TEIL C

Vertikalachsen-Rotoren

Der Darrieus-Rotor (V)

In Frankreich, dem Heimatland des Erfinders, wird erst in den frühen 1980er Jahren ein abgespannter 3-Blatt-Darrieus entwickelt, und dies ausgerechnet durch das Centre d’Étude Nucléaire de Grenoble (CENG).

Die erste 5 kW Windkraftanlage D 5 mit einem Durchmesser von 5 m wird im April 1984 zur Prüfung am Centre d’Essais Eoliens de Lannion (CNEEL) in Trebeurden installiert.

Anderen Quellen zufolge handelt es sich bei der ersten Anlage um das Modell D 10-1, das im August 1986 an einen weiteren Windkraft-Teststandort im südfranzösischen Lastours, Aude, versetzt wird.

Dieses Modell soll identisch sein mit der zweiten Windkraftanlage, mit welcher im Herbst 1986 die Forschungsstation Martin de Viviès auf der ansonsten unbewohnten Amsterdam-Insel im südlichen Indischen Ozean ausgestattet wird, die politisch zum französischen Überseeterritorium Terres australes et antarctiques françaises (TAAF) gehört.

Die Implementation dieser ebenfalls am CENG konstruierten Anlage erfolgt im Rahmen eines Energie-Demonstrationsprojekts, das von der Kommission der Europäischen Gemeinschaften (später: Europäischen Kommission) und der Agence française pour la maîtrise de l’énergie (AFME) in Paris unterstützt wird.

Der 20 m hohe Darrieus D 10-2 mit Blättern aus extrudiertem Aluminium hat einen Durchmesser von 10 m und ist mit 2 Asynchron-Generatoren von 11 kW und 18,5 kW ausgestattet, von denen einer auch als Startermotor fungiert.

Die Anlage wird im Dezember an das Stromnetzes der Basis, in der rund 30 Menschen arbeiten, angeschlossen und soll bei 13,5 m/s eine Leistung von 30 kW erbringen, mit 36 kW Spitze. Aufgrund des erheblichen Windaufkommens an dem Standort wird erwartet, den Dieselverbrauch der 120 kW Generatoren der Basis um bis zu 17 % senken zu können.

Wie wichtig das ist wird klar, wenn man die Schwierigkeiten bei der Beschaffung des Treibstoffs  berücksichtigt, ist die Amsterdam-Insel doch 2.880 km von der Insel La Réunion entfernt, die wiederum knapp 700 km östlich von Madagaskar liegt.

Das Jahr 1987 über läuft die Anlage mit verringerter Leistung, da es Probleme mit dem Bremssystem gibt. Diese werden im Dezember durch den Einbau einer verbesserten Version nebst einer Notbremse behoben. Anschließend wird ein Tagesertrag von rund 400 kWh gemessen.

Bislang habe ich noch nicht herausgefunden, was aus diesem Demonstrationsprojekt weiter geworden ist. Auf der abgebildeten Postkarte mit dem Rotor in der Französischen Antarktis ist auch die Briefmarke aus dem Jahr 1988 zu sehen, mit welcher die Darrieus-Technologie gefeiert wird – und damit auch ihr französischer Erfinder.

Neues Interesse an Darrieus-Rotoren ist erst wieder im Jahr 2006 festzustellen, als die Firma Nénuphar in Lille mit dem Ziel gegründet wird, ein neues Konzept schwimmender Multi-MW Windkraftanlagen zu gestalten, die speziell für Anwendungen in tiefem Wasser optimiert sind.

Nénuphar entwickelt unter dem Namen Vertiwind (auch: Vertifloat) eine eigene Architektur sowie eine Blattfertigungs-Technologie, außerdem lassen sich die Luftfahrtingenieure, Erfinder und Firmengründer Frédéric Silvert und Charles Smadja ein Konzept der schwimmenden Windparks patentieren (FR-Nr. 0609204 von 2006, vgl. DE-Nr. 602007009279, angemeldet 2007, erteilt 2010, wegen Nichtzahlung der Jahresgebühr 2011 erloschen). Anfangs geht man von einem spiraligen Rotor aus - um später zu einem einfacheren H-Design zu wechseln.

2007 wird eine technische Partnerschaft mit ENSAM, ONERA, INSA de Rennes und Oceanide geschlossen – und 2008 eine Machbarkeitsstudie beendet. Gleichzeitig wird mit der Entwicklung eines Prototyps begonnen.

