Windenergie: Genial einfache, neue Windkraftanlage nutzt den “Venturi-Effekt”

Je schmaler, desto schneller

Nicht nur Segler wissen: Wird Wind in einen Trichter gelenkt, erhöht sich die Windgeschwindigkeit. Jetzt wird diese Erkenntnis von US-Ingenieuren auch für Windkraftanlagen genutzt!

Wer jemals in der Straße von Bonifacio segelte, hat ihn mit Sicherheit schon zu spüren bekommen und wer aufmerksam bei der Laserregatta auf dem Baggersee den Wind zwischen zwei Inseln beobachtet, kennt ihn auch – die Rede ist vom Trichter-  oder Venturi-Effekt.

So funktioniert es im Prinzip © Sheerwind

So funktioniert es im Prinzip © Sheerwind

Sein Prinzip ist einfach: Weht der Wind breit mit einer Geschwindigkeit X über einen Land- oder Seestrich hinweg und wird er dann zunehmend von „Hindernissen“ wie Bergen, Hügeln oder eben Inseln kanalisiert, erhöht sich der Staudruck. Der bewirkt wiederum, dass die Windgeschwindigkeiten deutlich steigen. Anders formuliert: Wenn wir den Wind etwa in einen Schlauch kanalisieren, der sich immer mehr verjüngt, pustet am Ende des Schlauches der Wind ungleich höher als an seinem Anfang.

Das gilt übrigens auch für Flüssigkeiten. So sind etwa die Elbüberflutungen, besonders deutlich bei Sturmfluten erkennbar, u.a. auch dem Venturi-Effekt geschuldet – das Fluss verjüngt sich gen Hamburg deutlich, die Winde und Gezeiten drücken das Wasser Richtung Osten, der Staudruck erhöht sich dabei…

sheerwind, Venturi-Effekt

Ein bisschen gewöhnungsbedürftig, aber warum nicht? © sheerwind

Übrigens: Der Venturi-Effekt bewährt sich schon seit Jahrzehnten in der modernen Technik, etwa bei Einspritzdüsen an Motoren oder bei Messgeräten. Sogar beim Dekantier-Ausguss für Rotweine wird der Venturi-Effekt genutzt, um Luft unter den edlen Tropfen zu mischen…

Wind wird zu „noch mehr Wind“

In den USA hat sich nun kürzlich ein findiger Geschäftsmann und Ingenieur aus Minnesota ein paar weitergehende Gedanken über diesen Trichtereffekt gemacht. Daryoush Allaei war eigentlich auf der Suche nach der Lösung eines anderen Problems und fragte sich, warum die Windrotoren immer so hoch oben agieren müssen, dabei ziemlich viel Lärm und Schwingungen verursachen und warum es noch keine Windanlagen tiefer unten in unmittelbarer Bodennähe gibt.

Dabei ließ er sich das „ihm eigentlich bekannte“ Venturi-Prinzip nochmals durch den Kopf gehen und kam zu dem Schluss, dass man am Ende der erwähnten Kanalisierung schlicht Turbinen ansetzen müsste, mit denen man die hohen Windgeschwindigkeiten in Energie umwandeln könnte. Übrigens genau so, wie einige Wasserkraftwerke funktionieren.

Sieht komisch aus

Nach vielen Computersimulationen und einigen Modellversuchen gründete Daryoush Allaei schließlich gemeinsam mit einigen Kollegen, mit denen er früher für das US-Energieministerium forschte, die Firma „Sheerwind“ und baute den ersten „Invelox“ – ein Windkraftwerk, das seine Energie ausschließlich mit dem Venturi-Effekt erzeugt.

Venturi-Effekt: je schmaler desto schneller © sheerwinds

Venturi-Effekt: je schmaler desto schneller © sheerwinds

Als besonders spannend bezeichnen die „Sheerwind“-Macher, dass es sich hier endlich um Windkraftanlagen handelt, die auch schon im „Hausgebrauch“, besser gesagt: in adäquater Größe für den Vorgarten sehr effizient arbeiten.

