erst einmal ab, ob die Firefly überhaupt in Produktion geht.

Flow Rotor

Flow

Beim red dot award 2007 gewinnt der Designer Wang Yigang einen Preis für sein Flow genanntes Wind-Solar-Energie-System, bei dem die sechs Blätter eines kleinen, schräg ausgelegten Rotors gleichzeitig Solarpaneele aus flexiblen Photovoltaik-Zellen darstellen.

Dazu besitzt das Teil noch drei weitere, Darrieus-ähnliche Blätter, deren Anordnung eine leistungssteigernde Verwirbelung des Windes im Kern hervorrufen soll, wie wir sie von den allerdings weit größeren Augmentor-Systemen her kennen. Yigang gewinnt für sein Konzept außerdem den DAAD-Preis der Nationalen Kunstausstellung Shanghai.

Ein Gewinner des red dot Wettbewerbs 2008 ist der Designer Nils Uellendahl von der Victoria University of Wellington, Neuseeland, mit seinem hochinnovativen Konzept WIND1000000. Dabei geht es um die Integration eines Systems der elektromagnetischen Induktion in die bestehende Strom-Infrastruktur.

Der Vorschlag kombiniert die Windenergie in Form spiralig verwundener Dreiblatt-Darrieus-Rotoren mit Hochspannungsleitungen – doch anstatt die Rotoren auf oder in die Masten selbst zu setzen (wie das ,Wind-it’ Konzept von 2009, das hierzu Savonius-Rotoren nutzt), will Uellendahl die Stromkabel selbst als Achsen für ganze Ketten von Windrädern nutzen. Die Stromproduktion soll durch direkte Induktion in die Kabel erfolgen, wodurch auch die Transportverluste des Stroms kompensiert werden können.

Sungjin-Design Grafik

Sungjin-Design (Grafik)

Ebenso interessant ist die Idee eines weiteren red dot Preisträgers von 2008: Der Designer Ho Sungjin schlägt vor, eine Vielzahl kleiner Rotoren mit senkrechter Achse innerhalb der in den USA weit verbreiteten Fahrbahn-Begrenzungen zu installieren. Der Fahrtwind der vorbeifahrenden Fahrzeuge soll Strom für die Straßenbeleuchtung, Ampeln und Hinweisschilder erzeugen. Sein Entwurf unter dem Titel ‚Median Strip by Wind Power Generation’ erinnert an das Konzept von Mark Oberholzer von 2006, das ich bereits bei den Darrieus-Rotoren erwähnt habe.

Der Amerikaner Jim Eubanks aus Lakeland, Florida, stellt gemeinsam mit seinem Sohn Gary Anfang 2008 eine leicht verwirrende Windkraftanlage vor, bei der er verwundene Savonius- mit senkrechten Darrieus-Flügeln kombiniert. Die Anlage kostet den Bastler rund 500 $ und viele Stunden Arbeitszeit, weiteres Geld steckt er in Patentanträge.

FloDesign Wind Turbine Corp. in Wilbraham, ein Spin-off des 1990 gegründeten Luft- und Raumfahrtkonzerns FloDesign aus Massachusetts, gewinnt 2008 beim Ignite Clean Energy business plan Wettbewerb des MIT Enterprise Forum den ersten, mit 100.000 $ dotierten Preis. Seit zwei Jahren entwickelt das Unternehmen eine Windturbine, die den Strom zum halben Preis herkömmlicher Windkraftanlagen herstellen soll. Ihr Name lautet FloDesign FD700 shrouded turbine bzw. Mixer/Ejector Wind Turbine (MEWT), und eine gewisse Ähnlichkeit mit dem bereits beschriebenen Vortex-System ist nicht abzustreiten.

Die Rotorblätter der patentierten Anlagen sind mit einer Abdeckung umgeben, welche die Luft durch sie hindurch lenkt und beschleunigt. Die Erfinder sprechen sogar von einer ‚Archimedischen Schraube’ aus Luft, die sich innerhalb ihres System herausbildet. Die Technologie, die ursprünglich für Jet-Triebwerke entwickelt worden ist und auch so aussieht, verdoppelt oder verdreifacht die Leistung der Windturbinen im Vergleich zu konventionellen Anlagen gleichen Durchmessers.

FloDesign-Turbine Grafik

FloDesign-Turbine (Grafik)

Der Wind trifft im Stator-Bereich zunächst auf eine Anzahl feststehender Blätter, welche die Luft auf die beweglichen Blätter des Rotor-Segments weiterleiten. Außerdem ist die Abdeckung so geformt, daß die sich schnell bewegende Außenluft in den Bereich kurz hinter dem Rotor gelenkt wird und die dort austretende, verlangsamte Luft durch die gezielte Verwirbelung beschleunigt. Dadurch entsteht hinter den Turbinenblättern ein Unterdruck, der noch mehr Luft ansaugt.

Mitte 2008 sammelt die Firma bei einer ersten Risikokapitalrunde 6 Mio. $ ein und kündigt erste Partnerschaften mit Windparkentwicklern an. Hauptinvestor ist die kalifornische Firma Kleiner Perkins Caufield & Byers. Das Unternehmen untersucht bereits einen kleinen Prototypen im Windtunnel, und bis Ende 2009 oder Anfang 2010 soll in Wilbraham ein 10 kW System mit einem Durchmesser von 3,65 m gebaut und in North Carolina in Zusammenarbeit mit dem Department of Energy getestet werden. Die Kosten dieser Versuchsanlage werden auf 4 Mio. $ geschätzt.

Auf dem kommerziellen Sektor denkt das Unternehmen aber schon an Anlagen mit Durchmessern bis zu 15 m und einer Leistung von 700 kW – sowie riesigen 1 MW Turbinen.

Auch die 2006 gegründete Firma Marquiss Wind Power Inc. (MWP) aus Folsom, Kalifornien, kann Anfang 2008 Investitionsmittel von Velocity Venture Capital LLC und Strategis Early Ventures in Höhe von 1,3 Mio. $ einwerben, um seine Dach-Windkraftanlagen weiterzuentwickeln und zu vermarkten. Die Ducted Wind Turbine (DWT) oder auch Aeropoint Wind Turbine genannte Anlage besteht aus einem sehr einfachen Mehrblatt-Rotor, der von einem eckigen Trichter umgeben ist.

Das Modell ‚Aeropoint T500’ wiegt 2 t, hat eine Kantenlänge von gut 6 m und soll 5 kW leisten. Untersuchungen laufen am Desert Research Institute of Nevada, und zwei Ausfertigen sollen bereits verkauft sein.

Im Juli 2008 kauft Marquiss die Windfirma Cirrus Technologies Inc. aus Carson City, um deren Patente nutzen zu können. Während der Arbeit am ersten Prototyp kommt das Unternehmen aber in finanzielle Schwierigkeiten, außerdem gelingt es nicht beim Anlagenbau verschiedene strukturelle Probleme zu lösen.

Farid Dibachi, ein Teilhaber von Velocity, übernimmt dann im Januar 2009 die Geschäfte des Unternehmens. Nun soll eine kleinere, zylindrische Drawtube Turbine weiterentwickelt werden, die auf einer von Cirrus entwickelten Technologie beruht. Außerdem wird der Name des Unternehmens in WINDensity Inc. geändert. Die Produktion soll Anfang 2010 starten. Die Homepage des Unternehmens ist Mitte 2009 noch immer ‚under construction’.

Der Erfinder und Unternehmensgründer Michael Baca aus Albuquerque präsentiert im März 2008 eine weitere neue, kleine Windkraftanlage, die er speziell für die abgelegenen und nicht ans Stromnetz angeschlossenen Haushalte in den Indianer-Reservaten wie der Navajo Nation entwickelt hat. Das rohrförmige Kleinwindkraftwerk ist nur 56 cm lang, hat einen Durchmesser von 19 cm und leistet 0,3 W. Der Wind wird in das Rohr hineingeleitet, wo sich ein spindelförmiger Rotor mit dahintergeschaltetem Generator befindet.

Navajo-Turbine

Navajo-Turbine

Baca gründet gemeinsam mit zwei Partnern in New Mexico die Firma Native Power Systems LLC und plant zur Kooperation mit dem Technologieunternehmen Ktech Corp., um Anlagengrößen von 1 – 2 kW zu entwickeln. Hierfür ist ein Betrag von 1,5 Mio. $ erforderlich, und man rechnet mit 18 – 20 Monaten Zeitaufwand. Anschließend soll das System für die Navajo Nation lizenziert werden (MDL Enterprises LLC), damit es von dem Stamm selbst hergestellt werden kann.

Auch Designer von Weltrang beschäftigen sich inzwischen mit der Windenergie. Auf der Veranstaltung Greenergy Design Exhibition in Mailand zeigt der französische Designer Philippe Starck im Mai 2008 eine gemeinsam mit der italienischen Firma Pramac, einem Hersteller von Stromgeneratoren, entwickelte günstige Kleinwindanlage, die zu einem Preis von rund 400 € verkauft werden soll.

Unter dem Slogan ,Democratic Ecology’ präsentiert der Künstler seine personal invisible windmill, die aus sehr leichtem, durchsichtigem Polycarbonat besteht und zwischen 10 % und 60 % des Verbrauchs eines Durchschnittshaushalts decken soll. Das Design-Windrad soll im September 2008 auf den Markt gebracht werden. Gemeinsam mit Pramac arbeitet Starck auch an einen Elektrofahrzeug sowie einem Solar/Wasserstoff-Boot.

Auf der Windpower 2008 Conference and Exhibition in Houston wiederum stellt die 2004 gegründete Firma BroadStar Wind Systems aus Dallas nach vierjähriger Entwicklungsarbeit erstmals ihre neuentwickelte und patentierte AeroCam turbine vor (US-Patent Nr. 7365448 B2, erteilt 2008). Es handelt sich um einen von Thomas G. Stephens erfundenen, horizontalen Darrieus-Rotor mit geraden Blättern, die sich automatisch an das Windaufkommen anpassen (pitch-control). Das an ein Wasserrad erinnernde System besitzt 12 Blätter, ist 10 m breit und hat einen Durchmesser von 6,5 m. Mit einer Leistung von 250 kW soll es für einen Preis von 250.000 $ auf den Markt kommen.

Kleinere Systeme gibt es mit Leistungen ab 10 kW, an einem größerem Modell mit 500 kW Leistung (12 m Breite, 10 m Durchmesser) wird noch gearbeitet.

AeroCam II Rotor

AeroCam II

Im August 2008 wird mit JCPenney, einer der größten Einzelhandelsketten der USA, vereinbart, bis November des Jahres auf dem Logistikzentrum des Unternehmens in Reno, Nevada, mehrere 10 kW Turbinen von BroadStar zu installieren. Und im September 2008 steht der Verkauf von 70 Turbinen an, die bis Februar des Folgejahres an verschiedenen Standorten in Nordamerika aufgestellt werden sollen. Im November beginnen die Tests an dem hier abgebildeten Model ‚AeroCam II’ mit einer Leistung von 100 kW.

