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WINDENERGIE

Gegenwindfahrzeuge (II)


Doch nicht nur auf dem Wasser passiert immer mehr, auch an Land gibt es Fortschritte.

Im August 2008 veranstalteten die Niederländische Gesellschaft für Technologiertransfer (Dutch Association of Technology Transfer, ATO-NH), das Zentrum für Energieforschung der Niederlande (Energy research Centre of the Netherlands, ECN) sowie die Versicherungsgesellschaft De Jong Insurances, die ihre Kooperation als ein langfristiges Engagement zugunsten des Klimas betrachtet, den ersten Wettbewerb, bei dem ausschließlich durch Windkraft angetriebene Gegenwindfahrzeuge gegeneinander antreten. Als Organisator tritt die Foundation Wind Energy Events (WEE) auf.

Das Rennen in dem früheren Fischerdorf Huisduinen im Nordwesten von Holland findet als Teil des Tall Ship Races Festival in Den Helder statt, zu dem über 300.000 Besucher erwartet werden.

Beim AEOLUS Race müssen die Fahrzeuge imstande sein, direkt – das heißt ohne zu kreuzen – gegen den Wind zu fahren, weshalb auch keine Segel verwendet werden können. Statt dessen muß die Windkraft mittels kleiner Windkraftanlagen eingefangen und in Vortrieb umgesetzt werden. Dabei gilt es, möglichst schnell eine Strecke von 3 - 5 km (je nach vorherrschender Windrichtung) entlang des Nordseedeiches zurückzulegen. Weitere Vorgaben des Veranstalters sind u.a.:

  1. Ein Landfahrzeug mit Rädern, von einem einzelnen Fahrer gesteuert
  2. Der Antrieb ist mittels einer Rotor-/Turbinenkonstruktion zu realisieren, die an die Antriebsräder gekoppelt ist
  3. Die Zwischenspeicherung von Energie ist erlaubt, der Energiespeicher muß bei Rennantritt allerdings nachweisbar leer sein
  4. Die maximalen Außenmaße betragen 4 m x 2 m x 3,5 m (L x B x H)
  5. Die maximale Rotorfläche beträgt 4 m2
  6. Es sind verschiedene Sicherheitseinrichtungen vorgegeben


Insgesamt melden sich neun Teams aus ganz Europa an, von denen dann auch sechs an dem Rennen teilnehmen: die Universität Stuttgart (Ventomobil), das Energy Research Centre of the Netherlands ECN (ECN-impulse), die Fachhochschule Flensburg (Windbike), die TU Denmark (WinD TUrbine racer), ein gemeinsames Team der Christian-Albrechts-Universität Kiel und der Fachhochschule Kiel (Baltic Thunder), sowie das griechische Centre for Renewable Energy Sources CRES (Zephyros).

Den beiden Teams aus Holland und Griechenland gelingt es am ersten Testtag nicht, die Strecke gegen den Wind zurückzulegen, am zweiten Wettkampftag können - bei wenig Wind - das Team aus Kiel sowie die Mannschaften aus Griechenland und Dänemark nicht mehr starten. Dafür installiert das holländische Team eine windschlüpfrige Verkleidung und fährt trotz einem Fahrzeuggewicht von fast 400 kg allen anderen davon, mit über 22 km/h.


Zu den Teilnehmern im einzelnen:

Im Sommer 2007 gründen etwa 20 Studienkolleginnen und -kollegen mit Unterstützung des Stiftungslehrstuhls Windenergie der Universität Stuttgart das ‚InVentus-Team’, welches dann ab dem Herbst das 130 kg schwere, dreirädrige Gegenwind-Fahrrad Ventomobil entwickelt und konstruiert. Jan Lehmann baut den 6 kW Rotor und Alexander Miller konstruiert das Chassis im Rahmen ihrer Diplomarbeiten am Lehrstuhl für Luft- und Raumfahrttechnik der Universität Stuttgart.

