100 Jahre alte Formel abgelöst:
Neue Mathematik verbessert Windräder

Die Aerodynamik von Windrädern wird mit Modellen berechnet, die 100 Jahre alt sind. Das Problem: Die Anlagen arbeiten oft unter Be­din­gun­gen, welche die Formeln nicht abbilden. Jetzt wurde ein neues Modell entwickelt, damit laufen auch be­ste­hen­de Anlagen besser. Mit besserer Mathematik zu effizienten Windrädern: Genau das wollen Forscher unter der Überschrift "Unified Momentum Model" jetzt möglich machen. Bisher müssen sich die Bauer von Windturbinen für Vorhersagen zu Kräften und Leistung und die Planung von Konstruktion und Steuerung auf empirisch angepasste Formeln verlassen. Oder einfach ausgedrückt: Für jede Windturbine muss individuell getestet und Formeln entsprechend angepasst werden.

Wie ein Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) im Fachmagazin Nature beschreibt, musste sich die Branche bisher für die Grundlagenberechnung unter anderem auf das über 100 Jahre alte "Betzsche Gesetz" verlassen. Das macht zwar prinzipielle Berechnung von aerodynamischen Systemen möglich, liefert aber unter den Bedingungen, in denen Windräder arbeiten, keine präzisen Ergebnisse mehr.


Das neue Modell, das die Forscher vorstellen, liefert jetzt endlich eine einheitliche mathematische Basis für die Vorhersage von Leistungserzeugung, Schubkraft und Dynamik von Rotoren. Wichtig: die Formel funktioniert unter beliebigen Anströmwinkeln und ohne empirische Korrekturen. "Dieses Modell kann eine neue Grundlage für die Modellierung, den Entwurf und die Steuerung von Windkraftanlagen bilden", so das Team in der Arbeit.

Open Source im Einsatz

Die Ergebnisse der Forscher können unmittelbar in der Branche Anwendung finden und auch die Steuerung von bestehenden Windparks verbessern. Das Team stellt die nötigen Werkzeuge als Open-Source-Tool über Github bereit. Besonders spannend: in der Theorie kann die Formel auf jedes System angewendet werden, in dem ein Rotor zum Einsatz kommt - also beispielsweise bei Turbinen für Gas-, Dampf und Wasserkraft oder Antrieben.


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