Eine technische Herausforderung für Windenergieanlagen (WEA) sind  immer noch die stark variierende Drehgeschwindigkeit des Windrades, das stark variierende Drehmoment, die Lastspitzen und der Anlauf. Nicht nur enorm, sondern auch störanfällig und kostenintensiv ist nach momentanen Stand der Technik  der Aufwand,  um am Ende eine  minimal schwankende Frequenz des Stromes zu erhalten. Dem Ziel sich den Windverhältnissen optimal an zu passen, kommt man zwar immer näher, aber das hat auch seinen Preis.  So sucht manweiterhin nach Lösungen, die bei jeden Windverhältnissen die maximalste Energieernte garantieren, die gutmütig Lastsprünge auffangen und dazu hohe Ãœberlastsicherheit bieten. Dazu soll alles noch bezahlbar sein.

Ein hydraulischer Hybrid, Hydrostatik in Kombination mit Hydrodynamik,  bringt die Lösung:

Gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU),  wird am Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen ein hydrostatisches Getriebe mit Öl für Windkraftwerke entwickelt und dieses soll das mechanische Getriebe und  den Frequenzwandler überflüssig machen. Entsprechende Information finden Sie im Internet  unter den Suchbegriffen: " Hydrostatischer Antriebstrang  Windenergieanlagen". Die umfangreichste Information haben wir ausgemacht  unter dem PDF ( Wir vermeiden www. um nicht zu verlinken) :" forwind.de/forwind/files/WiTa2009/5A_Meesenburg.pdf "

In Kurzform die über Internet zugängliche Information:  Umgesetzt werden soll  ein Patent, das auf einen Kaskaden - Triebstrang setzt.  Hydrauliköl, das von einer Hochdruckradialpumpe, die direkt an das Windrad gekoppelt ist, auf Druck gebracht wird, treibt eine Kaskade von verstellbaren Hydromotoren an, die mit der Generatorwelle verbunden sind. Die Steuerung  erfolgt durch Elektronik und Pneumatik. Schauen Sie bitte aber selbst im Internt nach, dort finden Sie genauere Beschreibung mit Zeichnungen.

Weiterhin auf einer Kobination von Getriebe und Ölhydraulik basiert das mechatronischen Antriebssystem WinDrive des Hermes Award Preisträgers 2009 Voith Turbo. Erprobt bereits bei Traktoren.

Ohne öffentliche Förderung arbeiten wir als Italienisches Unternehmen an einem Projekt, das nicht Hydostatik allein vorsieht,  sondern zusätzlich auch die Hydrodynamik,  und  zusätzlich als Druckmedium Wasser an Stelle von Öl  , also Wasser wie es aus der Leitung kommt, ohne Zusätze.  Der Anstoß für das Projekt ging  von einem bereits laufenden  Projekt aus, das die Entsalzung durch erneuerbare Energie zum Inhalt hat.  Dessen Projektinhalt ist leicht erklärt: Es ein technischer Nonsens für Ensalzungsanlagen mit Windenergieanlagen zuerst Strom zu erzeugen um dann damit Elektromotoren an zu treiben, die dann mittels Kolbenpumpen das Meerwasser auf den für die Umkehrosmose notwendigen Druck von 80 bar bringen. Wesentlich eleganter ist es doch wohl, Kolbenpumpen direkt mit die Windrädern zu koppeln. Nur müssen diese Kolbenpumpen stufenlos verstellbar sein, und daran arbeiten wir. Der Anlass zur  Projekterweiterung  kam, als wir durch den Artikel "Windkraftbranche bekommt zusätzlichen Antrieb" in den VDI-nachrichten Nummer 37 vom 17. September 2010   regelrecht aufgeschreckt wurden, denn uns wurde unverzüglich bewusst, dass wir, ohne zuvor daran gedacht zu haben,   eine Entwicklung angestoßen haben, die der gesamten Windenergiebranche neue Impulse geben könnte, immer anknüpfend an unsere  Vorleistung für Entsalzungsanlagen, dann aber einfach nur weiter gedacht.

Was sich ergibt, wenn man weiter denkt:

Blicken wir wir zuerst auf die Pumptechnik:

Hydostatisch sind, weil Verdrängerpumpen, sei es  die mit dem Windrad  gekoppelte Pumpe beim Projekt  der RWTH Aachen, sei es unsere stufenlose Kolbenpumpe, auch wenn sie  Wasser statt  Öl auf Druck bringt.