Nachdem das schwimmende Modell einer horizontalen Windkraftanlage in einem Windkanal getestet worden ist, wird 2009 eine Partnerschaft mit dem Anlagenbau-Unternehmen Technip S.A. und der EDF Energies Nouvelles geschlossen, einem Unternehmen des Stromversorgers Électricité de France. Als Finanzpartner wird Nénuphar von ID Invest Partners, OSEO, FEDER, Eurogia+ und ADEME unterstützt. Bis zu diesem Zeitpunkt sind rund 1 Mio. € in das Projekt investiert worden.

Die Technip, die sich zuvor an der Konzeption und Entwicklung einer schwimmenden Struktur für die schwimmenden Hywind-Windturbinen in Norwegen beteiligt hatte, soll nun auch die Schwimmer, das Verankerungssystem und die Verkabelung der Vertiwind-Anlagen entwickeln, und außerdem die Vor-Ort-Installation der Geräte durchführen.

Installiert werden sollen die Anlagen in einer Wassertiefe von mehr als 50 m, weit weg von malerischen Küsten und Schifffahrtsrouten, aber immer noch nahe genug an der Küste. Die Rotoren benötigen kein Gier- oder Verstellsystem, kein Getriebe und keine komplexe Blattgeometrie. Auch für große Schwimmer mit Ballast besteht keine Notwendigkeit mehr, und die schwimmende Vertiwind-Struktur aus zylindrischen Stahlsäulen in einer sechseckigen Betonplatte kann inklusive Turbine  komplett am Kai hergestellt und in Betrieb genommen werden.

Das Unternehmen rechnet daher mit um 30 % geringeren Investitions- und Betriebskosten im Vergleich zu Wettbewerbslösungen. Außerdem geht die Lieferung und Installation der schwimmenden Windparks viel schneller.

Die Vertiwind-Anlage auf drei Halbtaucher-Säulen ist 100 m hoch, plaziert aber den Permanentmagnet-Generator (von Alstom/Converteam), der alleine schon rund 50 t wiegt, in einer versiegelten Röhre unter den Rotorblättern – und zwar nur gut 20 m über dem Meeresspiegel. Dies sorgt für ein geringeres Gewicht im oberen Bereich der Turbine, mit dem Ergebnis, daß der Schwimmkörper deutlich kleiner ausfällt und nur rund 9 m unter die Meeresoberfläche reicht. Ein weiterer Vorteil ist, daß der niedrige Schwerpunkt die Maschine stabiler macht und auch die Kreiselwirkungen minimiert. Der Darrieus-Rotor des Prototyps wird einen Durchmesser von 50 m haben, mit drei 70 m langen Blättern, die um 120° angewinkelt sind. Für diese hat Nénuphar bereits eine Composite-Blade-Technologie im Monoblock-Design entwickelt.

Anfang 2009 wird der 35 kW Prototyp, der in den Labors der Kunstgewerbeschule in Lille gebaut wurde, am Versuchsstandort Carrières du Boulonnais in der Nähe der Stadt Boulogne-sur-Mer aufgestellt, wo er nun landbasierten Tests unterzogen und auf Herz und Nieren geprüft werden soll. Der Prototyp im Maßstab 1:10 ist 12 m hoch und besitzt 7 m lange Blätter, die einen Rotor mit einem Durchmesser von 6 m bilden, der für hohe Drehgeschwindigkeiten ausgelegt ist. Mit dem Getriebe verbunden ist der Rotor, dessen Welle mit zwei Lagern in dem geschlossenen Mast geführt wird, über eine elastische Kupplung. Dazu gibt es ein ausfallsicheres Notfall-Bremssystem.

Der Basis des Prototyps besitzt einen Kippmechanismus, der es ermöglicht, die Turbine auch in schiefer Form zu betreiben, wie es als schwimmende Offshore-VAWT der Fall sein wird, wobei sich die Turbinenachse bis zu 15° neigen läßt. Außerdem kann die Basis harmonische Drehbewegungen und Beschleunigungen simulieren, welche die Offshore-Umgebung widerspiegeln.

Im Laufe des Jahres 2010 erhält das Unternehmen 3 Mio. € Investitionskapital sowie einen Zuschuß in Höhe von 7 Mio. € aus dem ,Investitionen für die Zukunft-Programm’, das von der französischen Umwelt- und Energieagentur gefördert wird. Das Gesamtbudget des Projektes wird von Technip auf 40 Mio. € beziffert.

