Kein Dreh, voller Gewinn: Bewegungslose Windenergie stellt Konventionen in Frage

Denken Sie an Wind, und Sie denken an Bewegung, richtig? Aber was wäre, wenn wir Energie aus dem Wind gewinnen könnten, ohne die üblichen drehenden Rotorblätter, die wir gewohnt sind zu sehen? 

Genau das geschieht mit einigen der neuesten Windenergietechnologien. Sie verändern unsere alten Vorstellungen davon, wie Windkraft funktioniert, indem sie die Energie des Windes auf neue Weise einfangen, die nicht immer Bewegung erfordert.

Während wir diese Innovationen annehmen, ist es auch wichtig, die Grenzen traditioneller Methoden zu verstehen.  Während windturbinen saubere, erneuerbare Energie erzeugen, sind sie nicht frei von Nachteilen.  Zum Beispiel ist die Stromerzeugung durch Turbinen keine wirtschaftlich sinnvolle Wahl, um Energie für Orte zu produzieren, die nicht windreich genug sind. 

Und da Windturbinen oft in abgelegenen Gebieten installiert werden, kann die Errichtung der Infrastruktur ein Problem darstellen, insbesondere das Erzeugen von Übertragungsleitungen, um Strom von Windparks zu Haushalten in städtischen Gebieten zu transportieren. 

Zudem sind große Turbinen dafür bekannt, Lärm zu erzeugen und die visuelle Ästhetik einer Gegend zu stören. Darüber hinaus können diese Anlagen auch die lokale Tierwelt beeinträchtigen. 

All diese Schwierigkeiten können nun gelöst werden, indem man nicht vom Kernkonzept abweicht, das die Nutzung von Wind für saubere Stromerzeugung ist. Die Antwort liegt in den bewegungslosen Windturbinen, da sie die Energie nutzen können, ohne den damit verbundenen Lärm oder andere Probleme zu erzeugen. 

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Bewegungslose Windenergieerzeugung

Die Erzeugung von bewegungslosem Wind bedeutet, die Abhängigkeit von einem zentralisierten, ressourcenintensiven Netz zu entfernen und stattdessen eine Kombination aus dezentralen Energiequellen (DER) zu nutzen, die man auf Wohn- und Geschäftsgebäuden installieren kann. Während diese Energiequellen sowohl Solar als auch Windkraft einsetzen, hat Wind den Vorteil, rund um die Uhr verfügbar zu sein, im Gegensatz zu Sonnenstrahlen. 

Inzwischen erfasst ein bewegungsloser Windgenerator Windenergie durch vertikal angebrachte Tragflächen oder Flügel und nicht durch große Turbinenblätter. Wenn der Wind an den Flügeln vorbeiströmt, entsteht ein Niederdruckgebiet zwischen ihnen. Dieser niedrige Druck erzeugt einen Sog, und ein speziell geformter Turm zwischen den Tragflächen leitet diesen Sog. Dieser Stromfluss passiert eine kleine Turbine, die am Fuß der Einheit angebracht ist, und erzeugt Strom, während sie sich dreht, ohne große drehende oder bewegliche Teile zu benötigen. 

Dieses Verfahren bietet viele Vorteile. Es reduziert die Lärmbelastung, hilft, die Tierwelt zu schützen, nutzt den Raum effizient und erfordert wenig Wartung. 

Obwohl die Geschichte der traditionellen Windkraft, wie wir sie heute kennen, viele Jahre zurückreicht, fügt die bewegungslose Windenergieerzeugung unseren Nachhaltigkeitsbemühungen erheblichen Mehrwert hinzu. Und obwohl sie neu ist, mindert das nicht die Versprechen und das Potenzial, das sie bereits gezeigt hat.

Laut Architecture 2030 stammen 50 % der globalen CO₂-Emissionen aus Gebäuden und der gebauten Umwelt. Davon entfallen 27 % auf den Gebäudebetrieb, während 20 % auf Baumaterialien, Bauarbeiten und andere Nutzungen der Bauindustrie zurückgehen. Daher ist es entscheidend, dass wir Gebäudestromlösungen effizienter nutzen, und die bewegungslose Windenergie ist ein Schritt in diese Richtung. 

