Aufgaben Ziele
Energie
im Überfluss
mit „Wind-Lasern" zu produzieren ist
Gegenstand dieser Arbeit. Dabei profitiert die 3te Welt genauso
wie die 1te Welt. Milliarden neuer Stromnutzer kommen hinzu. Sinnvolle Technologie
ist angewandter Umweltschutz, macht unabhängig und schafft Wohlstand
und Frieden. Auf die Kernfusion kann die 3te Welt genauso wenig
warten, wie wir.
Technologische Nachteile
von Rotoren
Heutige
Windanlagennutzer betreiben einen sehr großen und kostspieligen Aufwand,
um bis zu 90% der Windenergie ungenutzt und unangetastet zwischen
den Rotorblättern
hindurchfließen
zu lassen. Dabei wird 100% der Strömungsenergie gebraucht, um
die schweren Rotoren und die stromerzeugenden Systemteile bei Schwachwind
noch antreiben zu können.
So wunderte es niemanden, dass die massereichen Rotoren heutzutage
oft still stehen.
Bei
einem Sieb würde
sich auch niemand wundern, dass man damit nicht vernünftig und
effektiv schöpfen
kann. Jemand der mit dem Wasserflaschenverkauf Geld verdienen will,
hätte ein
teures Produkt, wenn er ein großes
teures Sieb als Schöpfmittel
einsetzte. Ein kleiner billiger Löffel wäre effektiver, um die Flasche
zu füllen.
Segel
oder Photovoltaik-Zellen die zu 90% aus Löchern bestehen, wären genauso
wenig effizient wie ein Sieb. Ein Geniestreich menschlichen Technologie
wird also kein Eingeweihter hinter Rotortechnologie vermuten.
Dabei
muss man wissen, dass nur ca. 60% der Windenergie wirklich auszubeuten
sind (Betzsches Gesetz).
Eine
perfekt funktionierende Rotor-Windkraftanlage wird also die Strömung, die
um die drehenden Rotorblätter
strömt,
im besten Fall zu 60% abbremsen, und in Drehbewegung der drehenden Systemteile
umwandeln. Direkt hinter den, weit sichtbaren drehenden Systemteilen,
wird also nur noch eine 40%ige Windgeschwindigkeit herrschen.
Dabei
wird eine Rotoranlage die bis zu 90% der Windkraft unangetastet
zwischen den Rotorflügeln
hindurchschlüpfen
lässt,
nur eine ca. Effizienz von 6% erreichen können, gemessen an der kreisrunden
Fläche
die die drehenden Rotorblätter
beschreiben. Die kreisrunde Fläche,
die der Rotor verbraucht, wird nicht wirklich genutzt. Auch der
Bereich unter der kreisrunden Rotorfläche wird verbraucht, aber nicht
genutzt.
Das
Beispiel mit dem Sieb als Schöpfmittel ist
gut als Vergleich. Auch dort wird viel Fläche verbraucht, aber nur wenig
Schöpfeffekt
realisiert. Allerdings soll ein Sieb filtern und sieben, und nicht
schöpfen.
Auch eine Windkraftanlage will mehr schöpfen als filtern/sieben. Will
man schöpfen
braucht man erst einmal unzerlöcherte
Fläche,
und keine zerlöcherte Siebstruktur.
So
kommt man zu dem Extratorprinzip (Segelprinzip, Blütenblatt,
bzw. Seestern), das zuerst voluminöse Strömung flächig 100%ig "einfängt", bzw. einleitet,
segmentiert, optimiert, bündelt,
beschleunigt und dann erst kleine drehende Systeme zum Ausbeuten
der Energie einsetzt. Dabei wird 100% Fläche/Energie auch wirklich genutzt.
Mit langgestreckten Ketten-Bandsystemen, die eben nicht als Rotor(Sieb)
ausgebildet sind, wird 60% Energie ausgebeutet. Damit wird das perfekt
funktionierende Windlaser-System ca. 50% der einströmenden Windenergie
auch wirklich nutzen (minus ca. 10% Reibungsverluste). Damit arbeitet
das System bei der selben Windsituation ca. 8,3 mal so effizient
wie ein Rotor (gemessen an der selben verbrauchten Rotorkreisfläche, die
beim Rotor nicht vernünftig
ausgenutzt wird).