Im Januar 2011 meldet die Presse, daß als nächster Schritt der Prototyp im Folgejahr in Gewässern in Nähe der Côte d'Azur installiert werden soll. Als neue Projektpartner sind inzwischen die Unternehmen Converteam, Oceanide und Seal Engineering, das ISITV, das öffentliche Forschung-, Innovations- und Ausbildungszentrum IFP Energies nouvelles, das  Maschinenbauinstitut Arts et Métiers ParisTech, sowie die Klassifizierungsgesellschaft Bureau Veritas dazugekommen.

Technip und Nénuphar wollen bis 2013 zwei 2 MW Vertiwind-Anlagen in voller Größe bauen und testen – die eine an Land und die andere offshore –, was 28 Mio. $ kosten soll. Die Produktionsaufnahme ist dann ab 2014 vorgesehen.

Nachdem der Prototyp das Jahr 2011 über bei Vollast läuft, und dabei bei 4 m/s anläuft und erst bei mehr als 25 m/s gebremst werden muß, wird im Januar 2012 gemeldet, daß der Bau des 2 MW Onshore-Prototyps noch in diesem Sommer im Süden Frankreichs beginnen wird. Den Behörden wird ein Antrag vorgelegt, um die Anlage anschließend ca. 5 km vor der Küste der Stadt Fos-sur-Mer in 85 m Wassertiefe zu installieren, wo Winde mit 43 m/s und 7 m hohe Wellen keine Seltenheit sind.

Im April 2012 ist zu erfahren, daß die Technip, die sich zunehmend auf den Offshore-Windbereich konzentriert, zwischenzeitlich den britischen Offshore-Anlagen-Auftragnehmer Subocean übernommen hat, und im Juni versammeln sich die zehn Partner aus den sechs europäischen Ländern in Paris, um dem Forschungsprojekt mit einem neuen Namen neues Leben einzuhauchen. Im Zuge des Demonstrationsprojekts INFLOW (INdustrialization setup of a FLoating Offshore Wind turbine) sollen unter der Leitung von Technip bis zum Jahr 2015 insgesamt 13 Anlagen in voller Größe mit einer Gesamtkapazität von 26 MW in Betrieb gehen (VertiMed-Projekt).  Vertiwind und Vertifloat werden in diesem Zusammenhang als Vorgängerprojekte bezeichnet – wöhrend die neue Projektseite interessanterweise am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) gehostet wird.

Tatsächlich geraten alle diese Pläne im Dezember 2012 jedoch ins Stocken – ohne daß bislang mehr als ein Stumpf der Basis gebaut worden ist. Schuld daran ist in erster Linie das langwierige Genehmigungsverfahren für ein Offshore-Testfeld im Mittelmeer.

Zwar starten im März 2013 Prüfungen der ersten Generation der Blätter, doch im Juni werden weitere Verzögerungen gemeldet. Nun hofft man, die Zulassung bis Mitte 2014 zu erhalten, um die Turbine dann Mitte 2015 zu installieren. Im September findet im spanischen Bilbao das zweite Treffen der Projektpartner statt, bei dem das 26 MW Projekt auf Ende 2016 verschoben wird.

Nénuphar macht derweil weiter für seine Vertiwind-Anlage Werbung, und vergibt die Vermarktungsrechte für die gesamte Pazifikküste Lateinamerikas, von Panama nach Chile, an das französische industrielle Beratungsbüro für Umweltfragen EURL MP in Roubaix und dessen 2013 gegründete Tochtergesellschaft MP Andina SPA in Santiago de Chile. Vertiwind-Anlagen sollen bereits mit einer Nennleistung von 2,5 MW existieren, während Einheiten von 6 MW in der Entwicklung sind.

Im Januar 2006 wird in Équihen-Plage, in der Nähe von Calais, auf dem Dach des Wohngebäudes Résidence Grand Air die erste städtische Windkraftanlage des Landes installiert.

Die verantwortliche Firma H2 Développement, ein Unternehmen zur Erforschung und Installation von innovativen Projekten, wählt dafür einen Rotor der niederländischen Firma Windwall BV (s.u.), da es keine nationalen Produkte gibt.

Die horizontale 6 kW Darrieus-Anlage besteht aus zwei 5 m langen und 2,8 m durchmessenden Rotoren, deren Installation einfach ist, da sie auf Betonblöcken auf der Dachterrasse sitzen. Der gesamte Mechanismus ist sehr einfach, die keine Nachführung erforderlich ist, bequem zugänglich und leicht (Kohlefaserblätter,  langsame Drehgeschwindigkeit).

Nun soll die Anlagenleistung 12 Monate lang dokumentiert und anschließend analysiert werden. Erwartet werden 7.000 – 8.000 kWh pro Jahr. Statt jedoch ans Netz angeschlossen zu werden, wird der Rotor schon bald wegen technischer Mängel gestoppt.