Windbike mit Team

Windbike
mit Team der FH Flensburg

Die in Leichtbauweise hergestellte Antriebswelle und das Rotorblatt des dreirädrigen Windfahrzeugs werden im Faserverbundtechnikum hergestellt. Der in mehrere Richtungen ansteuerbare und 2 m große 2-Blatt Rotor wandelt den Wind in Bewegung um, die durch eine Kettenschaltung auf die Achse übersetzt wird. Hauptsponsor ist die Windenergiefirma REpower Systems AG.

Das Team um den emeritierten Prof. Gustav Winkler (alias Turbo-Gustav) von der Fachhochschule Flensburg arbeitet mehr als ein halbes Jahr an einem Gegenwind-Tricycle, auf dem eine knapp 2 m große Windturbine befestigt ist. Die Materialkosten betragen etwa 2.000 €.

Winkler erzählt: „Ich hatte die Idee eines Gegenwindfahrrads bereits als zehnjähriger im Kopf, aber erst 40 (in anderen Quellen: 45) Jahre später habe ich mit der Konstruktion beginnen können.

Schon 1992 hatte er gemeinsam mit seinem Freund Harro Kühn in Handewitt aus Schrottteilen einen ersten Prototyp gebaut, der wie ein kleiner Bruder des aktuellen Windbike aussieht.

Dieses erreicht dem Team zufolge bei rund 30 km/h Gegenwind eine Geschwindigkeit von 15 - 20 km/h.

Die FH Flensburg lobt 2008 übrigens einen Sonderpreis in Höhe von 1.000 € für denjenigen Wagen aus, dem es als erster gelingt, mindestens zwei Minuten lang die Hälfte der Gegenwind-Geschwindigkeit zu erreichen (50 %).

Als ich Prof. Winkler im März 2012 nach einem Vortrag im Deutschen Technikmuseum darauf ansprach, erhielt ich von ihm freundlicherweise ein Foto aus der damaligen Zeit, um dieses hier zu veröffentlichen. Ebenso versorgte er mich mit diversem Material zum einarbeiten in diesem Kapitelteil, was ich auch gerne getan habe.

Doch nun weiter mit den anderen Teilnehmern:

Im Baltic Thunder-Team arbeiten Studenten des Fachbereiches Maschinenwesen der Fachhochschule Kiel und Studenten der Elektrotechnik und des Wirtschaftsingenieurwesens Elektrotechnik der Christian-Albrecht-Universität zu Kiel (CAU) zusammen. Bei der Konstruktion des Rotors wird das Team von dem norddeutschen Forschungsnetzwerk CE-Wind unterstützt.

Das Kieler Team, das laut Winkler 120.000 € zur Verfügung gehabt haben soll, entwickelt ein Fahrzeug, das von einem Darrieus-Rotor mit getriebe- und bürstenlosem Generator angetrieben wird.

Baltic Thunder

Baltic Thunder
(2. Darrieus-Version)

Auf den Abbildungen sieht man die Grundversion mit einem konventionellen Darrieus – sowie das beim Rennen eingesetzte Fahrzeug mit einem modernen Darrieus mit schmalen, gebogenen Blättern.

Der Rotor muß allerdings abgebaut werden, nachdem ein Flügel bei ca. 200 U/m den nachinstallierten Sicherheitskäfig berührt. Zu den Sponsoren des Teams gehören CE Wind, Nordex, die Theodor Friedrichs & Co. und andere Unternehmen.

An dem Windrenner des griechischen Centre for Renewable Energy Sources CRES in Pikermi arbeiten auch die Universität Patras und die Technische Universität von Athen mit. Er trägt den Namen Zephyros – nach dem Sohn des griechischen Windgottes Aeolus. Das Fahrzeug ist für eine Spitzengeschwindigkeit von 35 km/h ausgelegt und das Team erwartet, mindestens 28 km/h zu erreichen.