Mit der Firma FM Facility Maintenance aus Hartford, Connecticut, wird außerdem im März 2009 eine strategische Partnerschaft eingegangen, um die AeroCam Turbinen bei den Kunden kompetent installieren und warten zu lassen.

Auch das US-Unternehmen EarthTronics Inc. in Muskegon, Michigan, stellt Mitte 2008 ein neues 200 W Kleinwindkraftwerk mit einem Durchmesser von 90 cm vor. Die patentierte WindTronics Windturbine ist speziell für Schwachwindgebiete ausgelegt und soll zu einem Preis unterhalb von 2.000 $ verkauft werden. Zur Konvertierung der mechanischen Energie sind an den Spitzen der Rotorblätter kleine Magnete angebracht, die auf Basis der Induktionswirkung für die Stromerzeugung sorgen. Diese innovative Windkraftanlage ist das erste kommerzielle Produkt, das von Imad Mahawili am Energiezentrum der Grand Valley State University in Muskegon entwickelt wurde.

Mitte 2009 wird auch in Deutschland über diese getriebelose Kompaktturbine berichtet. Die inzwischen gebauten Prototypen haben einem Rotordurchmesser von 1,8 m und sollen 4.500 $ kosten. Das Unternehmen rechnet optimistisch mit einer Produktion von 50.000 Stück bereits im ersten Jahr und unterzeichnet einen exklusiven Lizenzvertrag mit der Technologiefirma E-Net LLC zur Weiterentwicklung, Herstellung und Vermarktung der WindTronics Turbinen-Linie. Außerdem soll eine kleinere und einfachere Version für geringer entwickelte Länder gebaut werden.

Honeywell Rotor

Honeywell

Gleichzeitig wird bekannt, daß EarthTronics ab Oktober 2009 eine Honeywell Windgate Wind Turbine auf den Markt bringen will, die über die Hardware-Kette ACE und in Zusammenarbeit mit dem Markenamen-Inhaber Honeywell Corp. verkauft werden soll. Das Unternehmen behauptet, daß dieses Windrad die niedrigste Investition pro installiertes Watt erfordert und mit 4.500 $ nur ein Drittel des Preises vergleichbarer Modelle kostet.

Das Honeywell-Windrad ist ein Vielblattsystem mit 1,8 m Durchmesser, das bei durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten 1580 kW/h pro Jahr liefern soll. Die Herstellung soll in den USA oder Kanada erfolgen. Man denkt allerdings auch schon über den Bau weiterer Fabriken in Indien, China und Europa nach.

Ein Konkurrent von EarthTronics ist die Firma Cascade Engineering aus Grand Rapids, Michigan, die ab Oktober 2008 eine dem WindTronics-Modell visuell sehr ähnliche Anlage herstellt und vertreibt. Dieses leise Kleinwindrad ist von der schottischen Firma Renewable Devices entwickelt worden und wird bereits in England, Belgien, Holland und Neuseeland verkauft. Cascade erwirbt die Lizenz für die USA. Hier sollen die Anlagen für 10.000 bis 12.000 $ verkauft werden.

Die Swift Turbine von Cascade leistet 1,68 kW und besitzt 5 umringte Blätter, sie hat einem Durchmesser von 2,1 m und soll bei optimalen Windverhältnissen pro Jahr 2.000 kW/h Strom erwirtschaften. Eine der ersten Demonstrationsanlagen wird auf dem Frauenthal Center for the Performing Arts in Muskegon aufgestellt, sie kostet rund 15.000 $. Eine weitere Anlage, die im März 2009 auf dem Peregrine Tower in downtown Kalamazoo, Michigan, installiert wird, kostet ohne Installation 8.500 $. Insgesamt sind bislang 32 Anlagen verkauft worden.

Im Juli 2008 erscheint in der Presse ein sehr individuelles Windenergie-Konzept namens HeliWind, das von Geoffrey Goeggel und seiner Firma Hawaii Consulting Group aus Aiea, Hawaii, verfolgt wird. Ähnlich wie bei Bändern die im Luftstrom verzwirbeln, soll bei dem neuen System ein großes, frei herumwirbelndes Segel die Rotationsenergie auf dem im Sockel plazierten Generator übertragen.

Heliwind Grafik

Heliwind (Grafik)

In einer fortgeschrittenen Version wird das Segel durch einen sackartigen Warmluft-Ballon ersetzt, dessen windinduziertes Kreiseln durch spiralig umlaufende Lamellen verstärkt werden soll. Das Unternehmen hofft, im Jahr 2011 damit auf den Markt kommen zu können.

Eine Adaption unter dem Namen HeliPump soll für die Nutzung höherer Windströmungen entwickelt werden. Hier werden sich zwei Ballone in gegenläufigen Richtungen drehen, wobei die Kopplung zwischen ihnen aus einem Kompressor besteht, der die winderzeugte Druckluft durch das Halteseil zur Erde schickt. Außerdem soll auch noch ein ‚HeliTube’ genanntes System zur Nutzung von Meeresströmungen entwickelt werden.

Ein weiteres Mini-Windrad namens Mini Kin Green Power Generator, das als Alternative zu Solarladegeräten gedacht ist, kommt im November 2008 für 37 € in die Geschäfte. Es ist so klein (12 x 8 x 3 cm), daß man es mittels verschiedener Adapter problemlos an unterschiedlichen Oberflächen befestigen kann – außen am Fenster, am Fahrrad oder am Oberarm. Nach einer Stunde Ladezeit soll man sein Handy 2,5 Stunden nutzen können.

Febot Grafik

Febot (Grafik)

Auch die südkoreanischen Designer Ji-yun Kim, Soon-young Yang und Hwan-ju Jeon setzen auf die Energie der Luftströme und präsentieren mit ihrem Entwurf ein noch kleineres Ladegerät, das für eine einzelne AA-Akku-Batterie gedacht ist. Ihr Febot hat an seinem Ende einen Saugfuß, um am Fenster oder an der Wand befestigt zu werden, und soll als Bausatz (aus Plastikspritzguß, ähnlich wie Modellflugzeuge o.ä.) auf den Markt kommen – sofern sich ein Produzent dafür findet.

Wie lange es dauert, bis der Febot seine Batterie aufgeladen hat, wird nicht bekanntgegeben – was aber nicht verwunderlich ist, weil es sich bei dem Miniwindrad ja noch ausschließlich um ein Konzept handelt.

Ebenfalls im November 2008 präsentiert ein US-Blog den Entwurf einer mobilen Heimkraftanlage – leider ohne die Nennung jedweder weiteren Details. Im Grund scheint es sich um einen zusammenklappbaren, etwa 4 m hohen und besonders schmalen Darrieus-Rotor zu handeln, der an Dachkanten installiert werden soll. Über weitere sachdienliche Hinweise würde ich mich sehr freuen.

Im Dezember 2008 stellt der Ingenieur und Designer Geoffrey Kemmerer aus Altadena, Kalifornien, das Konzept eines Windkraftwerks vor, mit dem er sich an dem Future Design Contest der NASA beteiligt.

Kemmerer-Entwurf Grafik

Kemmerer-Entwurf
(Grafik)

Es handelt sich um eine senkrechte, mit einer Reihe von Löchern versehene Tragfläche, welche den Unterdruck nutzt, der durch das Vorbeiströmen des Windes entsteht. Dieser Unterdruck verursacht einen Luftsog durch den Flügel hindurch, der wiederum ein im Sockel angebrachtes Rotor/Generator-System in Gang setzt, das den Strom erzeugt. Der Einzelflügel ist beweglich angebracht, sodaß er sich automatisch der Windrichtung anpassen kann.

Sridhar Condoor von der Saint Louis University beantragt im Dezember 2008 das internationale Patent für einen zylindrischen Windrotor ohne eigene Achse, der statt dessen platzsparend um Mobilfunkmasten, Kamine oder sogar um die Stämme von Bäumen herum installiert werden soll. Außen besitzt die sich frei drehende Windturbine mehrere senkrechte Blätter mit Windeinlaß-Öffnungen, während sich auf der Innenseite ein Zahnkranz befindet, der mit dem stromerzeugenden Generator verbunden ist. Im Prinzip ist auch eine horizontale Montage möglich, wie auf der Patentabbildung zu sehen ist.

Die in den Blogs als tree-hugging turbine bezeichnete Innovation wird im Patentantrag Nr. WO/2008/109784Hubless Windmill genannt – das Patent wird von der Universität bezahlt (die sich dafür die internationalen Rechte vorbehält), und als Erfinder werden neben Condoor noch Khoa D. Nguyen und Michael Reichle benannt.

Im Januar 2009 höre ich erstmal von der Dragonfly Windturbine des Künstlers und Erfinders Phillip Ridings aus Southaven, Mississippi, die dieser gemeinsam mit Ingenieuren aus Irvine, Kalifornien, entwickelt hat.

Wenn man die abgebildete Grafik betrachtet, fragt man sich unwillkürlich, ob es denn nicht noch komplizierter geht?! Im Grunde handelt es sich bei der Dragonfly-Anlage um eine Turbine, die sich an der Technologie von Düsenjet-Antrieben orientiert und dabei noch mehrere Schritte weitergeht als die oben bereits beschriebene Turbine von FloDesign. Auch hier soll der Bernoulli-Düseneffekt ausgenutzt werden, um die hindurchjagende Luft noch weiter zu beschleunigen.

Dragonfly Grafik

Dragonfly (Grafik)

Im Innern der aus mehreren ringförmigen Tragflächen zusammengebauten Anlage befinden sich 3 Rotorblatt-Kränze, während zwei weitere am Ende des Geräts die wieder austretende Luft beschleunigen sollen. Dadurch soll sich die Windgeschwindigkeit im Inneren um 70 % steigern lassen, wodurch die gleiche Luftmenge drei bis vier Mal soviel Strom erzeugen kann.

Der Erfinder behauptet, daß seine Anlage Strom produziert, selbst wenn gar kein Wind weht! Dies soll dadurch stattfinden, daß der Strom einer solar aufgeladenen Batterie mittels eines Motors die hinteren Rotoren in Bewegung und so eine wiederum energieerzeugende Durchströmung des Geräts in Gang setzt. Die Anlage soll von der Firma Dragonfly Industries Inc. in Memphis weiterentwickelt und irgendwann einmal auch auf den Markt gebracht werden. Im Moment gibt es nur ein paar akribisch gezeichnete Computergrafiken.

Auch Adam Fuller aus Racine, Wisconsin, investiert seine Mittel und viel Lebenszeit in die Entwicklung einer eigenen Windkraftanlage, die aussieht als hätte er einen Haufen Savonius-Rotoren falsch zusammenmontiert. Sein patentiertes 10,8 m hohes Senkrechtachser-System mit einem Durchmesser von 3,6 m besteht aus 8 übereinander liegenden Ebenen mit jeweils 4 trogförmigen Windschaufeln aus Stahlblech.

Der Erfinder möchte am liebsten eine 36 m hohe Ausführung seines Systems bauen, deren Leistung zur Versorgung von 30 – 70 Haushalten ausreichen soll. Auf einem Ende 2008 veröffentlichten Video dreht sich sein unbenanntes System allerdings ziemlich behäbig, während man im Hintergrund einen konventionellen 3-Blatt-Rotor eifrig rotieren sieht.

