Deutschland: Forschungsprojekt Windkraft

Windmill

Deutschland: Forschungsprojekt Windkraft

In dem Forschungsprojekt beschäftigen wir uns mit der Frage, ob und in welcher Form die Windenergie im Bereich der Entwicklungszusammenarbeit genutzt werden kann.

Florian Apfeld

Ausgangssituation

Erneuerbare Energien spielen eine entscheidende Rolle in der Entwicklungszusammenarbeit. Neben ökologischen Aspekten besitzen sie den Vorteil, unabhängig von der lokalen Stromversorgung zu sein, da sie als Inselanlagen betrieben werden können. Auch für den Fall einer Stromanbindung können mit Hilfe von erneuerbaren Energien Schwankungen im Stromnetz ausgeglichen werden.

 

Jede Technologie der erneuerbaren Energien bringt dabei Vor- und Nachteile mit sich. Photovoltaik (PV)-Anlagen sind vielerorts verfügbar und können relativ einfach aufgebaut werden. Allerdings ist die Stromgenerierung auch stark von den Tageszeiten abhängig. Außerdem stammen viele PV-Anlagen, die über lokale Händler bezogen werden, nicht von einheimischen Produktionsfirmen und werden oftmals importiert.

Neben der Wasserkraft, die bereits Teil einiger Forschungsprojekte bei Ingenieure ohne Grenzen ist, bietet sich außerdem die Windenergie als erneuerbarer Energieträger an. Sie hat u.a. den Vorteil, unabhängig von der Tageszeit zu sein. Weiterhin können Windkraftanlagen mit zumeist lokalen Mitteln erbaut und gewartet werden. Auf diese Weise wird durch ein einfaches Windradkonzept Hilfe zur Selbsthilfe möglich. Besonders interessant ist auch eine Kombination mit Solarenergie. Dies kommt einer autarken und sicheren Stromversorgung näher und unterstützt gleichzeitig die Unabhängigkeit der Gemeinden vor Ort. 

DEU_IOG_09_2

Projektbeschreibung

In dem Forschungsprojekt beschäftigen wir uns mit der Frage, ob und in welcher Form die Windenergie im Bereich der Entwicklungszusammenarbeit genutzt werden kann.

 

Aktuelle Projektphase

 

Recherche und Prototyp

Nach der Recherchephase haben wir uns dazu entschlossen, das Projekt mit einem ersten Prototypen weiterzuführen, um uns mit der Technik praktisch auseinanderzusetzen. Seit August 2021 bauen wir in dem MakerSpace „Halle 1“ der Westfälischen Hochschule in Gelsenkirchen unser erstes Windrad (Rotordurchmesser 2,4 Meter). Die Konstruktion basiert auf dem Design der Windradikone Hugh Piggott, die viele Vorteile für eine zukünftige Verwendung in der Entwicklungszusammenarbeit bietet. Alle Baugruppen können selbstständig mit grundlegenden Werkzeugen und einfachen Materialien zusammengebaut werden. Dadurch ist die Turbine wirtschaftlich und kann eigenständig gewartet werden.

Im Jahr 2022 werden wir den Prototyp fertigstellen und testen können. Einige Baugruppen sind bereits gefertigt worden. Zurzeit sind wir dabei, unsere letzten Flügel in die richtige Form zu bringen und den selbstgebauten Generator abzuschließen.

 

Aussicht

 

Test und Betrieb

Im nächsten Schritt wird das fertige Windrad auf seine Funktion getestet. Dazu gehören zunächst grundlegende Analysen, wie zum Beispiel das Messen des Verhältnisses zwischen der Windstärke und dem gewonnenen Strom, sowie die mechanische Überprüfung des sogenannten Furlings (das Herausdrehen des Windrades bei Starkwind).

Gleichzeitig planen wir, den Prototypen auch digital zu testen. Dazu gehören zum Beispiel Computersimulationen wie die CFD Analyse.

Nach abschließenden Funktionstests planen wir das Windrad an einem Standort im Ruhrgebiet aufzubauen und einen Langzeittest durchzuführen.