„Wird den Markt verändern“

Venturi-Effekt © sheerwind

Venturi-Effekt © sheerwind

Überhaupt, die Effizienz: Allaei behauptet, dass seine Anlagen sechs Mal soviel Energie wie herkömmliche Windkraftwerke aus dem Wind „herausholen“ können. Andere am Projekt beteiligte Forscher sind fest davon überzeugt, dass diese Form der Energiegewinnung aus Windkraft „den Markt entscheidend verändern wird“.

Apropos, bleibt also abzuwarten, wie schnell die Sheerwind’ler den internationalen Markt der alternativen Energiegewinnung von ihrer Idee überzeugen können. Wäre nicht das erste Mal, dass geniale Ideen an der Vermarktung oder der vermeintlichen Konkurrenz schon im Ansatz scheitern.

Website Sheerwind

So nutzt das Unternehmen „Sheerwind“ mit dem „Invelox“ den Venturi-Effekt:

• Der Wind kann von allen Seiten in den „Invelox“ eindringen.

• Der Wind trifft beispielsweise mit 16 km/h auf den Eingang des Trichters, des Schlauches.

•Seine Geschwindigkeit erhöht sich im Verlauf der „Kanalisierung“ und Verjüngung des Trichters

• Die Luft trifft mit ca. 63 km/h auf die Turbine am schmalsten Teil des Schlauches und treibt diese an.

• Danach wird der wind mit ca. 24 km/h wieder aus dem System „geblasen“.

• Mindestgeschwindigkeit für korrekte Funktionalität: ca. 3-4 km/h Windgeschwindigkeit.

 

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Michael Kunst

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31 Kommentare zu „Windenergie: Genial einfache, neue Windkraftanlage nutzt den “Venturi-Effekt”“

  1. avatar naja sagt:

    Naja, naja, naja…

    Zitat: “Weht der Wind breit mit einer Geschwindigkeit X über einen Land- oder Seestrich hinweg und wird er dann zunehmend von „Hindernissen“ wie Bergen, Hügeln oder eben Inseln kanalisiert, erhöht sich der Staudruck. Der bewirkt wiederum, dass die Windgeschwindigkeiten deutlich steigen.”

    Also, erstmal gilt die Kontinuitätsgleichung. Je enger der Querschnitt desto schneller. Stichwort Kontinuität des Volumenstromes: v_1*A_1 = v_2*A_2. Druck spielt hier erstmal garnicht mit.

    Aber richtig, _wenn_ es erstmal schnell strömt dann ist im engsten Querschnitt auch plötzlich der Staudruck erhöht: p_stau = rho/2*v^2

    Bitte, bitte hier bei Segelreporter (den ich sehr schätze) nicht den Yacht (Segel-Bravo) Strömungsmechanikniveaulimbo mitmachen…!

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    • avatar Super-Spät-Segler sagt:

      Der Druck ist im engsten Querschnitt geringer!
      http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c7/Venturirohr.jpg

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    • avatar naja sagt:

      Und um noch etwas kleinlicher zu sein:

      Der Venturieffekt besagt, dass in einer Düse aufgrund von Konti. (s.o.) & Bernoulli der statische Druck sinkt: v_1*A_1 = v_2*A_2 und p + rho*g*z + rho/2*v^2 = const.
      Der Venturieffekt besagt _nicht_, das es schnell fliesst wo der Staudruck hoch ist. Auch wenn es im Unkehrschluss nicht falsch ist…

      Nichts für ungut! Ein super interessantes Projekt das im Artikel beschrieben wird. Kannte ich vorher noch nicht.

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  2. avatar Super-Spät-Segler sagt:

    Ich verstehe nicht, warum das Rohr noch umbiegen und zur Seite legen?
    Zum einen führt jede Verlängerung des Rohres zu Wirkungsgradverlusten und zum anderen bläst
    der Wind bei ungünstiger Windrichtung entgegengesetzt auf die Turbine, was weitere Verluste bringt.

    Die Verjüngung direkt unter den Trichter mit Abströmöffnung nach unten, dann saugt der Wind
    durchden Venturi-Effekt die “verbrauchte” Luft gleich noch mit ab!