HydroWind-Design Grafik

HydroWind-Design (Grafik)

Im Februar 2009 wird ein Teilnehmer des core77 Designwettbewerb bekannt, der ein Windkraftkonzept vorstellt, das wesentlich größere Chancen auf eine Umsetzung hat. Das HydroWind System von Ange Salomon aus Spanien ist in erster Linie für Camper gedacht, die damit ihre Handys, MP3-Player oder LED-Lampen versorgen wollen, und läßt sich daher auch schnell auf- und wieder abbauen.

Sogar der blütenförmige Rotor selbst ist zusammensteckbar, wodurch das ganze Gerät auch leicht zu transportieren ist. Interessanterweise kann man den wasserdichten 12 V Rotor-Generator auch in einem Bach oder Fluß betreiben – daher der Name –, wenn nicht genügend Wind weht.

Der Designer Djordje Cukanovic wiederum präsentiert mit dem Light Flower System eine autonome Beleuchtung für Gartenwege u.ä., deren interne Akkus sich durch jeden Windstoß wieder neu aufladen. Der Rotor selbst sei sehr empfindlich und würde selbst die kleinste Brise nutzen. Ein automatischer Dämmerungsschalter sorgt dafür, daß sich das Licht nach Sonnenuntergang selbständig anschaltet.

Nicht ganz nachvollziehbar finde ich dagegen die Erfindung von Jim Boswell aus Fresno, Kalifornien, die erstmals im Februar 2008 in den Fachblogs präsentiert wird, denn hierbei soll es sich um eine ‚Windturbine’ handeln – die auch so aussieht –, die aber völlig ohne Wind auskommt. Statt dessen soll ein ‚elektromagnetisches Phänomen’ eine ununterbrochene Leistungsabgabe ermöglichen. Die Windrad-Form hat Boswell deshalb gewählt, um die Produkt-Klassifizierung und die damit einhergehende Förderung ihrer Installation zu behalten.

Das B800 genannte Modell soll 15.000 $ kosten und rund 3 kW produzieren, während das mehr für kommerzielle Anwender gedachte Modell B1500 einen Output von 30 kW besitzen soll (keine Preisangabe). In Zukunft sind aber auch Anlagen bis 4 MW geplant.

Boswell, der vor einigen Jahren als Hochspannungstechniker einen schweren Unfall erlitt –einen 16.000 V Schlag, der ihn zu Boden falls ließ, wo er sich diverse Knochen brach –, und der sich nun in Fresno als Bürgermeisterkandidat aufstellen läßt, behauptet, daß er seit 2007 schon mehrere Hundert seiner Anlagen erfolgreich installiert habe (?), davon einige Dutzend in den USA. Auch sein eigenes Haus würde er mit einer derartigen Anlage versorgen. Die Produktion erfolgt in Zusammenarbeit mit einer Firma in China, wo seine Anlagen bereits eine Fabrik in Shanghai komplett mit Strom versorgen. Doch auch auf einem im April 2009 veröffentlichten Video, auf dem Boswell seinen originalen 5,3 kW Prototyp zeigt, kann man nicht erkennen wie System arbeitet. Möglicherweise handelt es sich bei Boswell um einen Hochstapler – ich werde die Sache im Auge behalten.

Wesentlich einfacher nachzuvollziehen ist dagegen die Optiwind Compact Wind Accelerating Turbine, die im Mai 2009 in die Presse kommt. Das System besteht aus zwei Reihen mit mehreren, untereinander angeordneten 5-Blatt-Rotoren von jeweils 6,5 m Durchmesser, die um einen drehbar gelagerten Zylinder angeordnet sind. Die insgesamt 28 m durchmessende Anlage erinnert dadurch an den oben bereits beschriebenen Warp Windverstärker von Weisbrich bzw. den Smart Energy Spire von Prof. Rashidi.

Die 2007 in Torrington, Connecticut, gegründete Optiwind bietet zwei Modelle an. ‚Optiwind 150’ besteht aus einem 61 m hohen Turm mit einem 13 m durchmessenden Zylinder, an dem 2 x 3 Rotoren mit insgesamt 150 kW Leistung angebracht sind, während das gleichgroße Modell ‚Optiwind 300’ durch die doppelte Anzahl von Rotoren 300 kW Leistung bereitstellt. Mit dieser Technologie soll die Windausbeute über 75 % betragen. Die erste Anlage sollte eigentlich in Goshen, Connecticut, installiert werden, doch die Anwohner stimmten aus ästhetischen Gründen dagegen.

Im Mai 2009 melden Wissenschaftler der Purdue University und des Sandia National Laboratory in West Lafayette, Indiana, die Entwicklung von Smart turbine blades, die den Wind wesentlich besser nutzen sollen als bisherige Rotorblätter. In diesen integrierte Beschleunigungssensoren verfolgen dabei die rasch wechselnden Wind-Bedingungen – und eine Software reagiert darauf ‚online’, in dem die Blätter den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden. Das neue Blatt wird an einer Windturbine am Agriculture Research Service laboratory in Bushland, Texas, getestet.

Windcube Rotor

Windcube

Schon im Stadium der Markteinführung befindet sich dagegen eine Aufdach-Windkraftanlage der 2006 in Akron, Ohio, gegründeten Firma Green Energy Technologies, die im April 2009 erstmals auf der Windpower conference in Chicago vorgestellt wird. Der getriebelose WindCube leistet 60 kW und beruft sich ebenfalls auf das Bernoulli-Prinzip. Durch den strömungsoptimierten Trichter mit den Maßen 6,6 x 6,6 x 3,5 m soll der 4,5 m durchmessende 5-Blatt-Rotor bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten anlaufen und auch das Doppelte eines gleichgroßen Rotors ohne Trichter leisten.

Die erste kommerzielle Anlage wird zu einem Preis von 279.000 $ auf einem Industriegebäude der Firma Crown Battery installiert, in den Auftragsbücher sollen aber schon Hunderte weiterer Order stehen. Freunde und Familienangehörige haben bereits 1,5 Mio. $ in die Firma gesteckt, um die Forschungsarbeiten zu finanzieren, weitere 2 Mio. $ steuerte das Bauunternehmen Roth Bros. Inc. aus Ohio bei. Green Energy beabsichtigt, im Juli 2009 mit der Produktion zu beginnen.

Im Juni 2009 wird der kupferfarbene, 8-blättrige Wind Dancer präsentiert, der insbesondere für die Gärten von Einfamilienhäusern gedacht ist. Das von Alfred Matheiu und seiner Tochter Sharolyn Vettese aus Toronto entwickelte Windrad sei besonders leise und würde auch geringe Windgeschwindigkeiten nutzen können, was auf die leicht sichelförmigen Blätter zurückzuführen ist. Angeboten wird das Windrad von Vetteses Firma Wind Simplicity Inc. in North York, Ontario, und zwar in Größen von 3 kW (27.000 $), 7 kW und 23 kW (69.000 $).

Brickett-Rotor

Brickett-Rotor

Überraschenderweise gewinnt der Wind Dancer (auch Windancer geschrieben) einen ersten Preis beim 2007 Toronto Design Exchange Award, einen ersten Preis beim Green Dot Award 2008 sowie den National Energy Globe Award 2009.

Ein weiterer Rotor, der im Juni 2009 in die Presse kommt, stammt von Ben Brickett aus Eliot, Maine. Das recht konventionell aussehende Modell, dessen Patent bereits angemeldet ist, soll schon bei einer Windgeschwindigkeit von 5 mph (~ 8 km/h) anlaufen, aber auch Geschwindigkeiten von 30 mph (~ 48 km/h) und mehr schadlos verkraften. Die Rotorblätter werden gemeinsam mit Wissenschaftlern der University of New Hampshire entwickelt und der ,variable force generator’ ist Teil des Rotorkranzes und steckt nicht in einer Getriebebox. Die Anzahl der Rotorblätter kann dem jeweiligen Windaufkommen im Einsatzgebiet angepaßt werden. Prof. Habib Dagher untersucht den Rotor im Auftrag der University of Maine, da sich der US-Bundesstaat für Offshore-Windanlagen stark machen möchte.

Schon zwei Monate zuvor, im April 2009, erfolgt eine Veröffentlichung die schon seit langem überfällig ist – bzw. die ihr zugrunde liegende Untersuchung: In Schoondijke in der windreichen niederländischen Provinz Zeeland werden über einen Zeitraum von einem Jahr (1. April 2008 – 31. März 2009) neun kleine Windenergieanlagen im realen Einsatz getestet. Bei einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit in diesen 12 Monaten von 3,8 m/s wird der tatsächliche Energieertrag gemessen. Drei weitere Windmühlen fallen aus verschiedenen Gründen aus (Swift von Fenergy Den Haag, Windwalker 2 von Mensonides/Multicare Beheer BV, und Raum von einem nicht genannten Hersteller).

In Auftrag gegeben und finanziert wird der Test von dem Unternehmen Delta N.V., der Windenergie-Kooperative Zeeuwind, der Provinz Zeeland, der Gemeinde Sluis sowie Greenlab (einer Partnerschaft zwischen dem holländischen Energieunternehmen Eneco und dem Stromanbieter Greenchoice). Die Durchführung übenimmt das Ingenieurbüro Ingreenious BV aus Voorburg, das auch an der Entwicklung einer eigenen Windturbine arbeitet, die Ende 2009 oder Anfang 2010 ihre Produktreife erlangen soll.

Die Ergebnisse der neun Anlagen, von denen einige in der vorangegangenen Übersicht genannt werden, sind in der folgenden Tabelle dargestellt – mit Art, Durchmesser, Verkaufspreis, Jahresertrag und durchschnittlicher Ausgangsleistung. Außerdem wird berechnet, wie viele der jeweiligen Anlagen benötigt werden um den durchschnittlichen Jahresbedarf einer holländischen Familie von 3.400 kW/h zu decken, und wie hoch die hierfür benötigte Investition wäre:

Produkt /
Hersteller

 

Art

Ø
(cm)

Preis
(€)

Ertrag
(kWh/a)

Ø Output
(W)

Benötigte
Anzahl

Gesamtpreis
(€)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Energy Ball v100
Home Energy BV

 

Darrieus-Ball

100

4.304

73

8,3

47

202.288

Ampair 600
Eco-Energy - Rietpol

 

Standard 3-Blatt-Rotor

170

8.925

245

28,0

14

124.950

Turby
Turby BV

 

Darrieus mit 3 verwundenen Blättern

200

21.350

247

28,1

14

298.900

Airdolphin
Bettink service & Onderhoud BV

 

Standard 3-Blatt-Rotor

180

17.548

393

44,8

9

157.932

WRE.030
CFC wind + Energy BV

 

Darrieus/Savonius-Kombination, in zwei um 90° versetzen Lagen

250

29.512

404

46,0

9

265.608

WRE.060
CFC wind + Energy BV

 

Darrieus mit drei geraden Blättern

330

37.187

485

55,4

7

260.309

Passaat
Fortis Windenergy

 

Standard 3-Blatt-Rotor

312

9.239

578

66,0

6

55.434

Skystream 3.7
AquaSolar

 

3-Blatt-Rotor mit sichelförmigen Blättern

370

10.742

2.109

240,7

2

21.484

Montana
Fortis Windenergy

 

Standard 3-Blatt-Rotor

500

18.508

2.691

307,0

2

37.016


Die zumeist enttäuschenden Ergebnisse bestätigen bereits zuvor durchgeführte Analysen, daß Kleinkraftwerke eine grundlegend fehlerhafte Technologie darstellen.

