Gezeitenturbinen: Gummiblätter, die sich selbst verbiegen
· Redaktion BehindLines
Ingenieure der Universität Edinburgh und von Michelin haben im Versuchsmaßstab Gezeitenturbinenblätter aus Gummi entworfen und getestet, die sich in starken Strömungen von selbst verformen. Laut der Mitteilung der Universität vom 11. November und der in der Fachzeitschrift Nature erschienenen Studie würden diese Blätter ebenso viel Energie erzeugen wie starre Blätter mit aktiv verstellbarem Anstellwinkel und zugleich die Lastschwankungen verringern, die die Maschine ermüden.
Das Problem der Meeresströmungen
Laut der Universität nutzen Gezeitenturbinen die Gezeiten, eine Ressource, die sich Jahre im Voraus vorhersagen lässt, anders als Wind oder Sonne. Doch Turbulenzen, Wellen und wechselnde Strömungen setzen die Blätter ständig schwankenden Kräften aus, die Ermüdung verursachen, die Lebensdauer verkürzen und zu teuren ungeplanten Stillständen führen. Die Mitteilung besagt, die größten Maschinen stützten sich auf ein System aus Motoren, Sensoren und Lagern, die sogenannte Pitch-Regelung, die die Blätter aus der Strömung dreht, wenn diese zu stark wird. Die Universität hält diese Vorrichtung für teuer, unter Wasser schwer zu warten und eine wichtige Ausfallursache. Auch die in Nature veröffentlichte Studie beschreibt diese aktiven Systeme als komplex und teuer.
Ein Blatt, das sich von selbst biegt
Das Team ließ sich von Fischen und Bäumen inspirieren, die sich gegenüber Wasser oder Wind biegen. Seine Blätter bestehen aus weichem Gummi mit einem steifen Stahlstab im Inneren, von der Wurzel bis zur Spitze. Wenn die Strömung zunimmt, biegt sich die Hinterkante und flacht die Wölbung des Profils ab, wodurch die Last automatisch sinkt, ohne Scharniere, Lager oder Aktuatoren, erläutert die Universität. Sie fügt hinzu, Gummi habe eine ähnliche Dichte wie Wasser, die Blätter könnten daher schweben, ohne schwerer oder leichter als Wasser zu sein, was die Lastschwankungen zusätzlich begrenze.
Die angekündigten Ergebnisse
Eine Versuchsturbine von 1,26 Metern wurde im FloWave-Zentrum der Universität getestet, einem kreisförmigen Becken von 25 Metern, das die Turbulenz realer Standorte nachbildet. Indem sie ihre Messungen mit Simulationen eines vollständigen Gezeitenzyklus kombinierten, stellten die Forscher laut Universität fest, dass diese Turbine unter denselben Bedingungen ebenso viel Energie erzeugte wie eine herkömmliche Turbine mit aktiver Pitch-Regelung. Die schnellen Lastschwankungen, die für die Ermüdung verantwortlich sind, sinken laut Mitteilung um bis zu 29 % und laut der Nature-Studie um bis zu ein Drittel; sie vergleicht mit starren Blättern mit aktivem Pitch. Simulationen einer 20-Meter-Turbine lassen eine ähnliche Wirksamkeit im kommerziellen Maßstab vermuten, und vorläufige Berechnungen deuten darauf hin, dass Blätter in Originalgröße die bei heutigen Turbinen erwarteten 20 Betriebsjahre übertreffen könnten.
Warum das wichtig ist
Laut der Universität strebt das Vereinigte Königreich bis 2035 eine Gezeitenkapazität von 1 Gigawatt an, und Schätzungen nennen weltweit mehr als 300 Gigawatt bis 2050. Das Team erklärt, dieses Konzept würde, wenn es in größerem Maßstab bestätigt wird, leichtere Blätter und Strukturen, leistungsstärkere Generatoren und günstigere Wartung ermöglichen, damit die Kosten des Gezeitenstroms senken und Standorte öffnen, die heute als zu rau gelten. Die Universität betont jedoch, dass die Arbeiten im Forschungsstadium bleiben: Vor jeder industriellen oder kommerziellen Anwendung seien weitere Entwicklung und Tests nötig.