Viele Unternehmen haben sich der Aufgabe gestellt, bewegungslosen Wind in etwas Praktisches zu verwandeln. Wir werden diese Unternehmen vorstellen und die Technologie, die sie in ihren Lösungen einsetzen, betrachten. 

Unternehmen mit transformativen Lösungen in der bewegungslosen Windgenerierung

1. Vortex Bladeless

Vortex beschreibt seine Windkraftlösung mit mehreren Adjektiven. Die Energie ist blattlos, sicherer, leiser und umweltfreundlicher. 

Insgesamt ist die Vision von Vortex Bladeless, eine neue Windalternative für Verbraucher‑level große Windparks anzubieten. Und um diese Vision zu erreichen, setzt das Unternehmen auf andere Physik als herkömmliche Windkraft. Das Ergebnis ist einzigartig und voller Möglichkeiten.

Bewegungslose Windlose Generationstechnologie: Der Vortex Bladeless‑Ansatz

Das Vortex‑Gerät ähnelt einem zylindrischen Turm. Beginnen wir von unten, ist der unterste Teil fest und wird als Basis bezeichnet. Der Teil über der Basis ist der Kern, der eine Kohlenstoffstange enthält. Über dem Kern befindet sich das Abstimmungssystem des Generators. Darüber alles liegt der zylindrische Mast, der frei senkrecht zur Windrichtung schwingt. 

Wenn der Wind um diese zylindrischen Strukturen strömt, entstehen Druckwirbel. Die Frequenz dieser Wirbel hängt von der Windgeschwindigkeit ab. Da die Strukturen eine ähnliche natürliche Resonanzfrequenz besitzen, beginnen sie zu schwingen und die Windenergie zu erfassen. 

Nach der Erfassung der Energie folgt die Umwandlungsphase. Für die Umwandlung nutzt Vortex Bladeless die Technologie eines herkömmlichen Generators, bei dem das Gerät eine Wechselwirkung zwischen Spulen und Magnetfeldern erfährt. 

Strom wird durch elektromagnetische Induktion erzeugt. Die Magnete dienen zudem als Abstimmungssystem, bei dem die Elastizitätskonstante des Mastes angepasst wird, wodurch der Windgeschwindigkeitsbereich, in dem Schwingungen auftreten, erweitert wird. 

Obwohl die Technologie von Vortex noch in Entwicklung ist, wird sie, sobald sie vollständig realisiert ist, mehrere Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Turbine gleicher Größe bieten. Vortex bladeless wird getriebelos und ölfrei sein, benötigt keine Bremsen und lässt sich leichter fertigen. Sie bleibt stets auf einer ähnlichen Grundlage ausgerichtet. Sie benötigt weniger Platz und hat eine längere Lebensdauer.

Vortex Bladeless: Kurzprofil

Gegründet von David Suriol und Raul Martin Yunta, hat Vortex Bladeless seinen Sitz in Madrid, Spanien. Es ist ein Startup in der Frühphase. Laut öffentlich verfügbaren Daten hat das Unternehmen US$120,000 in einer Pre‑Seed‑Finanzierung von Techstars im Jahr 2021 erhalten. 

Für diejenigen, die mit Techstar nicht vertraut sind, positioniert sich das Unternehmen als der aktivste Pre‑Seed‑Investor weltweit, mit einem Marktwert von US$105 Milliarden für das gesamte Accelerator‑Portfolio. 

2. Aeromine: Wind‑Energiesystem ohne Rotorblätter

Ein weiteres Unternehmen, das transformative blattlose Windenergiesysteme anbietet, ist Aeromine Technologies. Diese blattlosen Systeme werden auf den Dächern von Gewerbeimmobilien installiert, um vor Ort erneuerbare Energie zu gewinnen. 

Aeromine nutzt die Prinzipien der Aerodynamik. Es verwendet gebäudeintegrierte, flügelbasierte Windgeneratoren ohne bewegliche Teile. Wenn der Wind durch diese Tragflächen strömt, entsteht ein Niederdruckgebiet zwischen ihnen. 