Im vorliegenden Fall wird dies durch den Fakt belegt, daß eine in der Nähe stehende, relativ große Windkraftanlage (Rotordurchmesser:  18 m) im gleichen Zeitraum einen Ertrag von 143,000 kWh lieferte.

Bei ihrem Preis von 190.000 €, was rund 80 % des Gesamtpreises der neun untersuchten Anlagen entspricht, ist das immerhin die 20-fache Menge (!) und entspricht einer Investition von 4,523 € pro Haushalt, also etwa einem Fünftel der ansonsten günstigsten Lösung (Skystream 3.7).

Jürgen Blumenkamp veröffentlicht Mitte 2009 auf seiner Seite sonne-24.de einen sehr interessanten Energievergleich (zwischen einem Leistungssportler und mittelgroßen Windenergieanlagen), der sich als Kontrapunkt zu den obigen Aussagen empfiehlt.


Ich bin überzeugt davon, daß eine kommerzielle Recherche noch sehr viele weitere Modelle, Innovationen und Ideen finden würde, die auch technisch überlegen und sinnvoll sind. Vielleicht läßt sich die vorliegende Übersicht ja eines Tages mit der entsprechenden Förderung zu einem tatsächlichen Lexikon der Windkraft-Innovationen ausbauen.

Und vielleicht überlegen sich die Schwadrone an Erfindern einmal, ob sie nicht besser vielleicht gemeinsam EIN praktikables und günstiges System entwickeln sollten - den ,Volkswagen’ der Windenergie sozusagen - anstatt die abertausendste ,neue’ Windkraftanlage zu erfinden...

Windenergie und Architektur


Bei der Integration der Windenergie-Nutzung in Gebäudekonzepten ist in den letzten Jahren eine gewisse Akzeptanz erreicht worden, so daß man inzwischen davon ausgehen kann, daß viele der Entwürfe in Zukunft auch umgesetzt werden. Einige Bauten, in deren Konstruktion Windkraftwerke einbezogen sind, gibt es schon. Ebenso gibt es eine heftige Debatte über Sinn oder Unsinn des Ganzen. Ich denke, daß der Schlußabsatz eines Artikels auf buildinggreen.com vom Mai 2009 das Ganze recht gut zusammenfaßt:

There’s a wonderful synergy in the idea of combining form and function by generating electricity with turbines that reach into the sky on the buildings they will help to power. But in most cases, at least with today’s technology, it just doesn’t make sense.


Grafik des WEB Projektes

WEB Projekt
(Grafik)

Hier geht es um jedoch die Dokumentation der Entwicklung, um die verschiedenen Ideen und Konzepte sowie um bereits erfolgte Umsetzungen, die häufig einen lobenswerten Versuchscharakter haben. Denn von den Ergebnissen werden langfristig alle profitieren.

Der Architekt Richard Rogers schlägt für seinen Tomigaya Exhibition Space und Turbine Tower in Tokio bereits 1992/1993 eine integrierte Windturbine vor, auf die der Wind durch die Architektonik zwischen die Gebäudeteile gelenkt werden soll. Windkanalstudien am Imperial College London beweisen, daß diese Technik genügend Energie erzeugen könnte, um das gesamte Gebäude zu versorgen. Die Forschungsstudie für das Gebäude untersucht außerdem die Windverhältnisse und jahreszeitliche Klimaunterschiede, die Möglichkeiten der Wärmespeicherung und/oder der Nutzung bzw. Abschirmung der Sonneneinstrahlung – sowie die Nutzung der Windenergie mittels einer vertikalen Windturbine.

Vom September 1998 bis zum August 2000 läuft ein durch die Europäische Kommission unter JOULE III finanziertes Förderprogramm, dessen Ergebnisse im Juli 2001 auf der European Wind Energy Conference & Exhibition in Kopenhagen vorgestellt werden. Das Projekt WEB (Wind Energy for the Built Environment) beschäftigt sich mit der Entwicklung eines mit Windenergie versorgten Wolkenkratzers.

Beteiligt ist u.a. die Universität Stuttgart, wo am Lehrstuhl für Baukonstruktion und Entwurf der Plan für ein knapp 200 m hohes Hochhaus mit drei Rotoren entsteht. Deren Energieertrag soll den Strombedarf des 50-stöckigen Zwillingsgebäudes etwa zur Hälfte decken. Als weiteres Konzept wird ein vierteiliges Gebäudeensemble vorgestellt, das den Wind aus jeder Richtung nutzen kann.

Die Vorteile bestehen darin, daß sich die Windkraftanlage nicht mehr meilenweit entfernt, sondern direkt in dem Gebäude befindet, in welchem der Strom auch verbraucht wird. Aufwendige Kabeltrassen sind damit obsolet. Außerdem ist durch die Form des Gebäudes gewährleistet, daß die Geschwindigkeit des Windes in der Mitte – wo sich die Rotoren drehen – größer ist als außen. Computersimulationen zeigen, daß der Wind dort aufs Doppelte beschleunigt wird. Es wird zwar sogar ein größeres Modell gebaut, mit dem das Verhalten des Rotors getestet wird, doch zur praktischen Anwendung gelangen die Pläne nicht.

Green Building

Green Building

Die ersten tatsächlichen Umsetzungen, wie beispielsweise im Rahmen von Terry Farrells Green Building in Manchester, dienen allerdings mehr der Symbolik. Eine derartige Anlage ist einfach zu klein, als daß sie einen signifikanten Beitrag zum Energiebedarf des Gebäudes leisten könnte. Da sind die ebenfalls auf dem Dach installierten thermische Solarkollektoren schon wesentlich effektiver. Außerdem kann man hier kaum von einer Gebäudeintegration reden. Trotzdem sollte das Gebäude im McIntosh Village von Manchester nicht unterschlagen werden.

Das Wohngebäude in Form eines zehngeschossigen Zylinders wird zwischen 2003 und 2005 auf einem ehemaligen Industriegelände errichtet - als ‚Wohnturm mit Signalwirkung’. Die Baukosten betragen 5,5 Mio. £ (andere Quellen: 6,5 Mio. £). Neben 32 Wohnungen gibt es eine Kindertagesstätte für 120 Kinder sowie eine große Arztpraxis. Schon 2003 erhält der Bauherr Taylor Woodrow Developments den Creative Land Development Award, und 2006 werden mit dem Civic Trust Award das vorbildliche ökologische Design, die gute Einpassung in die Umgebung und die Nutzerfreundlichkeit des Gebäudes prämiert.

Bahrain WTC Detail

Bahrain WTC Detail

Die Grundsteinlegung des weltweit ersten Gebäudes, bei dem das Konzept der gebäudeintegrierten Windenergie in großem Maßstab umgesetzt wird, erfolgt im August 2004. Es handelt um das 240 m hohe Bahrain World Trade Center (WTC) von WS Atkins PLC, das ich bereits in der Länderübersicht vorgestellt habe.

Die Installation der drei Rotoren von jeweils 29 m Durchmesser des dänischen Unternehmens Norwin AS, die an Brückenkonstruktionen zwischen den beiden Türmen angebracht sind, erfolgt im März 2007.

Die gewonnene Energie von 1,2 MW soll zwischen 11 % und 15 % des gesamten Gebäude-Strombedarfs decken. Die Zusatzkosten durch die Integration der Windturbinen betragen dabei weniger als 3,5 % der Gesamtkosten des Bauprojektes!

Nicht umgesetzt wird dagegen ein 2004 eingereichter und sehr interessanter architektonischer Vorschlag zum Bau des umstrittenen Freedom Towers in New York, der an der Stelle der im September 2001 zusammengestürzten WTC-Türme errichtet werden soll.

Auf die Spitze des Gebäudes wollte das Architekturbüro Skidmore Owings Merrill eine 150 m hohe offene Käfigkonstruktion setzen, in deren Innern sich (in dann rund 400 m Höhe) 30 Windrotoren drehen. Dabei sollten sich darunter befindliche Bauelemente den Wind so nach oben leiten, daß damit 20 % – 25 % des Gebäude-Energiebedarfs hätten gedeckt werden können. Für die Mitarbeiter des beratenden Ingenieurbüros Battle McCarthy sei die Ablehnung des Konzeptes die größte Enttäuschung ihres Lebens gewesen.

Eigentlich sollte das neue New York Sports and Convention Centre (NYSCC) am Hudson River schon 2005 fertig sein – als neue Heimat der New York Jets. Der Entwurf von Kohn Pedersen Fox Associates sieht vor, neben der Solar- auch die Windenergie zu nutzen, wobei an zwei Reihen von Senkrechtachsern (vermutlich Savonius-Rotoren) gedacht ist. Außerdem soll das 18.580 m3 große Stadion mit seinen 75.000 Sitzen blendfrei mit Tageslicht versorgt und natürlich belüftet werden. Das Projekt wird jedoch abgesagt, da es nicht gelingt die Zustimmung der staatlichen, öffentlichen Kontrollgremien zu erhalten.

New York Sports and Convention Centre Grafik

New York Sports and
Convention Centre
(Grafik)

Zu den neueren Plänen gehört der Skyhouse Wohnturm von Marks Barfield Architects, die auch das zur Zeit europaweit größte Riesenrad ,London Eye’ errichtet haben. Im Zentrum der dreigegliederten Bauwerks dreht sich ein Senkrechtachser in Form einer langgestreckten Spirale, die genügend Energie erzeugt um alle öffentlichen Bereiche des Gebäudes mit Strom und Licht zu versorgen, egal aus welcher Richtung der Wind auch bläst.

Das Architekturbüro stellt mit dem Liverpool Edge building ein weiteres Projekt vor, auf dessen Dach mehrere Spiralturbinen vorgesehen sind, die rund 10 % des Gebäudebedarfs decken können.

Von Marks Barfield stammt übrigens auch der innovative Entwurf eines ,Darrieus-Baumes’ - einer Y-förmigen Struktur, in der sich auf mehreren Ebenen diverse kleine Rotoren drehen. Eine Technologie mit ganz eigener Ästhetik, die bislang leider noch nicht umgesetzt wurde.

Windbaum von Marks Barfield

Windbaum von
Marks Barfield

Inzwischen haben die Architekten ein neues englisches Wort erfunden, um das Objekt ihres Interesses zu bezeichnen: Urbines – für ,urbane (Wind-)turbinen’.

Hamiltons Architects integrieren ‚Urbinen’ in die Pläne für ihr Castle house (auch unter dem Namen Castlewind Tower sowie Strata SE1 Elephant & Castle bekannt), einem 148 m hohen und 42-stöckigen Hochhaus mit 408 Apartments in Southwark, London. Im Gegensatz zum WTC in Bahrain (s.o.) sind die Windkraftwerke hier direkt in die Fassade des Bauwerks eingelassen. Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit auf der Installationshöhe wird mit 56 km/h angegeben.