Dabei
ist noch zu erwähnen,
dass leichte langgestreckte, schnell drehende Bandsysteme, die in
einem sehr schnellen Strömungs-"Strahl" stehen auch bei
Schwachwind noch drehen. Bei Sturm wird das „kleine" leichte solide Bandsystem, im Verhältnis zum „großen" schweren labilen
Rotor, ohne Probleme jeder Strömungskraft
standhalten.
Das
bedeutet, das Wind- und Strömungslaser
bei allen Windsituationen Energie liefern. Dieses schaffen keine „modernen,
großen" Rotoren. Im Jahresdurchschnitt
liefern Rotoren viel weniger Ertag liefern, weil sie entweder schwachwinduntauglich
oder sturmuntauglich sind.
Ballistische Prinzipien
mitverwenden
Leistungssteigernde
Mittel werden bei Wind- und Strömungslasern
eingesetzt(Turboeffekt). Dabei werden Partikel (spezielle Kugeln)
dem erzeugten Strahl beigemengt. Auch Wasser-Sprühnebel wird bei Windlasern
eingesetzt. Damit wird die Dichte und Wirkung des Strahls extrem
erhöht.
Dabei treffen dann zusätzlich
ballistische Partikel auf das drehende Band und beschleunigen deren
Drehbewegung zusätzlich.
Eine Kühlung
des Windes und des sehr schnell drehendes Bandes wird vorteilhaft
realisiert. Wind kann, und muss um die Systemobjekte ausweichen,
Partikel demgegenüber
schlagen auf und geben die zuvor gespeicherte Energie zu 100% ab.
Dabei
wird bei Windlasern ein Prinzip verwendet, das man vom Wasserstrahlschneiden
her kennt. Reicht Wasser zum Schneiden nicht aus, werden abrasive
Partikel mit beigemengt. Damit erhöht sich die Schneidwirkung
ohne mehr Energie zu benötigen.
Dieses
Prinzip ließe
sich bei Rotoren oder Mantelturbinen nicht einsetzen.
Dazu
wird ein schneller, energiereicher Partikel-Strahl benötigt. Diesen
Strahl können
die alten Anlagen nicht liefern.
Tauglichkeit und Aufgaben
„Große" Rotorsysteme, die
bei Schwachwind und Normalwind laufen können, sind nicht sturmtauglich.
Große" Rotorsysteme, die
bei Sturm und Normalwind laufen können, sind nicht schwachwindtauglich.
Nach
letztem Informationstand gibt es keine großen Auftriebsläufer-Rotoren
(Repeller), die bei allen Windsituationen funktionieren.
So
schaffen es nur kleine Rotoren und Mantelturbinen ins Modellgröße, oder
solide Windlaser bei allen drei Windsituationen zu laufen.
Eine
ernst zunehmende Windenergieanlage muss bei allen Windsituationen
zuverlässig
billigen Strom liefern. Sie muss dabei groß, flächig und belastbar wie ein
Berg oder Hügel
sein, um „billigen" Strom im Industriemaßstab liefern
zu können.
Und das wichtigste von allem, sie muss keine extrem teure Flugzeugtechnologie
verwenden, um billigen Strom produzieren zu können.
Dabei
werden nicht zufällig,
alle sturmbelastbaren großflächigen Objekte
(Berge, Hügel,
Steilhänge,
Steilküsten,
Gebäude,
Großzelte
usw.) modifiziert als spezielle Extratoren (Segelprinzip, Blütenblattform,
bzw. Seesternform) bei Windlasern mitverwendet.
Konzepte
die in Groß funktionieren,
lassen sich auch in klein realisieren (siehe Schirm- oder Zelt-Windlaser). Derartige
kleinen System lassen sich wie ein Schirm oder Zelt schnell auf-
und abbauen.