Der 3-Blatt Rotor hat einen Durchmesser von rund 2 m. Zu den Sponsoren des Teams gehören das General Secretariat for Research and Technology des griechischen Ministeriums für Entwicklung, das Forschungskomitee der Universität Patras, das Windenergie-Unternehmen Vestas u.a.

Für das Rennen im Folgejahr ist das Team bereits dabei, ein neues Windfahrzeug namens Zephyros II zu entwickeln.

Der WinD TUrbine racer von Robert Mikkelsen und seinem Team von der Danmarks Tekniske Universitet (DTU) beweist zwar seine Funktionstüchtigkeit, schafft es aber nicht unter die Gewinner zu kommen.

Zu den Sponsoren dieses Fahrzeugs gehören die Unternehmen Siemens, Dong Energy, ewec u.a.

Wind Turbine Racer

WinD TUrbine racer

Erfolgreicher ist das Windmobil des Energy Research Centre of the Netherlands (ECN). Das holländische Team, das laut Prof. Winkler sogar 200.000 € zur Verfügung hatte, besitzt auch umfangreiches Know-how im Großwindturbinenbau, greift auf den Erfahrungsschatz von älteren Berufstätigen zurück und hat moderne Fertigungsstätten zur Verfügung, was der Entwicklung und dem Bau des ECN-impulse merklich zugute kommt.

Das gelb gestrichene Fahrzeug ist auf dem obersten Foto der teilnehmenden Wagen hinter dem Stuttgarter Renner zu sehen (s.o.).

Den Gesamtsieg auf dem 3 km langen Kurs erringen die Stuttgarter Studenten (Team InVentus) mit ihrem 24 km/h schnellen Leichtbaufahrzeug Ventomobil (bei 36 km/h Windgeschwindigkeit) - und dies, obwohl es Probleme mit dem Getriebe gibt, das sich unter Last zeitweise nicht mehr schalten läßt. Auch in zwei weiteren Kategorien, den Wertungen um das innovativste Design und um die Öffentlichkeitsarbeit ist das Stuttgarter Team erfolgreich.

Auf Platz zwei kommt das holländische ECN-Team mit einem fast baugleichen Fahrzeug (im direkten Tempovergleich siegt das deutsche Gefährt – denn der gelbe Hollandbomber wiegt doppelt so viel), während Platz drei an die Fachhochschule Flensburg geht.


Im darauffolgenden Jahr 2009 findet der 2. Wettbewerb vom 24. - 29.09. auf dem Stauning Flugfeld in Dänemark statt (Ringkøbing-Skjern Airport).

Diesmal nehmen fünf Mannschaften teil: die Hochschule Delft, die TU Dänemark mit zwei Wagen, die FH Kiel, die Hochschule Amsterdam und das Team des winDTUrbine racer, der den diesjährigen Designpreis zugesprochen bekommt.

Spirit of Amsterdam 2

Spirit of
Amsterdam 2

Bei relativ schlechten Windverhältnissen gewinnt der Spirit of Amsterdam 1 der Hochschule der Stadt.

Mit 66 % stellt das Fahrzeug dabei auch gleich noch einen neuen Effizienz-Weltrekord auf.

Inzwischen ist ein neuer Preis ausgelobt worden für jenes Team, dessen Fahrzeug die volle Windgeschwindigkeit (W = 1) erreicht. Dazu muß der Gütegrad des aktuell besten Windrades allerdings um mindestens ein Fünftel gesteigert werden, was bislang jedoch nicht gelingt.


2010
folgt vom 24. - 26. September am gleichen Ort in Dänemark der dritte Wettbewerb - der inzwischen auch Wind Turbine Race genannt wird (WTR2010).

Inzwischen haben die Wagen aller Teams ummantelte Rotoren mit 2 oder 3 Blättern.

Diesmal sind die Veranstalter die Kommune Ringkøbing-Skjern, das dänische Flugzeugmuseum, die Abteilung für Mechanische Technologie der TU Dänemark, das Forschungszentrum RISØ-DTU in Roskilde und die Firma Vestas Wind Systems A/S. Entsprechend nehmen auch neun studentische Teams aus vier Ländern teil.