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  3. avatar <°((( ~~< sagt:

    Oh, mir war glatt entgangen, dass schon wieder der 1. April ist…

    „Wird den Markt verändern“, na sicher doch, wenn man die Kaufleute von Cargolifter oder Skysails da ran lässt, das ist voll deren Niveau. Für Marktveränderung braucht es erst einmal Marktreife: Sieht das Ding da oben so aus? Eher nicht, oder? (mal abgesehen davon, dass ich persönlich solche anachronistischen Steampunk-Konstruktionen schätze)

    Warum sollte jemand das kaufen?
    1. Weil es effizienter ist. Hm. Ist es? Wenig Motor aber viel Gestell – das ist effizienter?
    2. Weil die Gesamtinvestition deutlich niedriger ist. Glaube ich nicht, das einzige, was kleiner wird, ist doch der Rotor. Dafür hat der Generator höhere Drehzahlen.

    Immer wieder kommt einer und will das Perpetuum Mobile erfinden. Gut, jetzt können die Ingenieure jeder Windkraft-Schmiede kommen und das nachrechnen. Was bleibt, ist voraussichtlich nur eine schöne Skulptur.

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  4. avatar schade.. sagt:

    Amerikanische Wissenschaftler haben in einer Studie festgestellt, dass amerikanische Wissenschaftler viele Sachen in Studien feststellen…

    Bitte nicht so einen Hurra Journalismus. Ich halte doch nicht einfach einen Trichter in den Wind und verdopple die Windgeschwindigkeit durch Halbierung des Querschnitts. Für Rohre mag der Venturi-Effekt ja so gelten, aber doch nicht wenn sich die Strömung auch andere Wege suchen kann, z.B. am Trichter vorbei. Außerdem ist Geschwindigkeit ja nicht alles. Wie bereits erwähnt, besagt der Venturi-Effekt auch, dass mit steigender Geschwindigkeit der Druck nachlässt. (Gott sei Dank, sonst könnten wir ja nicht segeln.) Zum Betreiben einer Turbine wird dies aber ungünstig sein.

    Es ist schade, dass Ihr euch so unkritisch auf so eine „geniale“ Idee einlasst. Dieser Bericht steht leider in krassem Gegensatz zu den mit viel Fachwissen gespickten Segelartikeln an denen ich mich sonst so erfreue. Wenn dieses Wissen in anderen Bereichen fehlt, berichtet besser nicht darüber, zumindest nicht ohne irgendetwas zu Hinterfragen. Dennoch würde mich jetzt freuen, wenn Ihr es schafft, etwas aussagekräftigere Daten zu bekommen, z.B. eine gesicherte Leistungsangabe. Wer weiß, vielleicht funktioniert es ja doch.

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    • avatar max sagt:

      “Für Rohre mag der Venturi-Effekt ja so gelten, aber doch nicht wenn sich die Strömung auch andere Wege suchen kann, z.B. am Trichter vorbei.”

      Ich denke da liegst Du garnicht so falsch…

      “Wie bereits erwähnt, besagt der Venturi-Effekt auch, dass mit steigender Geschwindigkeit der Druck nachlässt. (Gott sei Dank, sonst könnten wir ja nicht segeln.) Zum Betreiben einer Turbine wird dies aber ungünstig sein.”

      Vorsicht, der Lift eines Profils skaliert mit dem Staudruck, nicht mit dem statischen Druck, auch wenn der Lift am Ende das Integral des statischen Druckes um das Profil ist. Insofern ist schnell erstmal gut.
      Aber hier stellt sich natürlich die Frage nach den Wirkungsgraden. Womit gewinne ich mehr:
      – Mit einem langsam drehenden Windgenerator für ~5km/h Wind
      – 5 km/h mit einer Düse (durch Reibung verlustbehaftet) beschleunigen und dann in eine Turbine leiten

      Der Impulsfluss sollte in beiden Fällen (inkompressibel) nach Konti gleich sein (OK, abzüglich der Verluste bei der Beschleunigung). Und eigentlich gilt doch das es mit einem Propeller effizienter ist viel Volumen wenig zu beschleunigen als wenig Volumen stark zu beschleunigen. Gilt der Umkehrschluss bei einem Windrad bzw. einer Turbine nicht?