Natürliche Ressourcen nutzen (Bionik)
Beispiel Fliege
Das
eine Ameise 7x ihr eigenes Gewicht tragen kann ist bekannt. Ein
Elefant ist im Vergleich ein Schwächling. Auch die simple Fliege
ist ein Beispiel für
Leistungsgigantomanie. Sie schafft es, in einem für sie zähen Luftmedium,
so schnell zu fliegen wie ein Flugzeug. Dabei ist die Luft für die Fliege
so Dick wie Öl
für uns,
bzw. ein Flugzeug wäre.
Damit wird deutlich, das die Natur einen Millionenjahre alten technologischen
Vorsprung hat. Diesen nicht zu nutzen währe unvernünftig. Nun ließe sich
auch darauf erwidern, das auch Rotoren das Prinzip (siehe Vogelflügelprofil)
nutzen und daher ihre Leistung gegenüber Wiederstandsläufen (Windmühlen) extrem
verbessern konnten. Dieses ist sicherlich auch richtig. Dabei sollte
mindestens das Kosten- und Stabilitätsproblem, auch erwähnt werden,
das sich dadurch ergibt. Allerdings gibt es neuere Forschungsergebnisse die
den Flug der Fliege endlich erklären
können.
Dabei
erzeugt die Fliege durch das Flügelschlagen
(halber Bewegungsablauf), und die dabei stattfindende Drehbewogung,
einen Unterdruck und einen Wirbel. Beim Zurückbewegen in die Ausgangsposition
muss der Flügel
durch den Wirbel und den Unterdruckwirbelbereich. Dabei wird das
selbe Prinzip zweimal genutzt. Effekt... ist eine Katapultwirkung.
Dabei katapultiert (saugt) die Kraft die Fliege nach vorne. Diese
Sogkraft ist für
die extreme Leistung und Geschwindigkeit verantwortlich. Einen Effekt
mehrmals auszunutzen ist ein Prinzip das der Windlaser mit seinen
Stufenprinzip nutzt. Auch dort werden starke Druckunterschiede hintereinander
erzeugt.
Bis
vor Kurzem konnte man mit allerlei von Menschen gemachten Gesetzen
und Berechnungen (Formeln) nachweisen, dass eine Fliege, Hummel usw.
nicht Fliegen kann. Die Natur weis das aber besser, denn die Fliege
fliegt immer noch und lässt
sich nicht beirren.
Dabei
sollte eines auffällig
sein, bzw. werden; Forscher (Menschen) unterschätzen die Natur und deren Leistungen,
und überschätzen ihre
wenig durchdachten technologischen Errungenschaften. Biologische
Leistungsgiganten erst sehr spät
zu analysieren, ist kein Aushängeschild
für die
Forschung im allgemeinen. Vielmehr sind Weltraumfahrer und Flugzeugbauer,
die nicht wissen, wie eine simple Fliege fliegt, stark bildungsbedürftig. Arroganz
und Ignoranz sind schlechte Lehrmeister. So wird ein gewissenhaft
arbeitender Konstrukteur, sich ersteinmal von Lehrmeister Natur
beraten lassen, bevor er Hilfe bei renommierten Professoren und
Institutionen sucht.
Sinnlose
Material- und Ressourcenverschwendung sind verhängnisvolle Prinzipien, die man
in der Natur glücklicherweise
nicht findet.
So
wird hoffentlich deutlich, warum Magnolienblüte, Seestern, und Hai usw.
sehr viel zu bieten haben (Bionik) und hatten. Viele biologische
Konstruktionsgrundlagen sind bei Windlasern und Varianten zum Einsatz
gekommen. Dabei sind Formgebungen extrem wichtig. Aber auch Oberflächen und Materialien
sind von starker Bedeutung.
Dabei
ist erfreulich, dass viele deutsche Forscher die Windlaserprojekte,
Strömungslaser
und Partikelströmungslaser
mit ihren Forschungsergebnissen unbeabsichtigt fördern (siehe Materialwissenschaften
usw.).