Blicken wir nun auf die Motorenseite des Triebstrangs:

Hydrostatisch ist weiterhin  die  Kaskade von Ölmotoren der RWTH Aachen, hydrodynaisch hingegen  ist unser  Gegenvorschlag  mit einer einzigen Peltonturbine, also einer Generatormaschine die wohl weitaus die kostengünstige  und einfachste Energieumwandlung bietet, die man kennt.  Seit weit über 100 Jahren erprobt und dazu mit  einer Lebenserwartung  die kaum geringerer ist, wenn nicht gar höher. Dazu kommt ein minimaler Wartungsaufwand, und die Regelung erfolgt einfach durch Verstellung der Düsen  mit  höchster Genauigkeit und kürzester Ansprechzeit. Der Wirkungsgrad liegt nahe 90 %, und das Teillastverhalten ist sehr günstig, bereits bei ca. 30 % der Nennleistung wird der maximale spezifische Wirkungsgrad erreicht. Eine Peltonturbine ist überaus gutmütig und dreht immer noch in der erforderlichen Drehzahl, auch wenn die Wassermenge auf  weit unter 10 % herab sinkt. Zur Gänze unempfindlich ist die Peltonturbine auch  wenn das Wasser nur in Stößen kommt, und diese Eigenschaft bringt einen großen Freiraum  bei der Wahl der Kolbenpumpen.  An solchen Kolbenpumpen arbeiten wir.

Versuchen wir nun, nach zu vollziehen, was  IFAS zur Wahl der Kaskadenlösung geführt hat:

Vorweg, es handelt sich um unsere Vermutungen und wir behaupten hier nichts.

Eine Recherche in all den Veröffentlichungen  bekannter Institute und Hochschulen, also nicht nur in den Veröffentlichungen des IFAS, die sich mit Hydraulik befassen,  ergibt, dass  Klarwasserhydraulik zur Gänze zu Gunsten der Ölhydrauliklobby vernachlässigt wurde und wird.  So dürften auch IFAS die Voraussetzungen fehlen, um die Klarwasserhydraulik in Betracht zu ziehen und man ist in eine regelrechte Falle getappt, gestellt von der Ölhydraulik. Da braucht man sich auch nicht zu wundern, wenn, um sich zu rechtfertigen und zu kaschieren, dass man keine Ahnung hat, Vorurteile geschürt werden und die Klarwasserhydraulik  als unbezahlbare und nur für sehr beschränkte Anwendung tauglich abgewertet wird.  Als Beispiel nur  eines der Argumente der Ölfrekas,  dem wir immer wieder begegnen: " Weil Wasser nicht schmiert, ist keine brauchbare Lebenserwartung zu erwarten"

Wir halten dagegen:

Zum Argument unbezahlbar:  Sie finden im Markt keinen ölhydraulische Holzspalter der zum ähnlichen Preis gleiche Leistung bringt. Warum, haben wir auf unseren Seiten zur  Klarwasserhydraulik genau beschrieben.

Zum Argument der fehlenden Langlebigkeit: In Hochhäusern pumpen Kolbenpumen  Wasser in die Höhe, und diese laufen Tag und Nacht. Reichliche Erfahrungswerte für Langlebigkeit bringen  Hochdruckreiniger für den industriellen Einsatz, wie  ei  Autowaschanlagen die rund um die Uhr im Einsatz sind oder auch größere Pumpen wie sie in Werften und im Tiefbau zum Einsatz kommen. Stufenlos verstellbare Kolbenpumpen gibt es vorläufig zwar nur für Hochdruckreiniger, aber das genügt schon als Beweis dass es machbar ist. Link zu der stufelosen Kolbenpume.

 Was im Kleinen möglich ist, geht auch größer, auch bis zu  einige Megawatt. Es bedarf wahrlich keiner extremen Ingenieurleistung, von der kleinen Pumpe ausgehend, eine größere Pumpe zu konzipieren. Statt der Federbelastung der Taumelscheibe nimmt man dann einen geregelten wasserhydraulischen  Zylinder. Während bei kleineren Pumpen Pumpenköpfe mit Plungerkolben  vorteilhaft sind,  sind für größere Pumpen Zylinderrohre von Vorteil. Zylinderrohre wie wir sie  mit dünnwandigen Innenrohr rostfrei bieten. Rohre mit über 500 mm Innendruchmesser sind für uns machbar. 

Der Wirkungsgrad von Kolbenpumpen ist zudem sehr hoch, denn Wasser ist,  wie erwähnt, 30 Mal dünnflüssiger als Öl und lässt sich so, wir wiederholen bewusst,  leichter durch Blenden, durch Ventilen und Leitungen pressen, auch wenn der Querschnitt wesentlich geringer ist, was dann wiederum die Baugröße und die Herstellungskosten positv  beeinflusst.

Nachdem Wasser kein Kostenpunkt ist, kann man jede erdenkliche Menge in einem  Behälter, er kann auch offen sein, unterbringen,  und man hat so keine Probleme mit der Wärme, die abgeführt werden muss. Nachdem Peltonturbinen ohne großen Preisunterschied und ohne Verlust im Wirkungsgrad  für  Drücke zwischen 20 und 50 bar ausgelegt werden können, hat man einen enormen Freiraum in der Wahl der Pumpen.

Speicherung von Energie.