An erster Stelle ist dies natürlich die Hochschule Amsterdam mit ihren beiden Fahrzeugen Spirit of Amsterdam 1 und 2 – die sich in diesem Jahr den 1. und 3. Platz holen.

Das holländische Team hat mit dem aktuellen Spirit of Amsterdam 2 ein fast völlig neues Fahrzeug gebaut, das viel kleiner und leichter als das Gefährt des vergangenen Jahres ist. Für die Kraftübertragung wird nun ein duales System aus zwei Rohloff-Naben mit jeweils einer elektrischen Kupplung verwendet – sowie eine ursprünglich von der Firma DonQi Urban Windmill entwickelte ummantelte Windenergieanlage. Dieses Fahrzeug erreicht eine Geschwindigkeit von 6,6 m/s bei einer Windgschwindigkeit von 10 m/s.

Anemo II

Anemo II

Das zweite Team Anemo aus Holland kommt von der Inholland Delft University, ebenfalls mit einen völlig neuen Ansatz im Vergleich zum letzten Jahr.

Das stilvoll aussehende schwarze Auto Anemo II macht zwar auf der Rennstrecke kaum Punkte, ist dafür aber der Design Gewinner 2010.

Neu dabei ist ein britisches Team der Bristol University. Das einfach Bristol genannte Fahrzeug ist das einzige mit einem elektrischen Konzept.

Außerdem hat das solide aussehende Auto zwei Turbinen, die ihre elektrische Leistung an vier langsame drehende Motoren weitergeben, welche die Räder bewegen.

Aus Dänemark beteiligt sich wieder das winDTUrbinracer-Team der Technischen Universität von Dänemark, das gleichzeitig auch die Organisation des Wind-Turbinen-Rennens übernimmt und mit zwei Fahrzeugen an den Start geht, den winDTUrbineracer 1 und 2, die ja schon Dauerteilnehmer sind.

Die übrigen drei Teams kommen aus Deutschland. Zum einen von der Fachhochschule Flensburg, die mit dem kleinsten Auto an der Veranstaltung teilnimmt, das aufgrund seines 6-Blatt-Rotors aus Holz ziemlich schlicht wirkt – dafür aber Gustav Winkler heißt.

Das Team InVentus der Universität Stuttgart tritt mit einem atemberaubenden roten Ventomoblie Renner an, der mit verbesserter Aerodynamik und optimiertem Übertragungssystem versuchen soll, an den Erfolg von vor zwei Jahren anzuknüpfen – was aber nicht gelingt.

Den 2. Platz erringt nämlich das Team der Fachhochschule Kiel um Prof. Alois Schaffarczyk, das nach dem Ausfall im vergangenen Jahr ebenfalls eine komplett neues Fahrzeug gebaut hat, den Baltic Thunder III, der besonders einfach und funktional sein soll.

Die öffentliche Resonanz im Jahr 2008, 2009 und 2010 ist enorm. Einige Teams bringen eigene Film-Crews ihrer nationalen Fernsehanstalten mit, ebenso wie auch mehrere lokale Fernsehstationen über das Ereignis berichten. Das niederländische staatliche Fernsehen widmet der Veranstaltung in jedem Jahr zur besten Sendezeit während der nationalen Abendnachrichten sogar Berichte von mehreren Minuten Länge.


Aufgrund des Sponsoring fanden das Rennen 2009 und 2010 am Flughafen Staunings in Dänemark statt, während es ab 2011 und bis auf weiteres wieder von der WEE im niederländischen Den Helder veranstaltet wird.

Rennen 2011

Rennen 2011

Auch in diesem Jahr, in dem vom 17. - 21. August 2011 das bereits vierte Rennen stattfindet, gibt es neben den ,üblichen Verdächtigen’ auch neue Teilnehmer, die das erste Mal mitmachen. Dies sind die Kunstuniversität Linz, die École de technologie supérieure in Montréal (ÉTS), Kanada (Chinook), sowie die türkische Yildiz Technical University in Istanbul (SAWE). Es werden auch neue Teilnehmer aus Südafrika und Indien erwartet, doch daraus wird nichts.

