PowerPoint-Folien zur 3. Vorlesung „Bionik I“ Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 3. Vorlesung „Bionik I“ Vom Vogelflügel zur Windturbine BERWIAN Technische Kopie eines biologischen Prinzips Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

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

Was hat der Vogelflügel mit einer Windturbine zu tun ?

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

Traum der Windkraftingenieure Der Windkonzentrator !

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

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

K = 3,5 Vom umgedrehten Trichter zur Mantelturbine

Windenergie aus Wirbeln ?

Deltaflügel als Windkonzentrator

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

Magnetspule und Wirbelspule H = Magnetfeldstärke G = Wirbelstärke I = Stromstärke v = Strömungsfeldstärke G = Wirbelstärke w = Windungszahl l = Länge der Spule

Strömungsbeschleunigende Wirbelsysteme Ringe Wirbel- Spule Strömungsbeschleunigende Wirbelsysteme

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

Rotierender Tragflügel mit Randwirbel erzeugt eine Wirbelspule

Doppelte Wirbelspule eines Propellers Propellerstrahl Doppelte Wirbelspule eines Propellers

Rabengeier am Zuckerhut

Wirbelspule an einem Spreizflügel

Selbstwicklung einer Wirbelspule im physikalischen Modell und in der Natur

Wirbelspulen Vom Vogelflügel zum Windkonzentrator

Vom Windkonzentrator zur Konzentrator-Windturbine

Wirbelspule an einem Tragflügelstern

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

BERWIAN: Freilandversuche (1984 – 1988)

Freilandversuchsanlagen (1984 – 1989)

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

Ergebnisse der Theorie Flügeltiefe Auftriebsbeiwert Flügelzahl Konzentratorbeiwert

K = Definition - Konzentrationsfaktor mit 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

Messung des „ideellen“ Konzentrationsfaktors

zu stark zu schwach optimal Windabbremsung durch einen Rotor

F Die Theorie liefert maximalem Wirkungsgrad für: Wirkungsgrad (BETZscher Leistungbeiwert)

Multirotor-BERWIAN

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

Ionen-BERWIAN

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

Ende