 So kommen wir gleich auf einen weiteren Gedankensprung, es geht um die Energiespeicherung. Bestückt man Wind-, Wellen-, oder Strömungskraftwerke mit  Kolbenpumpen, dann kann man das Wasser kostengünstig in Speicherbecken pumpen, auch wenn dabei ein Höhenunterschied von 2.000 m zu überwinden ist. Je höher man das Wasser pumpt, um so kleiner kann das Speicherbecken ausfallen.

Weiteres Argument das für das Konzept mit Kolbenpumpe und Peltonturbine spricht:

Weltweit gibt es unüberschaubar viele windgünstige Standorte um Windkraftwerke zu installieren, nur, man kommt wegen der Sperrigkeit der Großanlagen nicht hin. Gelingt es, das Innenleben des Maschinenraumes  preislich stark zu reduzieren also  kleine Windkrafträder kostengünstig her zu stellen, dann werden Windenergieanlagen  mit vielen kleineren Windkrafträdern interessant. Hydrostatik macht es möglich. Eine einzige Peltonturbine mitten im Windkarftparkt kann  einen Großteil all des  Innenlebens der einzelnen Gondel ersetzen, denn  in den  Gondeln verbleiben  nur mehr die stufenlosen Kolbenpumpen. So  sind Parke mit vielen kleinen Rädern statt wenigen großen Rädern rentabel. Viele kleine Windräder unter 10 m Höhe statt ein großes Windrad sind weder in Deutschland noch in Österreich genehmigungspflichtig?

Wie soll es nun weitergehen?

Nachdem wir nur an die Fertigung der verstellbaren Pumpen interssiert sind, suchen wir  die Partnerschaft mit Unternehmen die  für den Rest   sorgen.  Dabei entfallen die Peltonturbinen, denn diese steht bei zahlreichen Herstellern im Angebot.

Die wahre Problematik von Bioöl

Abgesehen davon, dass Wasser statt Öl,  dank  Peltonturbinen, entschieden im technischen Vorteil ist,  darf man nicht außer Acht lassen, dass Öl eine Flüssigkeit ist, dessen Problematik in Zukunft immer mehr zunehmen wird.  Ob Windenergieanlagen für Offshore geplant sind, oder auf Land in Wasserschutzgebieten zum Stehen kommen,  Bioöl wird, wenn nicht Heute, dann sicherlich Morgen zwingend  behördlich verordnet werden ( solange die Bioöllobby das Sagen hat), und Bioöl hat seinen Preis. Daran ist nicht nur  bei der Erstbeschaffung zu denken,  sondern auch jedes Mal beim Ölwechsel, der periodisch anfällt.  Weiterhin kann erwartet werden, dass Umweltschützer auf den Plan gerufen werden, wenn unsere propagierte Technik bekannt wird. Dabei geht es nicht nur um drohende  Havarien durch Ölaustritte sondern schon in naher Zukunft wird die Menschheit vor der Wahl stehen, ob die Böden, die eine Bewirtschaftung  noch zulassen, immerhin gehen jährlich Flächen in der Größe Italiens verloren, entweder für Lebensmittel zu nutzen, oder für Agrarprodukte die mit Lebensmittel nichts zu tun haben. Darunter verstehen wir alle möglichen Anwendungen und denken nicht nur an Bioöle für technische Anwendungen. Flächen braucht es zum Beispiel auch sei es für Holz, sei es für  Naturgummiplantagen, erforderlich für   Autoreifen. Für alles steigt noch enorm der Bedarf wenn Entwicklungs- und Schwellenländer unseren Lebensstandard erreichen wollen. Wohl am massivsten wird der Bedarf an Bioölen steigen, denn Mineralöl ist bekanntlich nicht unbegrenzt aus den Boden zu holen. Daran denkt nicht nur die Technikbranche  für Mobilität, ob zu Land, zu Wasser oder in der Luft, sondern auch die Branche für Kunststoffe mit einen voraussichtlichen Bedarf von Abermillionen Tonnen. Die Vision  der bevorstehenden Ölknappheit  hat selbst das USA Militär zum Umdenken gezwungen: Wir verwiesen auf eine ZDF Sendung in Frontal 21 vor nicht langer Zeit, wo berichtet wurde,  dass das USA Militär in Zukunft nicht nur  Fahrzeuge, sondern auch Schiffe und Flugzeuge mit Bioöl antreiben will.  Gesamte Nato  und Staaten, die selbst wenig Mineralöl haben, werden dann wohl folgen.

Winde sind es, die die Wellen hochtreiben. Also kommt zuerst der Wind und erst später die Wellen. Umgekehrt kommen noch Wellen wenn der Wind schon lange seine Stärke verloren hat. Sinnvoll und angebracht wäre es sicherlich Offshore-Windkraftparke mit Wellenkraftwerken zu koppeln.  Da nun Wellenkraftwerke nach unserer Vision am Besten durch Zylinder betrieben werden, ist es sinnvoll, auch die Windräder Presswasser erzeugen zu lassen, und mit beiden Systemen eine einzige Peltonturbine an zu treiben.