Zeichnung Blatt A (Dez.
2006)
A01 zeigt nur die 1. Stufe der eigentlichen Anlage.
Gezeigt wird ein Schirmsystembauart bei dem nur eine Strömungsteilfläche (55)
sichtbar ist. Ein kompletter Schirm (8eck) besteht mindestens aus
acht Strömungsteilflächen.
Gut
sichtbar sind die gespreizten, gebogenen Verstrebungen (56a)
lang und (56b) kurz, die in diesem Falle nicht mit Strömungsflächen versehen wurden.
Zur besseren Anschauung wurden die weiteren sieben Strömungsteilflächen bei
dieser Zeichnung weggelassen. Natürlich sind auch Systeme denkbar
die nur 4 oder mehr Sternarme besitzen. Ein biologischer Seestern
besitzt meistens 5 Sternarme.
A02 zeigt ein Schirmsystem bei dem alle acht Strömungsteilflächen angebracht
wurden. Deutlich wird bei dieser Zeichnung, dass der Seestern Vorbild
war. Üblicherweise
werden Schirmbauarten aus Stoff und Draht sehr materialsparend und leichtgewichtig
hergestellt. Die Stabilität
und Belastbarkeit ist dabei im Verhältnis zum Gewicht sehr beeindruckend.
Insbesondere dann, wenn noch zusätzlich
Spannseile wie bei einem Zelt verwendet werden.
In A03 sieht man nur das aufgeklappte Gerüst des Schirmes.
Das Konzept ist im Prinzip wie ein großer Sonnenschirm konzipiert,
also auch schnell wieder zusammenklappbar.
In A02b sieht man nur zwei Strömungsteilflächen, sowie
die Möglichkeit
dieses System in ein Rohr (58), sowie mit dem Schirmmast
(57) in den Boden zu stecken. Bei diesem System muss der Wind
zwangsläufig
aus einer Richtung kommen müssen,
damit das System funktioniert. Bei A02 kann
der Wind aus allen Richtungen kommen.
Bei A02b wird das Rohr mit einem Gewinde fest
in den Boden hineingedreht und damit verankert. Durch Einstecken
des Schirmsystems in das Rohr ist es möglich, dass System soweit nach
unten zu schieben, sodass nicht zwangsläufig ein freier Bereich unter
dem Schirm bleibt, vielmehr können
die gebogenen Träger
auch unten am Boden befestigt werden. Somit hält das System Sturmstabilität.
Vorteile des Schirmprinzips
Im
Prinzip gelten sämtliche
Vorteile die auch bei einem Regenschirm vorhanden sind, und zwar obwohl
der Regenschirm große
Ausmaße
hat, kann man ihn so zusammenklappen, dass er platzsparend wegtransportiert
werden kann. Das ist natürlich
ein Vorteil, wenn das System mobil und schnell auf- und abbaubar
sein muss. Materialsparend und ressourcensparend ist das Konzept
allemal. Die Seesternform hat eine Extratorfunktion, und zwar wird
einströmende
Strömung über dem
Sternsystem gebündelt und
beschleunigt. Es entsteht eine Fokussierungswirkung wie bei einer
Lupe in der Optik (Extratorprinzip).
Bei A01, A02, A02b und A03 wurde
das Stromerzeugende System, das sich normalerweise direkt im Zentrum
befindet, weggelassen.
Um
die Formgebung der angeströmten
Strömungsteilflächen Form
zu verleihen, wurden die gespreizten Träger in Form gebogen. Zusätzlich werden
kürzere
Streben (56b) verwendet. Diese geben der Stöhnungsfläche die
perfekte Form. Zur weiteren Stabilität dienen Seile bzw. Spannsysteme
die die Streben miteinander verbinden. Hier nicht zeichnerisch dargestellt.