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      • avatar SR-Fan sagt:

        Hm, ehrlich gesagt habe ich zu wenig Ahnung von den Kräften die in solchen Fällen wirken.

        Allerdings haben sie doch das erste Gerät schon gebaut – damit lassen sich die aufgestellten Theorien/Behauptungen doch wohl problemlos von jedermann überprüfen?!
        Letztlich gehts doch nur darum:
        Welche Windgeschwindigkeit geht oben rein und welche unten raus, Was kostet die Konstruktion. Wann amortisiert sie sich in Abhängigkeit von Unterhaltskosten und Lebensdauer.

        Und dann rechnet sich das oder nicht – egal mit welchen physikalischen Hokuspokus.

        Manchmal erinnert mich so was an die erste Eisenbahn. Da glaubte man auch, man würde verrückt obs der Geschwindigkeit. Nachdem man gesehen hat, dass man höchstens wegen der Wartezeiten verrückt wird, hat sichs durchgesetzt 😉

        VG

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      • avatar Super-Spät-Segler sagt:

        Eine Frage zum Staudruck:
        M.W. tritt der Staudruck vorne am Mast auf, dort wo sich die Strömung teilt und er ist proportional zur Windgeschwindigkeit im Quadrat.

        Beim Aufschießer ist der Staudruck immer noch gegeben, der Lift des Profils aber 0.

        Wie passt das zu: “der Lift eines Profils skaliert mit dem Staudruck”?

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        • avatar naja sagt:

          Beim Aufschießer hat das Segel aber keinen Anstellwinkel mehr. Der Auftrieb eines Profils ist:

          L = c_L(Alpha) * rho/2*v^2 * Profilfläche

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          • avatar Super-Spät-Segler sagt:

            Genau.

            Die Aussage “der Lift eines Profils skaliert mit dem Staudruck” ist also nicht korrekt.

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  5. avatar andreas borrink sagt:

    Naja, Ihr versteht das nur alle nicht!

    Ist doch ganz einfach und gut erklärt: Der Wind wird eingesammelt (zweifelsfrei erkennbar an den kleinen, blauen Wellen), dann kanalisiert und um die Ecke geleitet. Dabei wird er schneller (will ja wieder raus) und der Venturi Effekt setzt ein. Nun treibt der schnellere Wind einen Propeller an (sieht man hier nicht; vermutlich so ein Kindergeburtstag-Teil in groß) und danach darf er wieder in die Umwelt entweichen, der Wind.

    Formeln und Berechnungen braucht es da nicht, das ist was für Kleingeister.

    Sorgen mach’ ich mir nur um den Typ mit dem Helm; ein Schritt weiter und er weht davon!

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  6. avatar SR-Fan sagt:

    Na, und irgendwann kommen sie dann auf die Idee, dass die Windgeschwindigkeiten “weiter oben” höher sind und dann wird das Monstrum 100 m hoch … Da fügt sich ne normale Windkraftanlage im Vergleich ja schon fast harmonisch in die Umgebung ein 😉

    VG

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  7. avatar innovation der zukunft sagt:

    es ist eine bahnbrechende erfindung, denkt man nun einen schritt weiter und setzt diese maschinerie auf ein hochleistungsboot wie den ac72 statt fock, produziert das boot seine eigendynamik, dann ist schluss mit kreuzen man stellt den fön richtig an und muss nur noch den durchmesser des rohres für die optimale windgeschwindigkeit anpassen. nun potenziert sich die geschwindigkeit des bootes mit der des windes….

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  8. avatar Piet sagt:

    So Jetzt für alle mal etwas fundiertes Hintergrundwissen!

    Zur erklärung:

    Turbine = Motor
    Trichter = Ansaugtrakt

    Einfach mal durchlesen und schlauer sein!

    http://www.corvetteforum.de/userfiles/TeraVolt/Lima/RamAir.pdf

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  9. avatar äh sagt:

    Da haben sich mehrere Ings gedanken drüber gemacht und Hobby Physiker und welche die “nur” Wikipedia lesen können meinen es es totaler Mist was da zusammengebaut wurde. hahaha

    Einfacher tipp. Macht eine bessere Idee! Und wenn ihr die dann auf Segelreporter veröffentlicht werden wieder welche kommen und sagen das ist Mist und funktioniert nicht.