Die drei jeweils 9 m durchmessende 19 kW Windturbinen der dänischen Firma Norwin AS, die im oberen Gebäudeteil installiert sind, sollen die den gesamten Beleuchtungsbedarf des Gebäudes decken (ca. 8 % des Gesamtenergiebedarfs). Sie sind mit 4 Rotorblättern ausgestattet, um die Lärmemissionen zu reduzieren.

Die Detailplanung wird im März 2006 festgeschrieben, Baubeginn ist im dritten Quartal 2007, und die Gesamtkosten werden mit 113,5 Mio. £ angegeben.

Im März 2010 werden die Windrotoren installiert, im Mai soll der exponierte Strata-Wolkenkratzer fertig sein. Es hat sogar schon einen Spitznamen: The Razor (der Rasierer). Als Jahresertrag werden 50 MWh erwartet.

Castle House im Bau

Castle House im Bau

Bereits erwähnt hatte ich die ab 2005 entwickelten Windtürme von Prof. Majid Rashidi an der Cleveland State University (s. Neue Designs und Rotorformen).

Seine Smart Energy Spires werden 2007 beispielsweise in die Entwürfe des Agri-Tower integriert, der die neue Bewegung der ‚vertikalen Landwirtschaft’ repräsentiert, die zunehmend Interesse weckt. Das grundlegende Konzept wurde erstmals 1999 von Dickson Despommier, einem Professor der Umweltwissenschaften der Columbia University in New York City entwickelt.

Einige Stichworte für weitere Recherchen hierüber: Die SKYFarm von Gordon Graff, The Living Tower von Pierre Sartoux, Konzepte von Waimond Ip oder eben die Agri-Tower Vertical Farms von Chris Jacobs (in der Presse erstmals im Mai 2009), der auf die Dächer der Etagen-Farmen PV-Solarheliostaten und/oder unterschiedliche Windkraftsysteme setzt. (Anm.: Für das Buch der Synergie ist ein eigenes Kapitel darüber geplant, einen konkreten Zeitpunkt dafür kann ich allerdings noch nicht nennen).

Erstmals realisiert werden soll das Konzept im Rahmen eines 200 Mio. $ teuren Projektes in Las Vegas. Man erwartet, mit der Vertical Farm den jährlichen Nahrungsbedarf von 72.000 Personen decken zu können. Insgesamt sollen 100 verschiedene Nutzpflanzen angebaut werden.

Die 30-stöckige Farm könnte pro Jahr 25 Mio. $ für ihre Produkte einnehmen, sowie 15 Mio. $ durch besuchende Touristen. Die Planungsdetails werden 2008 erarbeitet, in Betrieb gehen soll das Gebäude Mitte 2010 (Anm.: bislang nicht bestätigt).

Pearl River Tower (Grafik)

Pearl River Tower
(Grafik)

Ohne eine detaillierte Recherche durchgeführt zu haben gehe ich davon aus, daß ähnliche Konzepte auch in anderen als den hier genannten Ländern verfolgt werden. Weitere Konzepte finden sich im Kapitel über Solare Architektur.

Skidmore, Owings & Merrill (SOM) präsentieren im August 2006 den Entwurf eines Hochhauses mit 69 (o. 71?) Stockwerken, das mit einer Vielzahl energiesparender und umweltschützender Technologien ausgestattet ist, wie hinterlüftete Fassaden, wasserlose Urinale, Tageslichtsysteme und Kondensatrückspeisung. Außerdem sind Windkraft- und Photovoltaikanlagen vorgesehen, ebenso wie eine Nutzung der Erdwärme.

Der knapp 310 m hohe Pearl River Tower wird in Guangzhou, China, gebaut. Er soll mit einer Fassade ausgestattet werden, die den Wind, der durch die Öffnungen des Gebäudes im ersten und zweiten Drittels seiner Höhe strömt, um das anderthalb- bis zweieinhalbfache beschleunigt. Bei einem getesteten Labormodell konnte dadurch eine 15 Mal so hohe Stromerzeugung als bei einer freistehenden Turbine erreicht werden.

Die Form des Gebäudes soll dabei gewährleisten, daß die Windenergieanlagen auch bei relativ geringen Winden aus unterschiedlichen Richtungen ausreichend Strom erzeugen. Die Darrieus-Helix-Turbinen, die Windgeschwindigkeiten bis zu 225 km/h aushalten, werden voraussichtlich bis zu 4 % des Strombedarfs des Gebäudes decken können. Die erwirtschaftete Energie soll für die Beheizung, Ventilation, Klimatisierung und Entfeuchtung genutzt werden.

Pearl Pearl River Tower im Bau

Pearl River Tower
im Bau

Das Gebäude, das eigentlich schon im Herbst 2009 bezugsfertig sein sollte, integriert neben den Windkraftanlagen auch moderne Solarthermie-Systeme. Regenwasser, das von dem Gebäude gesammelt wird, soll nach Filterung mittels dieser Anlagen erhitzt und dann zur Warmwasserversorgung genutzt werden.

Zum Zeitpunkt dieses Updates im April 2010 befindet sich das Gebäude noch im Bau, allerdings bereits im Endstadium. Nach seinem Bezug wird es sich um eines der Energie-effizientesten Hochhäuser der Welt handeln. Das in Chicago beheimatete Architektur-Beratungsbüro war übrigens auch für das derzeit welthöchste Gebäude verantwortlich, den Burj Dubai bzw. Burj Khalifa.

Im November 2006 erhält die Firma OPPENheim Architecture + Design die Zustimmung für ein 115 m hohes Gebäude mit 25 Stockwerken in Miami. Der 40 Mio. $ Bau namens COR soll im Juli 2007 begonnen und im Jahr 2009 abgeschlossen werden. Er beinhaltet 113 Eigentumswohnungen, Büroetagen und Verkaufsflächen.

An der Spitze der Exoskelett-Struktur sind effiziente Windkraftanlagen vorgesehen, die sich optimal in die Lochfassade integrieren lassen, außerdem sollen die thermische und die photovoltaische Solarenergienutzung integriert werden.

The Visionaire (Grafik)

The Visionaire
(Grafik)

Bis zu 35 % seines Energiebedarfs durch Windenergie decken soll das Bauprojekt The Visionaire der Immobilienfirma Albanese Organization (AO), das ebenfalls im November 2006 bekannt wird.

Das 35-stöckige Hochhaus von Pelli Clarke Pelli Architects ist für Lower Manhattan in New York konzipiert. Finanzierungspartner ist übrigens die Helaba (Landesbank Hessen-Thuringen Girozentrale). Informationen über die Form der Windkraftwerke oder eine Bestätigung ihres tatsächlichen Einsatzes habe ich bislang noch nicht gefunden.

Das 310 Mio. $ Gebäude verfügt u.a. über gebäudeintegrierte Photovoltaik-Paneele, ein Abwasser-Recycling-System und eine Gründach mit reicher Vegetation. Das Bauende ist für 2008 vorgesehen.

Ein weiteres interessantes Urbinen-Projekt bildet der 152 m hohe und 38-stöckige Aquarius Tower in Atlanta, in den neben einem PV-Solardach obendrauf auch 60 kleine Windturbinen in einer Art fünfgeschossigen Windtunnel integriert werden sollen. Das Gebäude könne damit rund 50 % seines Energiebedarfs erwirtschaften.

Der Baubeginn wird für den Sommer 2007 anvisiert, das Bauende für 2010. Konzipiert wird das 70 Mio. $ Hochhaus von Antonio Escandari und dem Architekturbüro PFVS, weitere technische Details sind mir noch nicht bekannt.

Bei einer Update-Recherche Anfang 2010 gibt es noch keine Hinweise auf eine tatsächliche Umsetzung des Baukonzepts.

Aquarius Tower Detail

Aquarius Tower
Detail

Der Architekt Jacques Ferrier aus Paris beteiligt sich 2007 mit seinem 246 m hohen Hypergreen Wolkenkratzer an einem Wettbewerb, der neben Geothermie und Sonne auch integrierte Windkraftanlagen zu seiner Energieversorgung nutzen soll.

Bill Dunster wiederum gestaltet den SkyZED Flower Tower, der in Wandsworth Roundabout, Westlondon, errichtet werden soll.

Hier sind neben zwei großen Turbinen auf den beiden Dächern auch diverse kleinere zwischen den 35-stöckigen Gebäudeteilen geplant.

Außerdem soll sich im freien Innenraum zwischen den vier Blütenblätter-artigen Gebäudeteilen ein 5 Stockwerke hoher Senkrechtachser drehen. 2007 werden die Baukosten auf 60 Mio. Englische Pfund beziffert, von einer Verwirklichung des Projekts ist bislang nichts bekannt.

Das gleiche Prinzip sollte bereits 2004 bei einem 15-stöckigen Wharf ZED Tower in Hammersmith, ebenfalls in Westlondon, umgesetzt werden – was wegen der dort gültigen Traufhöhe von maximal 5 Stockwerken jedoch abgelehnt wurde.

Anti-Smog (Grafik)

Anti-Smog (Grafik)

Vom Design her wesentlich durchdachter und organischer präsentiert sich das Konzept Anti-Smog, Prototyp einer post-industriellen Gegend von Paris, in der eine neue Architektur erfunden wird, die selbstversorgend und umweltreinigend ist.

Bei dem 2007 erstmals öffentlich präsentierten Konzept von Vincent Callebaut Architectures handelt es sich um ein Ensemble aus zylindrischem Hochhaus und einer vorgelagerten Inselstruktur, die eine Seine-Brücke überspannt. Fassade bzw. Dachstruktur bestehen aus parzellenweise angeordneten Grünräumen und Feldern mit 2-Blatt-Rotoren.

Besonders interessant finde ich die den Hauptturm umlaufende Spiralstruktur, um die wiederum die luftverbessernde und energieerzeugende Außenhaut gelegt wird.

Auf dem Dach des Hochhauses sollen außerdem Solarzellen installiert werden, wodurch das Ganze eine positive Energiebilanz erreichen und außerdem auch noch die umgebende Luft reinigen soll - durch den photokatalytischen Effekt einer mit Titanium Dioxid angereicherten Oberfläche des Bauwerks. Das Projekt ist auf der Homepage von Vincent Callebaut detailliert beschrieben, alleine die exzellenten grafische Aufarbeitung lohnt einen Besuch.

Im selben Jahr stellt der engagierte und sehr aktive Architekt auch das Konzept eines Öko-Turms namens ECO-MIC (Ecological and Metropolitan Infographic Center) vor, welchen er für Mexico City entwirft. Neben der Solarthermie-Nutzung sollen an den Fassaden in großer Zahl angebrachte Dreiblattrotoren Windstrom erzeugen.