Diese Seile und Verspannungen geben dem System bei Sturm den nötigen Halt,
wie ein Netz, das sich unter der Stofffläche befindet, wird so zusätzliche
Stabilität
aufgebaut. Jenachdem wie weit der Schirm aufgespannt wird, bzw.
wie weit oder in welchem Winkel die Flächen im Wind stehen, kann eine
Regulierung der Strömung
vorgenommen werden.
Vorteile der Seesternform
Gegenüber der
Blütenformgebung
der Mangnolie (Tulpenbaum) hat die Seesternform entscheidende Forteile.
Obwohl die Funktion einer angeströhmten Seesternteilelemente ähnlich ist,
wie die eines Magnolienblattes, wird die Seesternform sehr viel
stabiler sein. Viel Fläche
ist sozusagen am Boden zu verankern. Damit wird das Seesternsystem sehr
viel sturmstabieler als das eine im Prinzip labilere Magnolienblütenform
sein kann. Auf Unterwasserströmungssysteme
wirken bekanntlich sehr viel größere Kräfte, als
bei normalen Windgeschwindigkeiten. Sturmtaugliche Systeme sollten
prinzipiel die Seesternform besitzen. Auch am Meeresboden eingesetzte
Systeme müssen
extrem stabil sein. Dabei realisiert eine Qualle mit Erhöhung des
Innendruckes ihre Formstabilität
bei Strömungsbelastung.
Dieses Prinzip ist perfekt einzusetzen. Dabei muss allerdings eine
Luft bzw. Wasserdichtheit realisiert werden. Auch ein normaler Autoreifen
erhält
durch Aufpumpen seine Elastizität
bei gleichzeitiger Härte
und Belastbarkeit.
Um
Wasserdichtheit zu realisieren wird dann noch eine große Basisfläche benötigt (nicht
gezeigt). Das Schirmsysteme hat dann auch etwas von einem Ballon
(Schirmballon). Sicherlich ist auch ein Fundament, oder Ponton einsetzbar,
um das System besser darauf verankern und zu können. Damit wird das System
schwimmfähig.
Beim Fluten des Pontons mit Wasser kann das System dann auf den
Meeresgrund abgesenkt werden. Damit werden Strömungskräfte am Meeresboden ausbeutbar.
A04, A06, A07, A09 zeigt ein,
der Magnolie nachempfundenes Dreiblattsystem, bzw. auch Sechsblattsysteme.
Gut sichtbar ist der, im Zentrum des Systems befindliche, Mast (59)
, an dem sich das System schwenkbar automatisch ohne Motor in den
Wind dreht. Es werden auch Stelzen (60), an denen die Halteseile
(61) befestigt sind, gezeigt. Somit wird der Mast mit dem
Mastsockel (59b) durch die Seile, bzw. Stelzen gestützt und
stabilisiert.
Auch
hier wird das Stufenprinzip verwendet. Vorne große Blütenblätter, weiter hinten kleinere
und sehr kleine Blütenblätter. Somit
besitzt dieses schwenkfähige
Systeme drei Stufen. In drei Stufen wird der einströmende Wind
beschleunigt, und in das Bandsystem geleitet. Die Stelzen sind vorteilhaft
in Überflutungsbebieten
oder in sumpfigen Landstrichen einzusetzen. Dabei wird die Stabilität der Stelzen
durch deren Biegsamkeit erzielt. So wie ein Baum durch seine Flexibilität Stabilität und Standsicherheit
erhält.
Sicherlich sind auch weniger elastische Betonsäulen verwendbar. Simple Baumstümpfe sind
eine perfekte grundsolide Halterung bzw. Fundament. Die weltverzweigten
Wurzeln sind an Belastbarkeit kaum zu optimieren.
