Ingo Rechenberg

1. Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 4. Vorlesung „Bionik I“ Vom Vogelflügel zur Windturbine BERWIAN Verstehen und Kopieren eines biologischen Prinzips

2. Windkraftnutzung in der Natur Die Portugiesische Galeere segelt am Wind Möve im Aufwind an einer Klippe Albatros im dynamischen Segelflug

3. Rotor zur Windkraftnutzung in der Natur ? Ahornsamen

4. Vom Vogelflügel zur Windkraftanlage Was hat der Vogelflügel mit einer Windturbine zu tun ?

5. GROWIAN Große Windkraft Anlage (1985) 18 U/min Der „Fluch“ von Growian Leistung = Drehmoment  Drehzahl (genau: P = Mw) Riesig groß 3 MW

6. Zurzeit größtes Windrad bei Brunsbüttel (Schleswig-Holstein) Höhe: 183 m Rotor Ø: 126 m Leistung: 5 MW

7. Traum der Windkraftingenieure Der Windkonzentrator !

8. Der Trichter als Windkonzentrator ?

9. Trichter Paradoxon folgt Aus (Kontinuitätsgleichung!) Windleistung: Wenn der Wind den Trichter nicht umströmen würde

10. Die Natur passt auf, dass keine Wunder geschehen Der Trichter wird zum großen Teil umströmt

11. Aus der Zeitschrift Sonnenenergie 6/86 Trichterdurchmesser: 10 m Windgeschwindigkeit: 10 m/s Nennleistung: 170 kW Erfinder-Latein 20 kW

12. Rotorleistung mit Konzentrator K= Konzentrationsfaktor Rotorleistung ohne Konzentrator K = 3,5 Als angestellten Flugzeugtragflügel deuten Vom umgedrehten Trichter zur Mantelturbine

13. Architekten Vision Mantelturbine

14. Tornado

15. Windenergie aus Wirbeln ? Wirbel am Deltaflügel

16. Konzentrationsfaktor K = 1,7 Deltaflügel als Windkonzentrator

17. Energiekonzentration eines Wirbels Geschwindigkeitskonzentration eines Wirbels

18. Elektrotechnik Kupferdraht d s I a sin I a d d s = H r 4 r p 2 d H Strömungstechnik d s G a Wirbelfaden G sin a d v d s = r 4 r 2 p v d Das BIOT-SAVARTsche Gesetz

19. Magnetspule und Wirbelspule H= Magnetfeldstärke I= Stromstärke v= Strömungsfeldstärke G= Wirbelstärke w = Windungszahl l= Länge der Spule Konzentration des Geschwindigkeitsfeldes

20. Wirbel- Ringe Wirbel- Spule Strömungsbeschleunigende Wirbelsysteme

21. Wie lässt sich eine Wirbelspule erzeugen ? Wie lässt sich ein Wirbelfaden erzeugen ? Wirbelintensität Anströmgeschwindigkeit Auftriebsbeiwert Flügeltiefe Randwirbel am Tragflügel

22. Rotierender Tragflügel mit Randwirbel erzeugt eine Wirbelspule

23. Propellerstrahl Doppelte Wirbelspule eines Propellers

24. Sichtbarwerdung der Propeller-Wirbelspule durch Kondensation feuchter Luft im Unterdruck-Kern der Propeller-Randwirbel

25. Kann man einen Wirbelfaden auch ohne mechanische Rotation zu einer Spule wickeln ?

26. Rabengeier am Zuckerhut Vorbild Spreizung des Flügelendes

27. Wirbelspule an einem Spreizflügel

28. Selbstwicklung von zwei gleich drehenden Wirbeln im physikalischen Modell undin der Natur

29. Wirbelspulen Vom Vogelflügel zum Windkonzentrator

30. Vom Windkonzentrator zur Konzentrator-Windturbine

31. Wirbelspule an einem Tragflügelstern

32. Auf der Bundesgartenschau in Berlin 1986 Auf dem Kaiser Wilhelm Koog BERWIAN–Berliner-Windkraft-Anlage

33. BERWIAN: Freilandversuche (1984–1988)

34. Freilandversuchsanlagen (1984–1989)

35. 4 Kinematische Bedingungen 3 2 Randbedingungen 1 Wirbelbedingungen BERWIAN-Theorie Mechanisches 4-Wellenmodell der doppelten Wirbelschichtspule

36. Ergebnisse der Theorie Flügeltiefe Auftriebsbeiwert Flügelzahl Konzentratorbeiwert

37. Definition - Konzentrationsfaktor Rotorleistung mit Konzentrator K= Rotorleistung ohne Konzentrator mit ca = Auftriebsbeiwert des Konzentratorflügels t= Tiefe des Konzentratorflügels z= Zahl der Konzentratorflügel d = Durchmesser der inneren Wirbelspule D= Durchmesser der äußeren Wirbelspule

38. Messung des „ideellen“ Konzentrationsfaktors

39. Wie viel Energie kann man mit einer Windkraftanlage ernten ?

40. Luftvolumen F Δp Leistung 4 Gleichungen zur Bestimmung von Mengenstrom Impulssatz Energiesatz F= Rotorstirnfläche Newtons Grundgesetz im Stromfaden Energie-Erhaltungssatz Beachten Sie bei der Ableitung die Beziehung:

41. Leistungsbeiwert Stirnflächenleistung Theoretische Maximalleistung einer Windturbine

42. Windabbremsung durch einen Rotor zu stark zu schwach optimal Zusammenschnürung der Stirnfläche

43. Wirkungsgrad (BETZscher Leistungsbeiwert) F Albert Betz (1885 – 1968) Die Theorie liefert maximalen Wirkungsgrad für:

44. D D Bei gleichem Stirndurchmesser D ist P2 maximal ½ P1 (geschätzt) 2. Konzentator-Windturbine 1. Klassische Windturbine

45. Quintessenz: Die sich selbst wickelnde Wirbelspule ist gegenwärtig das wirksamste Prinzip, um in einer freien Strömung ein lokal beschleunigtes Strömungsfeld zu erzeugen. Die nach diesem Prinzip funktionierende Konzentator-Windturbine BERWIAN kann durch eine Geschwindigkeitsverdoppelung die Leistung eines Windrotors ver8fachen. Die Geschwindigkeitskonzentration ist jedoch nicht zum Nulltarif zu erhalten. Der bisher beste BERWIAN besaß einen auf die Stirnfläche bezogenen cp-Wert von 0,33. Hier kann BERWIAN nicht mit einer klassischen dreiflügelige Windkraftanlage konkur-rieren, die einen Beiwert von cp = 0,50 (85% des theoretischen Maximums) aufweist. Durch weitere Entwicklungsarbeiten zur optimalen Formgebung von BERWIAN sollte der Leistungsbeiwert auf 0,4 gesteigert werden können.

46. Das Berwian-Prinzip als Sauglüfter

47. BERWIAN Klassik Ionisierungsgitter Strömungsgeschwindigkeit Magnetfeldstärke Leistungsdichte p ~ (v B)2 Leitfähigkeit Strömungsmedium MHD-BERWIAN

48. Energie aus dem Golfstrom MHD-Berwianim leitenden Meerwasser

49. Multirotor-BERWIAN

50. Windpark in den USA Zukunftsvision: Statt 200 Normalanlagen ein Multirotor-BERWIAN mit 1000 m Höhe