2008 beantragt ein gewisser Pierre Benhaim ein Patent, bei dem es sich um das bislang größte Konzept zur Umsetzung von Darrieus-Rotoren handelt – denn diese sollen waagrecht zwischen Hochhäusern sowie zwischen den Flanken von Bergtälern installiert werden.

Auch wenn die strukturellen und bautechnischen Anforderungen eines solchen Projektes gewaltig sind, verdient die Idee trotzdem eine nähere Analyse, da sich an den genannten Installationsorten bekanntlich besonders starke Winde entwickeln.

Außer einigen Grafiken und Fotomontagen gibt es m.W. bislang aber noch keine Tests oder gar Umsetzungen. Vermutlich wird erst im fernen Osten jemand den Mut haben, sich an diese Herausforderung zu wagen...

Eine näherliegende – und natürlich auch viel einfachere – Umsetzung verfolgt das Pariser Unternehmen Windela SA, das mit einer Savonius/Darrieus-Kombination samt PV-Paneel LED-Straßenlampen autonom mit Strom versorgen will, die gleichzeitig auch als Wi-Fi-Relais agieren sollen.

Unter dem Namen Windela 600 (o. Windelux) wird ein Modell mit 6 Savonius-Halbzylindern und 3 Darrieus-Blättern angeboten (1,2 m Durchmesser, 1,4 m Höhe, Gewicht 40 bzw. 50 kg), das je nach Windgeschwindigkeit einen 48 V Drehstrom von 100 – 700 W abgeben kann. Die Technik ist so gut wie identisch mit der anderer Länder, wie sie uns schon weiter oben begegnet ist.

Auch die LED-Leuchtmittel selbst werden von dem Unternehmen weiterentwickelt, das dabei eine modulare Bauweise verfolgt, die eine leicht anpaßbare Ausleuchtung erlaubt.

Sieben Windelux werden in Bouvron, zwei vor dem l’Oréal-Forschungszentrum in Chevilly Larue, und einer in Vitry sur Seine errichtet. Im Januar 2009 werden auch in England zwei Stück installiert, und zwar auf dem Parkhaus der Colchester station in Essex.

Das hybride Straßenlicht gewinnt auch den erstmals verliehenen ,2009 Rethink award’ für junge und innovative Start-Ups, den die School of Commerce and Management HEC in Partnerschaft mit Les Ateliers de la Terre und USHUAIA TV verleiht.

Nun soll die Serienproduktion im Industriepark Brive-la-Gaillarde in Malemort, in der Region Corrèze, aufgenommen werden. Leider ließ sich bislang nicht bestätigen, daß das Unternehmen auch nach 2009 weiter aktiv blieb.

Eine weitere französische Firma, die einen Senkrechtachser anbietet, ist die Ende 2007 von Alain Burlot gegründete Apple-wind S.A.S., die schon 2008 ihren ersten Prototypen namens AW 12.5 öffentlich präsentiert.

Grundlage sind zwei Patente sowie 6 Jahre Entwicklungsarbeit in Kooperation mit verschiedenen Forschungszentren wie dem ENSM Douai (Laboratory for Industrial Energy Systems), dem Laboratory of Electricity and power electronics der École Centrale de Lille sowie dem Polytechnikum von Lille.

2009 sollen die mit drei geraden Blättern versehenen Windkraftanlagen, die doppelt so effizient sein sollen wie „vergleichbare Rotoren“, in drei verschiedenen Größen angeboten werden – neben dem genannten Modell werden dies eine AW 2.2 und eine AW 128 (mit Magnetlager) sein. Charakteristisch ist der modulare Aufbau ohne zentralen Mast, der das Zusammenklappen und den leichte Transport des Rotors erlaubt.

Tatsächlich werden Anfang 2010 auf der Homepage des Unternehmens schon vier Modelle angeboten: Eine Kleinversion AW 2.6, die für die Dachmontage geeignet ist und 1 kW leistet (Blattlänge 1,3 m, Gesamthöhe 1,8 m, Durchmesser 2 m), ein 7 kW Modell AW 15 (Blattlänge 3 m, Gesamthöhe 5 m, Durchmesser 5 m), eine 30 kW Anlage AW 54 (Blattlänge 5,7 m, Gesamthöhe 7,7 m, Durchmesser 9,5 m) sowie ein 100 kW System AW 144 (Blattlänge 9,3 m, Gesamthöhe 11,3 m, Durchmesser 15,5 m). Einen Grund für diese verwirrenden Typenbezeichnungen habe ich nicht herausfinden können. Später werden sie etwas vereinfacht.