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    • avatar Piet sagt:

      Man bedenke aber auch das es viele schwarze schafe bei Windenergy companies gibt.

      Die die leichtgläubigkeit von den Menschen ausnutzen und im Jahres rythmus pleite gehen und neue Firmen gründen.

      Hattest du diesen Dialog über die Intakes gelesen?
      http://www.corvetteforum.de/userfiles/TeraVolt/Lima/RamAir.pdf

      Ich persöhnlich sehe viele gleichheiten mit dieser neuen Windturbine.

      PS.: Diese Intakes sind übrigens topseller in jeden Tunning shop.
      1. wegen der Placebo ähnlicher “merhleistung” des Motors.
      2. wegen des wirklich lauteren Ansauggeräusch.

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      • avatar GSX750R sagt:

        Prinzip RAM Air gibt es schon sehr lange ab Werk bei vielen Supersport-Motorrädern oder auch bei Rennwagen. Wenn das einfach an eine Zuhälterkarre getackert wird, mag es sein, daß es keinen Sinn macht, aber sonst schon.

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        • avatar Piet sagt:

          Ja die PDF behandelt ja nur Autos.
          Bei motorräder weiß ich das ja auch nicht so genau.

          Bei den Autos wird das Prinzip Ramair ja auch als Verkaufsargument genommen.
          Sowie als Optische veredelung. Placebo Mehrleistung und so weiter.

          Den eine Aufladung durch Staudruck alla Ram air bringt nichts.
          Es gibt ja nicht umsonst turbolader und kompressoren.

          [Spekulation]
          Könnte sein das es bei den Motorrädern das selbe ist.
          [/Spekulation]

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          • avatar GSX750R sagt:

            Turbo oder Kompressor brauchen Motorräder nicht. Ich rede von sehr schnellen Maschinen, die 240 oder weit mehr laufen und dort steigt der Druck im Ansaugtrakt sehr wohl an, wenn auch nur minimal, aber doch so, daß es einige PS dazu gibt.

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        • avatar Piet sagt:

          Versucht mal einen Luftballon mit den fahrtwind während der Autofahrt aufzublasen.

          Geht bis zu dem punkt wo das gummi anfängt sich zu dehnen und dann ist schluss.
          Er bleibt also schlaff.

          Auch mit einen trichter ist der druck niemals hoch genug.

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  10. avatar segelnder Physiker sagt:

    Cool ist auch das Schaubild: Da kommt ein bisschen Wind von links und ein bisschen von rechts 🙂 Wie im wahren Leben halt.

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  11. avatar Nils sagt:

    Also ganz so neu ist das Verdichten von Luft nicht. Es gibt mehrere Anlagen, die schon Jahre lange betrieben werden. Speziell auf Hochhäusern. In bestimmten Situation werden klassische Windrotoren nicht genehmigt. Schattenschlag,Geräusche usw. Hier kann es dann sinnvoll sein, ein Anlage einzusetzen die nicht den optimalen Wirkungsgrad hat.
    Bei der Bewertung dieser Technologie kommen manche Beiträge ganz schön überheblich rüber.

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  12. avatar Super-Spät-Segler sagt:

    Was passiert mit dem Trumm eigentlich bei Sturm? Ein Windrad samt Turm ist ja vergleichsweise schlank. 🙂

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    • avatar KT sagt:

      Ganz einfach: Wenn der Sturm aus der Richtung entgegengesetzt des Auslasses kommt pustet der Wind oben rein, wird beschleunigt und das Ding fliegt schnurstracks in Richtung des Auges des Sturms davon…

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  13. avatar innovation der zukunft sagt:

    +++++ich glaube diese innovation wird unseren planeten retten++++++, da braucht man sich keine gedanken mehr über emosionswerte des neuen autos machen, man kann ruhigen gewissens bananen von einem anderen kontinent essen, alles geht ohne abgase!!!
    das ist der Gral der neuzeit
    einfach einen trichter unter den frachter oder aufs auto geschnallt und los geht die wilde fahrt!

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