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In Japan stammt erneuerbare Energie größtenteils aus der Sonne. In den letzten Jahren legt die Windkraft dort zwar zu, doch die vielen Taifune und tropischen Stürme sind ein Problem für herkömmliche Anlagen. Die vertikale Windturbine des Start-ups Challenergy aus Tokio macht Hoffnung: Sie kann sogar während eines Taifuns Strom erzeugen.
Warum vertikale Windkraftanlagen robuster sind
In Japan gilt Windkraft als ungeeignete Energiequelle, da das Land in einem durchschnittlichen Jahr 26 Taifune und tropische Stürme erlebt. Durch den Klimawandel werden es künftig sogar noch mehr sein. Kyushu, die südlichste von Japans fünf Hauptinseln, ist besonders betroffen. Dort Windparks zu errichten, erwies sich bisher als schwierig. Denn herkömmliche Windturbinen haben riesige propellerähnliche Flügel, die mit dem technischen Fortschritt immer größer werden. Damit können sie viel Strom liefern, sind aber schlechter für starke Stürme gerüstet. Vertikale Windkraftanlagen sind kleiner und weniger effizient, dafür aber robuster.
Taifune als Energiequelle
Die Windkraftanlage „Magnus Vertical Axis Wind Turbine“ von Challenergy soll nicht nur Taifunen standhalten können, sondern währenddessen sogar weiter Strom erzeugen können. Die Anlage hat vertikale, quadratische Flügel, die sich um die eigene Achse drehen, und nutzt ein physikalisches Phänomen, das als Magnus-Effekt bekannt ist. Dieser Effekt bewirkt, dass sie sich an jede Windrichtung anpassen kann und die Stromerzeugung im Einklang mit der Windgeschwindigkeit steuerbar ist.
„Wenn wir die enorme Energie von Taifunen auch nur teilweise nutzen können, können wir sie nicht nur als Katastrophe, sondern als Energiequelle betrachten“, sagte Atsushi Shimizu, der Gründer von Challenergy, bei einer Online-Demonstration seiner Turbine. Eine Testanlage mit 10 kW steht in Ishigaki, Okinawa, der südlichsten Stadt Japans. Während des Taifuns Hagibis im Oktober 2019 erzeugte sie weiter Strom und lieferte damit den Beweis, dass ihr starke Stürme nichts ausmachen.
Damals wurde Ishigaki zwar nicht von Hagibis selbst getroffen, aber von einem kleineren Sturm, dem Taifun Mitag. Die Sensoren registrierten eine maximale Windgeschwindigkeit zwischen 43 und 45 Metern pro Sekunde, was etwa 160 km/h entspricht. Challenergy gibt an, dass seine Anlage Windgeschwindigkeiten von bis zu 70 m/s standhält (252 km/h). Die maximale Betriebsgrenze soll bei 40 m/s liegen (144 km/h). Zum Vergleich: Die meisten herkömmlichen Anlagen haben eine Betriebsgrenze von etwa 20 bis 30 m/s.
Der Taifun Hagibis selbst hatte über 10 Minuten eine Windstärke von 54 m/s und eine Minute lang von 72 m/s. Das heißt, dass nur die Spitzen der stärksten Taifune den Challenergy-Turbinen gefährlich werden können.
Eine Challenergy-Anlage kostet 250.000 Dollar. Ihr Einsatz lohnt sich nur dort, wo die Windgeschwindigkeiten so hoch sind, dass andere Turbinen nicht in Frage kommen. Dann macht sie sich aber auf lange Sicht bezahlt, weil sie auch dann Strom erzeugt, wenn andere Anlagen abgeschaltet werden müssen.
Tests auf den Philippinen laufen
Zum Beispiel auf den Philippinen, wo ebenfalls regelmäßig Taifune auftreten. Eine Demonstrationsanlage mit 10 kW steht aktuell in Batanes auf einer Inselgruppe im Norden. Gerade nach schweren Stürmen bricht die Stromversorgung dort regelmäßig zusammen, dann, wenn sie eigentlich am dringendsten gebraucht wird.
