Windkraftanlagen ohne Rotorblätter können richtig effektiv sein

Windräder gelten als Schlüssel zur Energiewende - doch ihr Anblick, Lärm und Platzbedarf sorgen oft für Widerstand. Eine Alternative? Bladeless-Turbinen: schlank, leise, sicher - und laut neuer Studie jetzt erstmals effizient genug für echten Stromertrag.

Ohne Blätter: So effizient sind vibrierende Windmasten

Im Gegensatz zu klassischen Windrädern erzeugen "Bladeless Wind Turbines" (BWTs) ihre Energie nicht durch drehende Rotoren, sondern durch gezielte Schwingung. Wenn Wind an einem zylindrischen Mast vorbeiströmt, entstehen auf wechselnden Seiten Wirbel, die periodische Kräfte auf die Struktur ausüben. Diese Kräfte bringen den Mast zum Schwingen - ein Effekt, der bei bestimmten Bedingungen extrem verstärkt wird. Dieses Phänomen nennt sich "lock-in": Die natürliche Schwingfrequenz des Masts und die Frequenz der Wirbelbildung stimmen überein, was zu großen Amplituden führt. Genau diese Bewegung wird zur Stromerzeugung genutzt.

Das zentrale technische Problem dabei: Je stärker die Bewegung, desto mehr Energie - aber auch desto größer die Belastung für das Material. Frühere Studien betrachteten meist nur Leistung oder Effizienz. Das Team um Wrik Mallik und Sondipon Adhikari kombiniert beides erstmals in einem gekoppelten Modell aus elastischer Strukturmechanik und aerodynamischem Oszillator. Der sogenannte Wake Oscillator bildet die Wirbel hinter dem Mast mathematisch ab und lässt sich auf verschiedene Designs anwenden - ohne aufwendige CFD-Simulationen (numerische Strömungsrechnungen zur exakten Berechnung von Luftströmungen).


Mit dieser Methode konnten die Forschenden tausende Designvarianten durchspielen. Die beste Kombination laut Studie: ein Mast mit 65 cm Durchmesser und 80 cm Länge. Dieser liefert unter typischen Windbedingungen (36-108 km/h) bis zu 460 Watt. Wichtig: Modelle mit mehr Leistung - teils bis zu 600 W - überschreiten die Materialbelastung und wären im Dauerbetrieb nicht sicher.

Neben der Leistung untersuchte das Team auch, wie effizient die Turbinen mit dem Wind umgehen. Dabei zeigte sich: Je stärker der Wind sein muss, damit eine Turbine viel Strom liefert, desto schlechter fällt oft die Bilanz aus. Mehr Wind bringt zwar mehr Energie, aber nicht jede Bauform nutzt das auch wirklich gut aus.

Viele triftige Gründe

Ein weiteres Ergebnis: Die Schwingungsfähigkeit hängt nicht nur vom Durchmesser, sondern auch stark vom Verhältnis zur Mastlänge ab. Kürzere, dickere Masten schwingen besser, sind aber auch mechanisch anfälliger. Die optimale Lösung liegt genau im Zwischenbereich. Die vollständige Studie wurde in Renewable Energy veröffentlicht (DOI: 10.1016/j.renene.2025.123549).

Fakten auf einen Blick
Die neue Modellierungsmethode gilt als Ausgangspunkt, um bladeless Turbinen künftig in die Kilowatt-Klasse zu bringen - also in Leistungsbereiche, die genug Strom für Haushalte oder kleinere Stromnetze liefern könnten. Zwar erreichen BWTs bislang nicht die Leistung klassischer Großanlagen mit Rotor, doch ihr leiser Betrieb, der geringe Platzbedarf und die einfache Wartung machen sie besonders für den Einsatz in Städten oder sensiblen Umgebungen interessant - überall dort, wo konventionelle Windräder an ihre Grenzen stoßen. Die Forschenden planen nun, das Modell für größere Anlagen und Schwärme aus mehreren BWTs weiterzuentwickeln.


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