 

Evaluation und Optimierung

Anhand der gesammelten Erfahrungen in der Prototypenphase wollen wir anschließend die Konstruktion bewerten und ggf. optimieren. Mögliche Fragen sind: Können wir den Wirkungsgrad erhöhen? Erfüllt das Windrad die Sicherheitsanforderungen? Welche Materialien/Prozesse können bei der Umsetzung in der Entwicklungszusammenarbeit zu Herausforderungen werden?

 

Projektaussicht

Unser langfristiges Ziel ist die Durchführung eines Projektes im Rahmen der Entwicklungszusammenarbeit. Dies ist unserer Meinung nur nach den umfangreichen Vorbereitungen und den gesammelten Erfahrungen der Prototypenphase möglich.

Florian Apfeld und Magdalena Poppe

Mitmachen

Wir sind immer auf der Suche nach neuen Engagierten aus allen Berufs- und Altersklassen. Unser Projekt ist interdisziplinär und vielfältig. Wir können Unterstützung zum Beispiel in den folgenden Bereichen gebrauchen:

 

Technisch

- Mithilfe beim Aufbau des Prototypen in der Werkstatt

- Vorbereitung eines Messtechniksystems am Windrad

- Durchführung von Computersimulationen (CFD und FEM)

- Suche nach einem Windkanal für den Funktionstest

 

Nicht-Technisch

- Öffentlichkeitsarbeit

- Fundraising

- Juristische Unterstützung bei Genehmigungsprozessen für den Aufbau und Betrieb des Windrades

- Suche nach einem Standort für den Aufbau und Betrieb des Windrades

Ihr habt Interesse und wollt in dem Projekt aktiv werden oder mehr über das Windrad erfahren? Dann schreibt uns gerne eine Nachricht an ruhrgebiet@ingenieure-ohne-grenzen.org oder schaut bei dem nächsten Kennenlern-Treffen unserer Regionalgruppe vorbei.

Aufbau des Windrades

DEUIOG09_Aufbau in der Werkstatt Halle 1

Aufbau in der Werkstatt Halle 1

Die Herstellung unseres ersten Windrad findet im MakerSpace „Halle 1“ an der Westfälischen Hochschule in Gelsenkirchen statt

DEUIOG09_Aufbau in Werkstatt Halle 1

Aufbau in der Werkstatt Halle 1

Hier können haben wir genug Platz, um unsere Baugruppen zu erstellen. Außerdem können auf eine Vielzahl von Werkzeugen & Erfahrungen zurückgreifen.

DEUIOG09_Rotorscheibe_2.jpg

Rotorscheibe

Der Generator wird ebenfalls selbst hergestellt. Hier ist zum Beispiel die Rotorscheibe mit den Permanentmagneten zu sehen.

DEUIOG09_Stator2

Stator

Für den Stator werden Kupferspulen gewickelt, verbunden und anschließend vergossen.

DEUIOG09_Turmlager.JPG

Turmlager

Aus einfachen Stahlprofilen kann der Rahmen für das Turmlager zusammengeschweißt werden. Hier wird später die Radnabe befestigt, auf welcher den Generator und die Flügel montiert sind.

DEUIOG09_Fluegel_1.jpg

Rotorblatt

Mit unterschiedlichen Techniken werden die Holzflügel per Hand in die richtige Form gebracht.

Aktueller Projektfortschritt

DEUIOG09_Fluegel

Update 21.04

Alle drei Flügel sind nun vorbereitet und können bald eingebaut werden.

DEUIOG09_Stator_3

Update - 28.04.

Die Kupferspulen wurden in die Statorform vergossen

DEU_IOG09_Fluegel_3

Update 05.05.

Heute konnten wir das erste mal unsere fertigen Flügel zusammenlegen und für die Befestigung vorbereiten. Langsam fügen sich die alle Teile zusammen.

DEUIOG09_Stator12052022

Update 12.05.

Dieses Mal wurde der ausgehärtete Stator aus der Form entnommen und die Kanten leicht bearbeitet.

Spenden Sie jetzt hier oder unter dem Stichwort "Forschungsprojekt Windkraft"!