Aus Dänemark sind die Technische Universität von Dänemark (DTU), die bereits mit drei Ausführungen des Spirit of Amsterdam auftreten, sowie die Aarhus University mit dabei, aus den Niederlanden die HVA Amsterdam sowie die Inholland Delft University (Anemo II und III), aus Großbritannien die University of Bristol, und aus Deutschland die Fachhochschule Kiel, die Hochschule Emden/Leer und die Universität Stuttgart. Interessantester Sponsor der Veranstaltung ist in diesem Jahr der Rugby Club Den Helder.

Den 1. Platz macht die DTU, gefolgt von dem Newcomer Chinook aus Kanada und dem deutschen Baltic Thunder III an dritter Stelle.

Hinzuweisen ist besonders auf den Wagen der Kunstuniversität Linz, der von einem Team um Roland Ruf im Rahmen dessen Diplomarbeit entwickelt und gebaut wird, denn es handelt sich um einen Senkrechtachser, der windrichtungsunabhängig ist und schon bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten anläuft.

Mit Null Punkten schafft es das ohne Fahrer ca. 90 kg schwere, 4 m lange, 2 m breite und 3,5 m hohe Fahrzeug allerdings nur auf den letzten Platz (vermutlich wegen Problemen mit dem Getriebe), obwohl es bei den Testfahrten zuvor sowohl gegen den Wind als auch seitlich und von hinten angeströmt gut funktioniert hatte. Dabei waren auch verschiedene auswechselbare Rotortypen mit vertikaler Drehachse getestet worden (Savonius-Rotor, Darrieus-Rotor, Lenz-Rotor). Zum Einsatz kommt letztlich ein dreistufiger (Benesh) Savonius mit 1,8 m Durchmesser und 2,2 m Höhe.

Chinook

Chinook

Das Rennen 2012 startet ebenfalls im niederländischen Den Helder und findet vom 22. - 25. August statt, mit neun Gegenwindfahrzeugen sowie neuen Regeln und Vorschriften. Diesmal erringt der Chinook der ÉTS Kanada den 1., und die DTU Dänemark den 2. Platz, während der Baltic Thunder wiederum den 3. Platz belegt.

Dabei stellt das Team der dänischen Technischen Universität mit 74,5 % einen neuen Weltrekord auf. Die einhundert Prozent liegen aber immer noch in einiger Ferne.


Im Jahr 2013 läuft das Aeolus-Rennen vom 22. - 24. August – mit zehn studentischen Teams von zwölf Universitäten aus den Ländern Holland (4), Deutschland (3), Türkei (1), Dänemark (1) und Kanada (1). Da mehrere Teams mit mehr als einem Fahrzeug starten, gehen diesmal insgesamt 17 Fahrzeuge an den Start.

Der diesjährige Sieger ist ein neuer Teilnehmer aus den Niederlanden, das Broers Multiservice Racing Team aus Schagerbrug mit ihrem TurboTwin, der – wie der Name schon sagt – mit zwei Rotoren ausstaffiert ist, was sich damit nachweislich als sinnvoll erweist, auch wenn nur 54,2 % erreicht werden. Die Erfahrungen des Teams resultieren aus der mehrjährigen Zusammenarbeit mit dem ECN und der Universität von Amsterdam.

Auf den 2. Platz kommt das Team der Universität Stuttgart (InVentus), das mit drei Windwagen angetreten ist, während das Delfter Team-Anemo-Rootbox aus den Niederlanden mit seinem Anemo 4 auf die 3. Stufe des Siegertreppchens steigen darf. Ein weiteres Fahrzeug des Teams belegt den 9. Platz (Anemo 5).