Der hohle Mittelkörper der Struktur leitet den Druck zum Verteiler und zum internen Propeller. Im untersten Teil der Struktur zieht der niedrige Druck Luft durch den Einlass, lässt sie am Propeller vorbeiströmen und erzeugt Leistung, bevor der Luftstrahl den Mittelkörper verlässt und sich mit dem freien Wind vermischt. 

Das Prinzip von Aeromine basiert darauf, keine externen Teile zu verwenden und Vibrationen zu vermeiden. Stattdessen nutzt es die Tragflächen, um den Luftstrom eines Gebäudes oder einer Gewerbeimmobilie zu erfassen und zu verstärken. Die Lösung liegt dem Solarstrom voraus, da sie nur ein Zehntel der Dachfläche von Solarpanelen benötigt. 

Die Aeromine‑Lösung ist geräuschlos und stationär. Sie kann unter allen Wetterbedingungen jederzeit Energie erzeugen. Das System besteht typischerweise aus einer Kombination von 20‑40 Einheiten am Rand eines Gebäudes, wobei die Kombination in die vorherrschende Windrichtung ausgerichtet ist. 

Wie das Unternehmen behauptet, ist sein System fast 50 % produktiver als andere erneuerbare Energiealternativen. In Kombination mit Solarlösungen auf dem Dach kann das blattlose Windenergiesystem den gesamten Energiebedarf eines Gebäudes vor Ort decken. 

Aeromine Technologies: Kurzprofil

Gegründet im Jahr 2020 von Martin Manniche, Aeromine Technologies hat seinen Hauptsitz im Großraum Houston, USA. Am 31. Oktober 2023 erhielt das Unternehmen eine Förderung von US$1,1 Millionen von der dänischen Energieagentur. 

Im Januar 2023 tätigte AEC Angels eine unterstützende Investition in Aeromine Technologies. Die erste Finanzierung von Aeromine Technologies kam von Mass Challenge als nicht‑kapitalbasierte Unterstützung.

Warum wird die bewegungslose Windgenerierung als glaubwürdige Lösung für die Zukunft angesehen?

Die lauteste Bestätigung für die bewegungslose bzw. blattlose Windenergiegenerierung als Weg zur Schaffung sauberer, erneuerbarer Energie kommt von ihren Investoren. 

Das innovative Dach‑Windenergiesystem von Aeromine, das den Windfluss eines Gebäudes in erneuerbare Energie umwandelt, erhielt, wie wir gesehen haben, eine Förderung von US$1,1 Millionen von der dänischen Energieagentur. Die Förderung wurde nach Prüfung der Machbarkeit der Lösung anhand von neun Parametern vergeben, darunter ihr Kommerzialisierungspotenzial und die Fähigkeit, Klimapolitik‑Ziele zu erreichen. 

Allerdings gibt es noch viel zu tun, um es narrensicher zu machen. Die Dänische Technische Universität (DTU) wird mit Aeromine zusammenarbeiten, um Leistungstests der Technologie an einer Reihe von Gebäudetypen und bei unterschiedlichen Windbedingungen durchzuführen. 

Laut zu Professor Christian Bak, dem Leiter der Abteilung für Tragflächen‑ und Rotordesign an der Technischen Universität Dänemark, wird die Universität die Strömungsmodellierung für verschiedene Gebäudetypen untersuchen und die Leistung der Lösung messen, um verbesserte Algorithmen zur Abschätzung der Energieproduktion und der optimalen Dachplatzierung abzuleiten. Dies wird zu weiterer Feinabstimmung und einer effizienteren Anwendung des Systems führen.

Da die Lösung auf den Dächern von Wohnungen, Büros, Lagerhäusern, Hafenterminals, Krankenhäusern, Einzelhandelszentren und allen Gebäuden mit Flachdach einsetzbar ist, wird das Wissen über Platzierungsoptimierung zu einer erhöhten Anpassungsfähigkeit führen.