Deshalb haben sich lokale Regierungen auf den Philippinen bereits zum Kauf von sieben Challenergy-Anlagen verpflichtet, um sie in Mikrogrids einzusetzen. In Verbindung mit Solarmodulen und Batteriespeichern sollen sie die Stromversorgung in der Region stabiler machen. Gleichzeitig tragen die Anlagen dazu bei, dass auf den Philippinen weniger umweltschädliche Dieselgeneratoren laufen müssen, die zugleich teuer sind.
Der Klimawandel als Bewährungsprobe
Die Windkraftanlagen von Challenergy haben bereits gezeigt, dass ihnen Taifune nichts anhaben können. Die Daten der letzten Jahrzehnte zeigen aber auch, dass die Stürme in Ost- und Südostasien nicht nur häufiger, sondern auch schwerer werden. In Zukunft muss sich also zeigen, ob die Anlagen den immer extremeren Stürmen standhalten werden, die der Klimawandel mit sich bringt.
Quellen / Weiterlesen
This Japanese start-up has designed a wind turbine that can work in typhoons | World Economic Forum
Japan start-up designs wind turbine that can harness typhoon energy | Reuters
A Typhoon-Proof Wind Turbine Is Generating an Energy Shift for Remote Islands | Redshift
The wind turbines standing up to the world’s worst storms | BBC
Groundbreaking of 10kW Magnus Vertical Axis Wind Turbine Project in Naidi Hills, Basco Batanes | CETI
Bilderquelle: © Challenergy Inc.
Leider gibt der Autor des Artikels keinerlei Konstruktionsdetails, die es erlauben, sich eine Vorstellung vom prinzipiellen Aufbau dieser Windkraftanlage WKA zu machen. Auch gibt es vertikale WKAen die über 50% Effizienz haben und ausgesprochen groß (Tehachaipi Pass etc.) sind, einige mit über 3 MW Leistung. Journalismus 2021. Schade.
Das Prinzip ist aber nicht nur nach dem Magnus Effekt bekannt sondern wahrscheinlich noch mehr vom Flettner Rotor (Schiffsantrieb), also nichts Neues. Ich selbst habe einen Prototypen in Arbeit, bei dem der Darrieus Rotor mit dem Flettner Rotor gekoppelt wird. Die (bei mir) 3 Flügel sind also durch 3 rotierende Zylinder ersetzt. Warum? Bei Starkind einfach Zylinder-Rotation abschalten und man hat „nur“ den Wind-widerstand von 3 Zylindern. Bei Betrieb der Anlage aber den Vorteil nutzen 1. sie ist durch die Drehahl der Zylinder steuerbar und 2. Der Magnus Effekt sorgt für mögliche Auftriebsbeiwerte von eventuell sogar deutlich über 3. Normale Flügel liegen bei Cw= 1,6-1,8 und sehr gute bei 2,3. Die sind aber schwer „steuerbar“ (Flatter), deshalb eher 1,7 wählen, tun die Jumbos auch. Gegenüber Windkraftanlagen mit „normalen“ aerodynamisch geformten Flügeln besteht also die Möglichkeit bei gleiche Größe mehr Energie aus dem Wind zu holen und näher an die theoretischen 59% zu kommen. Propellerähnliche Flügel…..was ist das?
Einen vemuteten Nachteil der Flettner (Magnus) Konstruktion will ich nicht unterschlagen: größere Vibrationen, werd ich ja rausfinden.
Der Windwiderstand eines großen Zylinders (Durchmesser) ist aber nicht zu unterschätzen. Hurrikane oder Taifun-Stärke möchte ich noch erst bewiesen sehen. Zwischen 25 m/sec Abschaltgeschwindigkeit der WK-Anlage und 180 m/sec bei Hurrikane Kategorie 5 ist ein Unterschied. Das im Artikel gezeigte Foto suggeriert bei mir „Umkippen bei Hurrikane“. Und diese ziemlich große Anlage bringt nur 10 KW ?
Als Segler weiss ich „Wer die See nicht fürchtet, ist ein Narr“ und entsprechend sage ich „Wer den Wind nicht fürchtet, ist ein Narr“.
Welchen monetären Beitrag leistet der Energiegewinn einer WKA bei 10 mal Taifun pro Jahr, für jeweils 10 Stunden, gegenüber den Mehrkosten der Taifun-Bewährten WKA-Konstruktion gegenüber „Normal“- Konstruktion?
Sorryein Fehler.
Es ist natürlich nicht Cw sondern Ca.