ECO-MIC Detail

ECO-MIC Detail

Eine völlige neue Hochhauskonzeption bildet die 2007 vorgestellte sogenannte ‚Dynamic Architecture’, die erstmals in Dubai umgesetzt werden soll. Dabei handelt es sich um ein Gebäude, das durch ständige Bewegung seine Form verändert – und außerdem noch in der Lage ist, sowohl für sich selbst als auch für andere, umliegende Gebäude elektrische Energie zu erzeugen.

Der 700 Mio. $ teure Entwurf des italienisch-israelischen Architekten David Fisher und seiner Firma Infinity Design Company sieht eine Kombination aus Hotel, Wohn- und Büro-Turm mit einer Gesamtbaufläche von 146.000 m2 vor, bei dem sich jede Etage - unabhängig - 360° um die Gebäudeachse drehen kann, was zu einer sich ständig verändernden architektonischen Form führt. Eine ganze Drehung dauert dabei 90 Minuten.

Während sich die unteren Etagen entsprechend der Computerprogramme einer zentralen Steuerung drehen, haben die obersten fünf Ebenen sogar die Freiheit, ihren Ausblick mittels einer Fernsteuerung selbst zu bestimmen!

Zwischen den einzelnen Etagen aus vorgefertigten Elementen befinden sich, fast versteckt, jeweils zwei horizontal um die Gebäudeachse rotierende Windenergieturbinen, von denen jede 300 kW erzeugt. Die in der Rotating Towers technology factory in Italien entwickelten Turbinen sollen dank ihrer besonderen Form aus Kohlefasern völlig lautlos sein. Gemeinsam mit einer Solaranlage auf dem Dach soll damit Strom im Wert von jährlich rund 7 Mio. $ erwirtschaftet werden.

Dynamic Building Detail

Dynamic Building
(Detail)

An dem Projekt sind die Mejren Group von Scheich Mejren bin Sultan, ein Entwicklungsbüro namens Kriston Co. mit Sitz in Athen, sowie die Gowealthy, ein Immobilien-Marketing-Unternehmen in Dubai, beteiligt. Baubeginn soll Mitte 2008 sein, die Bauzeit wird mit 22 Monaten angegeben.

Von einem tatsächlichen Baubeginn ist mir allerdings nichts bekannt (wie überall wird auch hier die weltweite Finanzkrise als Grund angeführt), doch das Konzept gewinnt im November den World Architect of the Year 2008 Preis in den USA, und im Dezember den Confapi Innovationspreis in Bari, Italien. Auch das Magazin Time führt den Dynamic Tower in der Ausgabe vom 10. November 2008 in seiner Liste ,Best Innovations of the Year’ auf.

In den technischen Angaben auf der Hompage von David Fisher wird Anfang 2010 sogar von einem 80-geschössigen Bau mit 420 m Höhe gesprochen. Die Apartmentgrößen rangieren von 124 m2 (3,7 Mio. $) bis zu 1.200 m2 (36 Mio. $) samt Garage innerhalb des Apartments: „In diesen Wolkenkratzern können Sie ihren Ferrari am Eingang Ihres Luxusappartements parken und mit speziellen Fahrzeugaufzügen hinauf fahren. Die Tür des Aufzugs öffnet sich über ein sprachgesteuertes Sicherheitssystem, und Ihr Wagen wird auf Ihrem persönlichen Appartementparkplatz geparkt.“ Ich hoffe, daß dies auch mit Elektrofahrzeugen funktioniert (sic!).

Die ersten 20 Etagen sind als Büros konzipiert, bis Etage 35 soll es ein Hotel geben und bis zur 70. Etage Luxusappartements. Die darüber befindlichen 10 Etagen werden als ‚luxuriöse Villen’ bezeichnet. Sie verfügen über Schwimmbecken im Innenbereich und offene Gärten. Die Rotating Tower Technologie Company, geleitet von der Dynamic Architecture Group, eröffnet im Oktober 2008 die Reservierungsliste für den ersten Dynamic Tower in Dubai.

Ein weiteres teilbewegliches Gebäude soll im Herzen der russischen Hauptstadt Moskau gebaut werden. Der Turm, dessen Baubeginn für den Sommer 2008 angesetzt wird, soll über 70 Stockwerke verfügen und eine Höhe von 400 m erreichen. Entwickler ist die internationale MIRAX GROUP Company mit Sitz in Moskau, welche die Gesamtsumme der Investitionen für den Bau mit über 400 Mio. $ beziffert. Die Gesamtfläche wird fast 110.000 m2 umfassen, mit Büros und Geschäften in den unteren, nicht-beweglichen Stockwerken, während die oberen, beweglichen Stockwerke als Appartements und Penthouses gedacht sind. Man plant den Bauabschluß für die erste Hälfte des Jahres 2011.

Bislang gibt es jedoch noch keine Bestätigungen für den Baubeginn beider Gebäude, und nach dem Hype bis Ende 2008 scheint es um die Projekte sehr ruhig geworden zu sein.

Der bereits erwähnte Architekt Vincent Callebaut schlägt 2008 eine Lösung für Klimaflüchtlinge vor: schwimmende Ökostadt-Inseln namens Lilypad, die ab 2058 die Ozeane bevölkern sollen. Für ihre Nennung an dieser Stelle sind in erster Linie die vielen Windkraftrotoren verantwortlich, die an diversen Stellen der ringförmigen Außenseite der schwimmenden Gebäude installiert sind.

Neben dem Wind soll aber auch Energie aus anderen Quellen gewonnen werden: Solarthermie und Photovoltaik, Wasserströmungen, osmotisch Energie und Biomasse.

Da der Arabische Golf die aktuelle Spielwiese für architektonische Innovationen bildet, verwundert es nicht, daß das Dortmunder Büro Gerber Architekten International GmbH ab 2006 das Konzept einer Transformation altarabischer Baukunst vorstellt – in Gestalt des Burj Al-Taqa - Energy Tower. Das erste Null-Primärenergie Hochhaus für den Mittleren Osten basiert auf den Klimatisierungstechniken der historischen Windtürme Arabiens und wird 2007 in Bahrain, Riad und Dubai vorgestellt.

Burj al Taqa (Grafik)

Burj al Taqa
(Grafik)

Die traditionellen Windtürme fangen den Wind über dem Gebäude ein und leiten ihn kühlend durch das Gebäudeinnere. Die Jahrhunderte alte Technik ermöglicht eine ökologische Form der Gebäudekühlung, da hierfür allein die Energie des Windes genutzt wird. Dabei wird die heiße Außenluft über Kanäle am Meeresgrund oder im Erdreich vorgekühlt. Eine Doppelfassade, die den Energy Tower vollständig umhüllt, dient dabei als Abluftfassade.

Der Burj Al-Taqa mit einer Gesamthöhe von 322 m und 68 Stockwerken ist nicht nur äußerst sparsam im Energieverbrauch sondern erzeugt die Energie, die er benötigt, zu 100 % selbst, ausschließlich aus den erneuerbaren Energiequellen Sonne, Wind und Meer. Zur Speicherung überschüssig produzierter Energie sollen Wasserstoff- und Heißwassertanks genutzt werden.

Auf der Spitze des Gebäudes erzeugt eine patentierte Weiterentwicklung der Darrieus-Turbine mit flammenähnlicher Form Strom aus Windkraft – wodurch das Gebäude ein wenig an eine Kerze erinnert. Schutz vor Aufheizung des Gebäudeinneren bietet ein 4.000 m2 großer sogenannter Solar-Schild - eine mit der Sonne um das Gebäude rotierende und mit Photovoltaikzellen beschichtete Schale, die zugleich Sonnenstrom erzeugt. Weitere 8.000 m2 Solarzellen befinden sich auf den Dächern der zwei- bis dreigeschossigen Verkaufsbereiche am Fuß des Gebäudes.

Auf einem Gewässer neben dem Energy-Tower schwimmt außerdem eine ‚Solarinsel’ mit gekrümmten Spiegeln, die Wasser in einem Rohr erhitzen. Die dadurch entstehende Energie wird für die Kühlung des Turmes benutzt. Der Prinz von Bahrain soll bereits Kaufinteresse angemeldet haben, möglicherweise wird dadurch die Almoayed Holdings in Manama zum ersten Bauherrn dieser neuartigen Hochhausform.

Im März 2008 präsentieren die Architekten Adrian Smith und Gordon Gill ihren Clean Technology Tower, der nach den Prinzipien der Biomimikry gestaltet ist, also der technologischen Imitation biologischer Strukturen und Prozesse. Geplant wird das Hochhaus für Chicago.

Clean Energy Tower Detail

Clean Energy Tower
Detail

In den Ecken des Bauwerks sind Darrieus-Rotoren integriert, deren Zahl mit zunehmender Höhe ebenfalls zunehmen soll. An der Spitze des Turmes befindet sich außerdem ein ganzes Rotorenfeld, wobei eine strömungsverstärkende Dachstruktur deren Effizienz deutlich steigern soll. Das Dach selbst ist gleichzeitig eine einzige Solar-PV-Anlage.

Zeitgleich informiert das internationale Architekturbüro Gensler über den Baubeginn ihres Discovery Tower, eines 30-stöckigen Bürohochhauses in Houston, auf dessen Spitze 10 Windkraftanlagen installiert werden sollen. Das 300 Mio. $ Gebäude soll bis zum II. Quartal 2010 fertiggestellt sein. Das Gebäude wird unter anderem mit wassersparenden Installationen und effizienten Wärme- und Kühlsystemen ausgestattet.

Ein völlig neues System der Integration von Windenergie-nutzenden Techniken in die Gebäudestruktur bildet eine ‚grüne Umhüllung’ namens Nano Vent-Skin (NVS) des Designers Augustin Otegui aus Mexico, die im Mai 2008 bekannt wird. Dabei handelt es sich um ein Netzwerk aus Bio-Mikroturbinen (25 mm x 10,8 mm), die aufgrund ihrer organischen Struktur Energie aus Wind und Sonne umwandeln können.

Nano Vent Skin Konzept (Grafik)

Nano Vent Skin
Konzept (Grafik)

Die (bislang erst konzipierten) NVS-Elemente sind biotechnologische Organismen aus einer Nano-Fertigung, bei denen verschiedene Arten von Mikroorganismen zusammenarbeiten um natürliche Energie aus der Umwelt zu absorbieren und zu transformieren. Einen weiteren Vorteil der Verwendung von lebenden Organismen bildet deren Absorption von CO2 aus der Luft.

Die Außenhaut der Struktur absorbiert das Sonnenlicht durch eine organische Photovoltaik-Haut und überträgt die Energie auf Nano-Fasern im Inneren der Verdrahtung, von wo aus sie zu Speichereinheiten am Ende jeden Einzelelements geleitet wird. Die Mikro-Turbinen produzieren den Strom durch chemische Reaktionen an ihren beiden Enden, die mit der Rahmenstruktur verbunden sind. Verantwortlich dafür sind polarisierte Organismen, die den Prozeß bei jeder Umdrehung neu in Gang setzen.

Die innere Haut der Mikro-Turbinen arbeitet wiederum wie ein Filter und absorbiert CO2 aus der Umwelt, wenn der Wind hindurch bläst.

