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Windenergie
Eine zuverlässige Stromquelle für die Schweiz!
Imad Abdallah und seine Kollegen aus der Gruppe von Eleni Chatzi und dem ETH-Spin-off RTDT Laboratories sind auf einer Windturbine unterwegs, um einen neuartigen Sensor zur Überwachung der Struktur zu installieren. Kontinuierliche Dateneinspeisungen von Sensoren machen das Lebenszyklusmanagement von Windturbinen intelligent und tragen zu einer zuverlässigen und erschwinglichen Stromquelle für die Zukunft bei.
Die Windenergie ist eigentlich nur eine andere Form der Sonnenenergie. Überrascht? Es sind die Sonnenstrahlen, die – zusammen mit der Erdrotation – die unebene Oberfläche der Erde aufheizen, die Windmuster entstehen lassen. Die runde Form unseres Globus zusammen mit seiner unebenen Oberfläche führt dazu, dass sich die Luft auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt. Die Vermischung (d. h. Konvektion) von Luft mit unterschiedlichen Temperaturen (und damit Dichten) führt zu Luftbewegungen. Diese kinetische Energie des Windes machen wir uns seit Jahrtausenden zunutze, zum Beispiel um Getreide zu mahlen oder Segelschiffe zu fahren.
Im Laufe der Jahre sind wir ziemlich gut im Einfangen von Wind geworden. Heute konstruieren wir Windturbinen, die das lokale Windpotenzial ausnutzen und gleichzeitig die Kosten zu minimieren. Das heisst, wir können die Länge der Flügel vergrössern, die Drehgeschwindigkeit optimieren und die Höhe der Turbine anpassen, um sie dort zu platzieren, wo der Wind am stärksten und beständigsten ist (d. h. in grösseren Höhen) – alles, um die meiste Energie zu gewinnen. Die drei Rotorblätter einer typischen Turbine drehen sich, weil der Wind unter den Blättern Auftrieb erzeugt, wie bei Flugzeugflügeln, und nicht, weil der Wind die Blätter antreibt, wie es bei Segelbooten der Fall ist. Schneller ist also nicht unbedingt besser! Wenn der Wind zu stark ist, kann er sogar die Komponenten der Turbine beschädigen, anstatt mehr Energie zu erzeugen.
Um einen guten Standort für den Bau von Windturbinen auszuwählen, müssen Windkraft-Ingenieure die standortspezifischen Windverhältnisse sorgfältig analysieren und die Turbinen entsprechend konstruieren und bauen, um den “Sweet Spot” für die Effizienz zu finden. In der Schweiz gibt es nur eine Handvoll Windparks (siehe diese tolle interaktive Karte von UVEK), aber es gibt mehr Windpotenzial! Ob dieses Potenzial genutzt wird oder nicht, hängt weitgehend von sozialen, wirtschaftlichen und politischen Faktoren ab. ESC-Forscher wie Professor McKenna haben viele dieser Kompromisse und Herausforderungen für Windprojekte analysiert.
Hier in der Schweiz ist ein Grossteil der Opposition ästhetischer Natur, und die Schweizer Bürger wollen die alpinen Regionen unberührt lassen, wo das Potenzial am grössten ist – das sogenannte NIMBY-Problem (Not-In-My-BackYard).
Wie andere intermittierende erneuerbare Energiequellen steht auch die Windenergie vor zusätzlichen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Netzeinbindung und der Speicherung. Gleichzeitig können moderne Windkraftanlagen relativ konstante Windmuster nutzen und Strom dann produzieren, wenn er am meisten gebraucht wird, z. B. im Winter. Die Forscher des ESC haben sich mit Themen beschäftigt, die von der Zuverlässigkeit von Windkraftanlagen (Prof. Dr. Eleni Chatzi) bis hin zu den Herausforderungen für erneuerbare Energien aus der Sicht des Stromsystems (Prof. Dr. Gabriela Hug) und allem dazwischen reichen!