Im Laufe des Jahres sollen die ersten 300 Stück produziert werden, wobei pro installierten kW mit einem Preis von 2.000 € gerechnet wird. Es soll bereits 150 Vorbestellungen geben. Ob dies auch geschehen ist, weiß ich auch nicht, fest steht nur, daß ab 2011 Marion and Alexandre Hoffman als Besitzer der Firma auftreten, von denen zumindest ein Bild bei der Inbetriebnahme einer AW 10 Anlage zu sehen ist. Denn auch dieses Unternehmen scheint es inzwischen nicht mehr zu geben.

Viel Presse bekommen die neuen Designs Revolutionair von Philippe Starck, die dieser nach zweijähriger Entwicklungszeit im Januar 2010 vorstellt. Produziert werden die äußerst freizügig abgewandelten Darrieus-Rotoren von der italienischen Firma Pramac in der toskanischen Stadt Siena, einem Hersteller von Stromgeneratoren.

Das ursprüngliche Design hatte Starck bereits im Mai 2008 auf der Greenergy Design Exhibition in Mailand gezeigt, doch damals wurde von der Entwicklung einer günstigen Kleinwindanlage gesprochen, die zu einem Preis von rund 400 € verkauft werden sollte. Davon ist später jedoch keine Rede mehr.

Bei dem einen der neuen Modelle handelt es sich um die viereckige WT 400 W mit einer Höhe von 90 cm, einer Ausgangsleistung von 400 W und einem Preis von rund 2.500 €, während die andere Version als spiralförmige (helicoidal) 1KW WT bezeichnet wird, 145 cm hoch ist, ca. 3.500 € kostet und bei einer Windgeschwindigkeit von 14 m/s nominal 1 kW erzeugen soll.

Beide Rotormodelle werden auf Stangen von 1 m, 3 m oder 6 m Höhe installiert, und sind zum Aufstellen im Garten oder auf dem Dach konzipiert. Die Installation kostet weitere 1.000 € - 2.000 €.

Den Vertrieb soll ab Juni 2010 die Firma Windeo Green Future Group übernehmen, ein Spezialist für kleine Windkraftanlagen.

Zum Start bietet Windeo für Pilotkunden 100 Windenergieanlagen des 1 kW Modells Pramac by Starck samt Installation zu einem Preis von 7.500 € netto an. Dieser unverhältnismäßig hohe Preis wird allerdings durch eine 50 %-ige Steuergutschrift abgefangen (bis zu einer Obergrenze von 8.000 € für Alleinstehende und 16.000 € für Paare... aber leider nur in Frankreich!).

Es dauert aber nicht lange, bis die Rotoren wieder verschwinden, auch die Pramac stellt sie nicht mehr her. Ob sie jemals eine vernünftige Leistung erbracht haben, ist leider nicht herauszufinden.

Ein weiteres, in meinen Augen noch besser gelungenes Design stammt von Maximilien Petitgenet und Abdennour Rahmani, zwei jungen Ingenieuren der Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique (ENSMA).

Die Nov’éolienne ist die erste Entwicklung ihrer Start-Up-Firma Noveol in Chasseneuil-du-Poitou, die direkt im Freizeitpark Futuroscope der ENSMA angesiedelt sein soll. Der Senkrechtachser ist als effiziente, leise und umweltfreundliche Windkraftanlage konzipiert.

Neben der ästhetischen Seite (man kann die Farbe selber wählen) ist die umweltfreundliche Ausführung zu betonen – denn zum größten Teil besteht die Anlage aus recyclingfähigem Material. Die 2 kW Turbine mit 1,7 m Durchmesser startet selbständig bei einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s, und eine Elektronik paßt die Rotorblätter automatisch dem Windaufkommen an.

Die Anlage für rund 15.000 € soll bis zu 3.500 kWh pro Jahr produzieren, was zwischen 60  % und 80 % des durchschnittlichen Verbrauchs privater Haushalte ohne Heizung abdecken würde. Die Herstellung soll im Laufe des Jahres 2010 starten. Ein größeres Modul mit 6 kW Leistung soll ebenfalls entwickelt werden, das man dann für etwa 25.000 € auf den Markt bringen möchte.

Auf der Energaia in Montpellier im Dezember 2009 erhält der verspielte Darrieus auf Anhieb einen Innovationspreis, was dann aber auch schon das Ende der Leiter gewesen zu sein scheint, denn mehr hört man nicht mehr über die Firma.

 

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