Die Vernetzung des gesamten Systems sorgt dafür, daß beim Bruch oder Defekt einer Mikro-Turbine sofort ein Signal durch die Nano-Drähte an das zentrale System gesendet wird, woraufhin automatisch Baumaterial durch das zentrale Rohr geschickt wird, um den Störungsbereich durch einen selbstmontierenden Prozeß zu regenerieren.

Citygate Ecotower Grafik

Citygate Ecotower
(Grafik)

Ebenfalls zu dieser Zeit geplant aber bislang noch nicht umgesetzt ist das Design eines Hochhauses, das auf den ersten Blick an das berühmte Hotel Burj al Arab im Arabischen Golf erinnert.

Der 485 m hohe Citygate Ecotower mit 108 Stockwerken wird von dem Büro M3 Architects für die britische Hauptstadt entworfen, beinhaltet die Integration großer PV-Flächen sowie ein Windrad an der Spitze. Die Nutzung sieht eine Mischung aus Büros, Apartments und einem Hotel vor – was sich langsam als Standard herauszuarbeiten scheint.

Ein weiteres Hochhaus, das an seiner Spitze mit Windkraftanlagen ausgestattet werden soll, ist das 40-stöckige Gebäude des Sabah Al Ahmed International Finance Center (ICF) der Firma KEO International Consultants, das in Kuwait errichtet werden soll. Auch hier kann man dem Design entnehmen, daß es sich dabei um senkrecht stehende, spiralförmige Darrieus-Rotoren handelt.

Neben Büroetagen ist auch ein Hotel mit 200 Zimmern eingeplant – wie auch PV-Systeme, die einen weiteren Teil des Energiebedarfs decken sollen. Falls das Hochhaus tatsächlich gebaut werden sollte, wäre es das erste Öko-Hochhaus mit LEED-Zertifizierung in Kuwait.

Konzept von The Tower (Grafik)

The Tower
(Grafik)

Auch der Ökoturm der britischen Firma Popularchitecture wird erstmals im Mai 2008 vorgestellt. Mit seiner Höhe von rund einer Meile (bzw. 1,5 km) würde der Turm die Skyline Londons dominieren und gleichzeitig das höchste Gebäude der Welt sein. In den 500 Stockwerken sind neben Geschäften und Kneipen auch Schulen und Krankenhäuser vorgesehen, die Gesamtpopulation wird mit 100.000 Personen angegeben.

Alle 20 Stockwerke ist eine große Öffnung vorgesehen, hinter denen sich öffentliche Räume mit botanischen Gärten, Eisbahnen und Schwimmbädern befinden, während sich hinter kleineren Öffnungen Windkraftanlagen verbergen, die einen Großteil der benötigten Energie erzeugen sollen.

Genauere technische Details werden nicht bekanntgegeben, es ist auch fraglich, ob der einfach nur The Tower genannte Wolkenkratzer bei der gegenwärtigen Wirtschaftslage überhaupt finanziert werden kann.

Sehr interessant, wenn auch ästhetisch gewöhnungsbedürftig, ist der Entwurf des Tornado Tower durch Vision Division in Zusammenarbeit mit Svens Standard, der als neues Opernhaus für Taipei, Taiwan, gedacht ist.

Die gesamte Fassade des im Oktober 2008 erstmals präsentierten Designs besteht aus Windenergie-nutzenden Elementen, die als Vielblatt-Rotoren mit senkrechter Achse, ähnlich einem liegenden Wasserrad, konzipiert sind.

Tornado Tower (Grafik)

Tornado Tower
(Grafik)

Die Energie, die durch den Tornado Tower generiert wird, liefert nicht nur Strom für das Art Center des Turms, sondern soll quantitativ ausreichen, um eine ganze Stadt zu versorgen.

Im November 2008 stellt das Atkins Designs Studio den Plan für einen über 600 m hohen Anara Tower vor, der in Dubai von Tameer Holding Investment errichtet werden soll.

Das Hochhaus krönt ein gewaltiger Windrotor – der allerdings nur als Designelement gedacht ist, wie die Blogs berichten. Statt dessen beherbergt der überdimensionale Propeller ein Restaurant. Die Bauarbeiten sollten Ende 2009 beginnen - tatsächlich wird zu diesem Zeitpunkt jedoch die Streichung des Projekts bekanntgegeben - vermutlich aufgrund der Finanzkrise.

In ein gewaltiges Bauwerk, das jedoch kein Wohn- oder Bürohochhaus ist, sollen ebenfalls Windkraftanlagen integriert werden – um als Energiequelle für die Absorption von CO2 zu dienen.

Anara Tower (Grafik)

Anara Tower
(Grafik)

Das Konzept der kalifornischen Ingenieur- und Designfirma Nectar sieht eine senkrechte Bewaldung und seitliche ‚Leitbleche’ vor, welche die verschmutzte Luft durch den Wolkenkratzer-Wald leiten. Der Strom der beiden im unteren Bereich angebrachten Windgeneratoren pumpt das Wasser für die Bewässerung der ‚stehenden Gärten’ hoch und soll Lampen zur Verlängerung der aktiven Phase der Pflanzen versorgen.

Es bleibt abzuwarten, ob sich für ein derart ambitioniertes Projekt die notwendigen Geldgeber finden lassen.

Ein Team von Weber Thompson entwirft mit dem Eco-Laboratory das Design eines der innovativsten und nachhaltigsten Gebäude dieses Jahres, mit dem man sich an dem Cascadia Natural Talent Design-Wettbewerb 2008 beteiligt und auch den ersten Preis gewinnt.

Bei dem Eco-Laboratory Konzept für Seattle handelt es sich um die Konstruktion eines preisgünstigen Wohnhauses mit einen Job-Trainingcenter, einem Obdachlosenheim, einer Gesundheitsstation und einem öffentlichen Markt für landwirtschaftliche Produkte.

Das Bauwerk integriert ein Regenwasser-Sammelsystem; hydroponische Gärten, um Nahrung für die Gemeinschaft zu erwirtschaften, ein biologisches Abwasserreinigungssystem und unterirdische Rohre, welche die in das Gebäude strömende Luft reinigen.

Eco-Laboatory (Grafik)

Eco-Laboatory (Grafik)

Außerdem gibt es Sonnenkollektoren, Vertikalachsen-Windturbinen auf den Dächern und an der Seite der ‚Felder’, sowie Brennstoffzellen, die mit Methan angetrieben werden, einem Nebenprodukt der Abwasserreinigung.

Im Rahmen des Designwettbewerbs Radical Innovation in Miami schlägt das Büro Richard Moreta Architecture im März 2009 und in Kooperation mit der Erfurter GMZ Design (eine Quelle neuartiger Designs, welche die verschiedensten erneuerbaren Energien einbeziehen) einen Hotelbau mit integrierten Windrotoren vor.

Der Eggtower soll wie ein lebendiger Organismus funktionieren. Neben der Windenergienutzung, deren Strom für das Heiz- und Kühlsystem des Gebäudes gebraucht wird, soll auch die Belüftung auf natürliche Art und Weise gestaltet werden, während die photovoltaische Außenhaut gleichzeitig eine Abschattung des Inneren bietet. Innengärten auf verschiedenen Höhen des Bauwerks sollen als Mikroklima-Oasen die Luft filtern und als zusätzliche Isolierung gegenüber der Außentemperatur dienen. Ferner angedacht ist ein Regenwasserspeicher zur Versorgung der Toiletten bzw. zur Bewässerung der Gärten.

Baukonzept der Uni Cambridge (Grafik)

Baukonzept der Uni
Cambridge (Grafik)

Es verwundert allerdings nicht, daß in den Kommentaren zu den entsprechenden Berichten ein leiser Plagiatsvorwurf ertönt. Denn schon 1995 hatte das Martin Centre der Uni Cambridge zusammen mit weiteren Partnern das Konzept eines ganz ähnlich geformten Bauwerkes präsentiert – im Rahmen einer Forschungsinitiative, die von der Europäischen Kommission finanziert worden war. Es blieb damals allerdings bei dem Konzept.

Das Projekt Zed London von Future Systems sah statt drei Horizontalachsern (wie beim Eggtower) zwei Senkrechtachser vor, ihre Anbringung in der Mittelspalte ist jedoch identisch. Auch an eine Solarnutzung mittels der Außenhülle ist schon damals gedacht worden.

Überhaupt scheint die Future Systems Gruppe des tschechischen Designers Jan Kaplicky und Amanda Levete (seit 2009 selbständig) ihrer Zeit stets weit voraus gewesen zu sein, wenn man sich das Portfolio, das diverse weitere Gebäude ebenso wie neuartige Fahrzeuge u.ä. umfaßt, betrachtet.

Im Mai 2009 gewinnt das Büro Romses Architects in Vancouver den 2030 Challenge. Wettbewerb der Stadt - mit einem ‚Vertikal-Farm-Gebäude’, das einen Grußteil seiner Energie aus der Windkraft beziehen soll. Hierbei treten neben konventionellen Windrotoren auch kleinere Darrieus-Senkrechtachser in Erscheinung, die zwischen den einzelnen Etagenblöcken installiert sind.

Das Bauwerk mit dem zutreffenden Namen Harvest soll erforschen, ob der vertikale Anbau von Gemüse, Kräutern und Früchten, sowie die Fisch- und Legehühnerzucht sinnvoll und machbar sind. In einem Laden soll außerdem Milch von ‚hauseigenen’ Schafen und Ziegen angeboten werden.

Neben dem Wind sollen auch die erneuerbaren Energiequellen Geothermie und Solarenergie genutzt werden. Im Rahmen geschlossener Kreisläufe wird ferner das Methan aus Kompostieranlagen genutzt, in welche die nicht eßbaren Teile von Pflanzen und Tieren wandern. Eine große Zisterne an der Spitze des ‚Ernte-Turms’ sammelt Regenwasser zur Bewässerung der zahlreichen Indoor- und Outdoor-Anbauflächen und Dachgärten. Das Thema der Vertikalfarmen nimmt an Wichtigkeit zu, ich empfehle daher eine eigene Recherche zu diesen Entwicklungen.

Ebenfalls im Mai wird bekanntgegeben, daß das höchste Gebäude der westlichen Hemisphäre, der Sears Tower, im Rahmen einer 350 Mio. $ teuren Gesamtrenovierung zu einem ‚grünen’ Wolkenkratzer erweitert werden soll. Unter anderem sind neben Solarpaneelen auch diverse Darrieus-Rotoren auf den Einzeldächern geplant. Mittels dieser und anderer Technologien soll der Energieverbrauch des Gebäudes innerhalb von fünf Jahren um 80 % verringert werden.

Eco City Konzept Grafik

Eco City Konzept

Im August 2009 meldet die Presse ein neues Großprojekt im Hamburger Hafen, wo in den nächsten Jahren eine komplette Ökostadt entstehen soll. Das Konzept stammt von der internationalen Firma tecArchitecture mit Hauptsitz in der Schweiz und dem ebenfalls internationalen Ingenieurbüro ARUP mit Hauptsitz in L.A. Auf dem ehemaligen Werksgelände der ,New York Hamburger Gummi-Waaren Compagnie Ag’ sollen in 15 Bauabschnitten insgesamt 10 Neubauten sowie Bestandsanierungen der denkmalgeschützten Industriebauten und Umbauten realisiert werden.