Aeromine gibt zu, dass bereits eine signifikante Nachfrage nach seinen Lösungen auf dem Markt besteht. Tatsächlich erhält das Unternehmen laut Mitbegründer Martin Manniche bereits ein „großes Interesse an der Technologie und steigert die Produktion, um die Nachfrage zu decken.“ 

Manniche glaubt außerdem, dass ihre Lösung Windenergie zu einer „großartigen Passung für lokale Unternehmen“ machen wird, was bisher noch nicht der Fall war.  

Ähnliche Vorteile und mehr könnten auch für die Lösungen von Vortex Bladeless gefunden werden. Zum Beispiel ist seine Lösung der bewegungslosen Windgenerierung in Herstellung und Wartung günstiger. 

Für diejenigen, die Zweifel an der Design‑Effizienz von Vortex haben, behaupten die Hersteller, dass ihr Vortex Mini – das 13‑Meter‑ (42‑Fuß‑) Modell mit 4 kW – unter idealen Bedingungen bis zu 40 % der Windenergie erfassen kann. 

Obwohl es 30 % weniger effizient ist als herkömmliche Windturbinen, kann dieser Nachteil ausgeglichen werden, indem man die doppelte Anzahl von Vortex‑Turbinen in denselben Raum wie eine Propellerturbine stellt. 

Erreichen der Ziele für saubere Energie

Das Erreichen der Ziele für Netto‑Null‑Emissionen bis 2050 hängt zu einem großen Teil von der erfolgreichen Nutzung von Wind‑ und Solarenergie ab. 

Im Bereich der Windenergie, während die Turbinen größer geworden sind mit höheren Nabenhöhen und größeren Rotordurchmessern, müssen die jährlichen Windkapazitätszuwächse bis 2030 deutlich steigen, um die Ziele zu erreichen. 

Um das Netto‑Null‑Emissions‑Ziel 2050 zu erreichen, das etwa 7.400 TWh Windstromerzeugung im Jahr 2030 vorsieht, muss die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der Erzeugung auf etwa 17 % steigen. Um dies zu erreichen, müssten die jährlichen Kapazitätszuwächse von etwa 75 GW im Jahr 2022 auf 350 GW im Jahr 2030 erhöht werden.

Die Ergänzungen der Windleistungskapazität waren bisher weitgehend auf China beschränkt, einen bedeutenden Akteur in diesem Bereich. Das Land ist derzeit für die Hälfte der globalen Windleistungskapazitätszuwächse im Jahr 2022 verantwortlich. 

Die International Energy Agency hat ebenfalls ein verlangsamtes Wachstum in der Herstellung von Windkraftanlagen festgestellt. Um die Situation zu verbessern, hat die Agentur eine Beschleunigung des Tempos empfohlen. Sie hat außerdem beobachtet, dass Innovationen im Sektor hauptsächlich auf Produktivitätssteigerungen und Kostensenkungen ausgerichtet sind.

In einem solchen gemischten Szenario kann die bewegungslose Windenergie das Wachstum weiter ankurbeln. Durch ihre geringen Platzanforderungen und wartungsfreundlichen Eigenschaften kann sie sich schnell in Regionen verbreiten, in denen ausgedehnte Landflächen ein Hindernis darstellen. 

Positiv zu vermerken ist, dass die Investitionen in Windkraft im Jahr 2022 um 20 % gestiegen sind und sich von einer Verlangsamung im Jahr 2021 erholt haben. Sie sind zudem Teil aller wichtigen Programme zur Zusammenarbeit im Bereich erneuerbarer Energien und erhalten erhebliche Unterstützung aus dem privaten Sektor. 

Die Investitionen, die Aeromine und Vortex gewonnen haben, insbesondere aus der Wissenschafts‑ und Technologie‑Community, zeigen, dass die bewegungslose Windenergie auf soliden Grundlagen steht. Weitere Feinabstimmungen und notwendige Kalibrierungen würden sie zu einer perfekten Wahl machen, um die Reichweite sauberer, erneuerbarer Energie schneller zu verbreiten.

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