Die früheren Gewinner Spirit of Amsterdam 2 und 1 kommen auf den 4. und 8. Platz, derweil der Sieger des Vorjahres, der Chinook aus Kanada, aufgrund technischer Probleme mit Rang 5 vorlieb nehmen muß. Immerhin gelingt dem Team mit einem Ertrag von 82,6 % ein neuer Weltrekord.

Die Positionen der anderen, hier noch nicht genannten, Teilnehmer lauten: Baltic Thunder (6.), Hochschule  Emden-Leer (7.), DTU (10.), Anemo High Voltage aus den Niederlanden (11.) - wobei es sich um ein Team der Inholland Alkmaar Universität handelt, das zum ersten Mal mit einem früheren Fahrzeug der Universität Delft teilnimmt, das nun neu aufgebaut wurde. Position 12. belegt das Team Bora ++ aus der Türkei, während sich ein zweites türkisches Team der Yildiz Technical University zwar anmeldet, dann aber doch nicht teilnehmen kann.


Und warum soll das Buch der Synergie nicht auch einmal aktuell sein? Daher gibt es nun schon ganz frisch die Ergebnisse des Aeolus-Race 2014, das vom 21 – 23. August im niederländischen Den Helder läuft... denn es ist wirklich peinlich und bedauerlich, daß in der deutschen Mainstream-Presse kaum über diese interessanten Wettbewerbe berichtet wird. Unter dem Stichwort Aeolus findet man hierzulande statt dessen ein Errichterschiff des niederländische Unternehmens Van Oord für den Bau von Offshore-Windparks, die Earth Explorer Atmospheric Dynamics Mission (ADM-Aeolus) zur globalen Beobachtung von Windprofilen aus dem Weltraum, Aeolus Reifen, sowie einen jährlichen Aeolus-Bläserwettbewerb... nun ja.

Zu der Ventomobil-Weltmeisterschaft haben sich diesmal 11 Teams aus fünf Nationen angemeldet, es beteiligen sich allerdings nur neun Fahrzeuge.

Den Sieg holt sich, trotz anfänglicher Sensorikprobleme, das Chinook-Team aus Kanada, dessen Fahrzeug seine überlegene Rumpfaerodynamik beweist. Damit gelingt auch ein neuer Weltrekord von 96,91 %. Was natürlich die Erwartungen hochschraubt, daß die magische Grenze von 1 schon im kommenden Jahr 2015 durchbrochen wird.

Das Team InVentus aus Stuttgart kommt auf den zweiten Platz, während den dritten Platz das Team Baltic Thunder aus Kiel belegt.

Überschattet wird die Veranstaltung von der Nachricht, daß Gerard Broers, der Sieger von 2013, in diesem Jahr aufgrund eines tragischen Unfalls verstarb. Racing Aeolus ehrt ihn mit dem neuen Gerard-Broers-Innovationspreis, der diesmal ebenfalls an das Chinook-Team geht. 


Rotorboot von Blackford

Rotorboot von Blackford

Der Physiker Brad Blackford aus Halifax in Nova Scotia, Kanada, den die Windkraft schon seit Jahrzehnten fasziniert, kommt im Mai 2012 in die Presse, nachdem er im Laufe von 7 Jahren verschiedene Katamaran-Rümpfe mit Windmühlen ausgestattet hatte, bis er nun eine zufriedenstellende Ausführung vorstellen kann.

Diese ist mit einem 4-Blatt-Rotor ausgerüstet, dessen jeweils 2,7 m lange Blätter aus mit GFK verkleidetem Schaum bestehen.

Die ganze Windmühle kann sich um 360° drehen, unabhängig von der Fahrtrichtung des Bootes.

Eine Tragfläche unterhalb der Wasserlinie hebt das Boot während der Vorwärtsbewegung aus dem Wasser und erlaubt es, gerade in den Wind hinein zu fahren.

Von der Windgeschwindigkeit werden 50 % geerntet, womit das Boot 8 Knoten in den Wind und 12 Knoten in Windrichtung schafft.

 

Weiter mit den propellerbetriebenen Fahrzeugen...