Das organische Energiekonzept der Eco City strebt nach Selbstversorgung, wobei Windturbinen, die über der Anlage thronen, den Hauptanteil der benötigten Elektrizität generieren sollen. Kleinere Windturbinen sind über das gesamte Gelände verteilt, um zusätzliche erneuerbare Energie zu erzeugen, während die Außenbeleuchtung mittels Solarenergie versorgt wird. Die Umsetzung wird in 3 Bauphasen erfolgen.

Eine große vertikale Windenergieanlage dominiert auch den Entwurf von Pelli Clarke Pelli Architects für das neue National Children’s Museum, der am Earth Day im April 2009 der Öffentlichkeit vorgestellt wird. Geht alles nach Plan, soll das Gebäude, das mehrere ,grüne Energien’ nutzt, 2013 in National Harbor, Maryland, eröffnet werden.

Das Design des Museums reflektiert die Aufgabe, Kinder zu inspirieren, über die Pflege und Verbesserung der Welt nachzudenken. Neben der fantasievollen Windturbine wird auch eine Reihe von reflektierenden Paneelen auf dem Dach das Sonnenlicht umlenken, um die künstliche Beleuchtung zu minimieren und den Energieverbrauch tagsüber zu reduzieren.

An der Südfassade wird ein Kabel- und Schalen-System (Living Wand) integriert, um den Rahmen für eine riesige, lebendig-grüne Wand zu bilden, während ein Gründach das Regenwasser aufsaugen soll. Das neue Gebäude soll außerdem aus recyceltem Stahl und Ziegeln von abgerissenen Gebäuden errichtet werden.

Twelve West

Twelve West

Im August 2009 werden in Portland erstmals vier kleine Skystream-Windkraftanlagen von Southwest Windpower auf das neue, von Gunsul Frasca Architects entworfene, Twelve West Gebäude gehievt, das eine Mischung aus Büros und Wohnungen beherbergt.

Die Turbinen kosten pro Stück etwa 10.000 $ und liefern zusammen jährlich etwa 9.000 kWh - oder rund 1 % des Gebäudestrombedarfs. Immerhin erzielten die eingesetzten Skystream Anlagen bei einem einjährigen Test in Holland die besten Ergebnisse von insgesamt 10 verglichenen kleinen Windkraftanlagen (s.d.). Es geht bei diesem Projekt jedoch nicht nur um die Erzeugung von Energie, sondern um herauszufinden, was funktioniert und was nicht.Eine Art Hochhaus, das mehr oder minder vollständig aus Windkraftanlagen besteht, wird im März 2010  von der polnischen Architekturfirma Mode:Lina Architektura & Consulting vorgeschlagen.

 

Der Gesterbine Wolkenkratzer ist eine Beteiligung an dem aktuellen Skyscraper Wettbewerb des eVolo Magazins. Der tagsüber erzeugte Strom soll umliegende Wohn- und Bürohäuser versorgen, während er nachts genutzt wird um Wasser in das Gebiet von Wielkopolska (Groß-Polen) zu pumpen, das an einem starken Absinken des Grundwasserspiegels leidet. Dort sollen bestehende Reservoirs ergänzt bzw. neue geschaffen werden.


Auch das Ramsgate Street Apartment Building von Waugh Thistleton Architects soll mit einer Anzahl vertikaler, spiralförmiger Windenergieanlagen ausgestattet werden. Es ist geplant, das 14-stöckige Gebäude zum Wahrzeichen von Dalston in Nord-London zu machen. Das von dem Metropolitan Housing Trust in Auftrag gegebene Bauwerk wird 66 Appartements sowie über 1.000 m2 Bürofläche beinhalten und soll 2010 bezugsfertig sein.

Ramsgate Street im Bau

Ramsgate Street
im Bau


Um dem vorgegebenen Londoner Ziel zu entsprechen, beim Bau neuer Gebäude auch erneuerbare Energiequellen einzubeziehen, werden vier Vertikal-Windturbinen auf dem Dach des Gebäudes installiert – was von den Machern als eine optisch ansprechende sowie äußerst effiziente Innovation bezeichnet wird.

 

In Zusammenarbeit mit dem Windturbinenhersteller Quiet Revolution und dem Ingenieurbüro Price & Myers soll gleichzeitig untersucht werden, wie sich Höhe und Form des Gebäudes am besten nutzen lassen, um möglichst viel Windenergie zu erwirtschaften. Man hofft, damit mehr als ein Drittel des Gebäude-Strombedarfs decken zu können.

 

Ein gigantomanisches Projekt für Roosevelt Island in New York City geht auf den bereits mehrfach genannten Architekten Vincent Callebaut zurück. Mit einer Gesamtfläche von 350.000 m2 und einer Höhe von 600 m (die Antennen ragen weitere 100 m empor) soll das 132-stöckige Bauwerk mit der Silhouette eines Schmetterlings mit insgesamt 28 landwirtschaftlich nutzbaren Feldern aufwarten, auf denen Nahrung für die Bewohner angebaut wird.

 

Das Konzept wird 2009 unter dem Namen Dragonfly vorgestellt – und mit dem Untertitel ‚A Metabolic Farm For Urban Agriculture’. Das, was auf den Dächern, Terrassen, Balkonen, in unbebauten öffentlichen Räumen, in Innenhöfen und Gewächshäusern begonnen hat, wird hier zu einem integrativen System weiterentwickelt, das 15 Jahre nach seiner Implementierung eine positive Energiebilanz erreicht. Dies soll durch die Erzeugung von Energie aus Biomasse, Photovoltaik, thermischer Solarenergie, Gezeitenenergie usw. erfolgen.

 

Der Architekt rechnet damit, daß die Hälfte des Stromverbrauchs durch die Solarzellen auf der Südseite gedeckt werden kann, während die andere Hälfte von drei gewaltigen Darrieus-Windturbinen erzeugt wird, die sich in den drei übereinanderliegenden, linsenförmigen Aussparungen der Nordseite (links im Bild) befinden.

 

Grafik eines Schwimmbaddaches mit Rotoren

Jantzen-Windshade

Sehr interessant sind auch die Entwürfe des Architekten Michael Jantzen aus Illinois, der sich seit vielen Jahren mit der Integration des Windes und der Nutzung seiner Energie im urbanen Umfeld beschäftigt. Ich habe seine Entwürfe hier zusammengefaßt, um sie nicht – durch die chronologische Präsentation bedingt – überall in diesem Kapitel verstreuen zu müssen. Eines der ersten Konzepte bildet ein Dach voll kleiner Windgeneratoren für die Beschattung eines offenen Schwimmbades in wüstenähnlichen Umgebungen. Wer schon einmal unter jenen klimatischen Bedingungen gelebt hat, wird einen kühlen Pool ebenso zu schätzen wissen wie den Windshade-Entwurf von Jantzen.

 

Eine Spezialität seiner Arbeit sind begehbare Konstruktionen wie beispielsweise eine Fußgängerbrücke aus Stahl und Aluminium, die gleichzeitig ein Art Windtunnel ist, um den sich fünf Roteren in unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Richtungen drehen. Mit ihrer erzeugten Energie sorgen sie für eine autonome nächtliche Beleuchtung der Brücke.

 

Mit der gleichen Technik – diesmal allerdings in vertikaler Ausrichtung und Drehachse – hat Jantzen einen Beobachtungsturm konzipiert, in dem eine innere Wendeltreppe zur Aussichtsplattform aufs Dach führt. Auch hier drehen sich die fünf Rotoren in unterschiedlichen Richtungen, vermutlich aus ästhetischen und stabilitätstechnischen Gründen.

 

Aussichtsturm mit umlaufenden Rotoren

Windtower

Im Juli 2007 stellt der Architekt seinen Solar-Wind-Pavillon vor, eine gelandete Untertasse mit einem Darrieus-Rotor mit geraden Blättern an der Spitze des Pavillonturmes in rund 46 m Höhe. Der Entwurf ist für die California State University in Fullerton gedacht, wo er zum Anlaß für eine Diskussion über Nachhaltigkeit werden soll.

 

Der Pavillon kann als Treffpunkt für bis zu 300 Personen dienen. Neben der Windkraftanlage sind in das mehrstufige, ringförmige Dach PV-Solarpaneel eingelassen. Der erwirtschaftete Strom soll in den Gebäuden der Universität verbraucht werden.

 

Im Inneren soll es einen zylindrischen, digitalen Projektions-Bildschirm geben, während unter dem Dach installierte Wassernebel-Düsen den offenen Raum kühl halten. Werden keine Sitzbänke gebraucht, verschwinden diese im Boden.

 

Im November 2009 präsentiert Jantzen einen ähnlichen Entwurf, bei dem er aber eine konventionelle große 3-Blatt-Anlage mit 1.5 MW Leistung einsetzt. Dafür befindet sich auf etwa einem Drittel der Masthöhe eine Aussichtsplattform für die Besucher des Wind Farm Celebration Center.


Wind Farm Celebration Center (Grafik)

Wind Farm
Celebration
Center
(Grafik)

Die untenliegenden Bereiche des Centers mit Büros, Seminarräumen und anderem sind wie Blütenblätter geformt und bestehen aus 11 konzentrisch hexagonalen Ebenen, von denen zwei den Eingang des Gebäudes und seine Verbindung zur umgebenden Landschaft bilden, während die übrigen neun das Dach formen. Drei Eingänge entsprechen den drei Rotorflügeln.

 

Ein besonders interessantes Merkmal des Zentrums ist ein Echtzeit-Beleuchtungs-Display das angibt, wie viel Energie die Windkraftanlage gerade produziert. Im Inneren des großen, offenen Hauptraumes sind auf jeder Ebene der Dachstruktur LED-Leuchten installiert, die um so heller aufleuchten, je mehr Leistung die Windturbine erzeugt.

 

Ein von Solarenergie und Windkraft versorgter Eco-Wine Pavillon ist ein weiteres Projekt des Designers und Architekten Jantzen, das dieser im März 2010 vorstellt. Der Entwurf ist für den Einsatz in einem gemäßigten Klima auf einem Weingut gedacht und soll Raum für besondere Veranstaltungen wie Weinproben bieten.

 

Der Pavillon kann aus vorgefertigten Stahl- und Glas-Bauteilen errichtet werden, wobei die Stahlbögen und horizontalen Stützen mit Glasplatten abgedeckt sind, von denen sich einige automatisch öffnen und schließen, um die natürliche Belüftung des gesamten Innenraums zu sichern. Die Stahl- und Glaskonstruktion ist wiederum mit gewellten Stahlplatten abgedeckt, von denen einige mit Photovoltaik-Modulen belegt sind.

 

Zusammen mit dem Strom eines anbei aufgestellten Senkrechtachsers soll damit der gesamte Energieverbrauch des Pavillons gedeckt werden.

 

 

Als nächstes komme ich zu einem sehr aktuellen Bereich, der besonders für Investoren interessant sein dürfte – nämlich zu den Offshore-Windfarmen.


Anschließend folgen die Grenzen der Nutzung von Windenergie.


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