Die
Stelzen haben einige Vorteile: Wie ein Vogel mir langen Stelzenbeinen
durch sumpfiges Gelände
kommt, kann man sicherlich mit dem Stelzenprinzip auch Windenergieanlagen
aufbauen, wo es normalerweise schwierig bis unmöglich wäre. Überflutungsgebiete und Sümpfe sind
somit perfekt nutzbar. Überflutung
sind für
die auf Stelzen befindlichen Systeme kein Problem. Weiter haben
die Stelzen die Aufgabe, die Grundfläche des gesamten blütenblattähnlichen
Systems zu verkleinern. Würden
die Stelzen nicht eingesetzt werden, hätte das den Nachteil, dass
die Seile die den Mast stützen
sehr ausladend auf die Bodenfläche
hinausragen. Im Prinzip können die
Stelzen normale Metallträger
sein, die in den Boden gerammt werden.
Bei A05 befindet sich oben auf dem Seesternsystem
ein sechsblättriger
Windlaser. Die Strömung
wird durch den Seestern schon auf die 2-3fache Geschwindigkeit gebracht.
Bei A07 sind auch die stabilisierenden Verstrebungen
(62) sichtbar, also der Käfig der alle Blütenblätter (63)
hält, bzw.
an dem viele Spannseile angebracht sind. Dabei werden die großen Blütenblätter wie
Segel aus Stoff gefertigt, und mit Netzen, Rippen und Spannseilen
in Form gebracht (nicht gezeigt). Dadurch wir das gesamte schwenkfähige System
leicht und im Prinzip mobil.
Bei A08 und A010 wird
das Bandsystem gezeigt. Bei diesen Zeichnungen wurden der Gehäusekasten,
sowie die Halterungen für
die drehfähigen
Elemente entfernt.
Gut
sichtbar wird damit der sonst vielseitig verschlossene Kanal, in
den die Strahlströmung
einfließt
und hinten austritt.
Hier
wurden der Einfachheit halber die Zapfen mit einem netzartigen,
bzw. siebähnlichen
Material erzeugt. Diese beweglichen Zapfen, die sich automatisch
bei der anströmenden
Strömung
hochstellen, sind einfach herzustellen.
Dazu
wird, wie in A12 gezeigt, ein netzartiges
Material zu einer Spirale (64) aufgewickelt und mit Ringelementen
(65), die von oben aufgesteckt werden, stabilisiert. Dabei
wird im Sockel (66) die Befestigung und der Klappmechanismus
mit Feder eingebaut.
Im
Prinzip ist jeder Zapfen eine dreidimensionales Netzsystem. Aber
auch die Anordnung der Zapfen nebeneinander und versetzt voneinander
ergibt eine dreidimensionale netzähnliche Struktur.
So
wird einerseits die Strömung
nicht gänzlich
blockiert. Sie muss letztendlich durch die Hindernisse strömen. Nur
so kann es erreicht werden, dass die Strömung durch den Kanal strömt und nicht
einfach außen
daran vorbei strömt.
Wird
jeder Zapfen, bzw. die Netzspirale des einzelnen Zapfens zu eng
gewickelt, bzw. die Netzstruktur zu grob und luftdurchlässig gewählt, kann eine
Funktionsfähigkeit
des Bandsystems nicht perfekt sein.
Sicherlich
können,
anstelle der in A11 gezeigten Siebstrukturzapfen,
auch tragflächenähnliche
Systeme verwendet werden. Bei diesen tragflächenähnlichen System wird dann automatisch
erreicht, dass durch den Auftrieb (Sog) der Tragflächen sich
der Zapfen aufrichtet. Nach dem Beispiel der Auftriebsläufer (Tragfläche) wird
dann der Tragflächen-Zapfen
nach oben bewegt, aber auch das Band nach hinten gezogen. Allerdings
haben derartige aufwendige Oberflächen und Profile fertigungstechnische
Nachteile. Die Tragflächensysteme
werden viel zu teuer. Als Verschleißteile ist es viel besser einfach normale
Standardstahlnetze zu nehmen, die in Spiralform gebogen werden.
Diese Verschleißteile
können
einfach und billig ausgetauscht werden. Auftrieb erzeugende Systeme
müssen
sauber und immer strömungstechnisch
perfekt sein, um zu funktionieren.
A13 zeigt, das die Seesternteilelemente (hier
6 gezeigt) wenn man sie anders anordnet und ausrichtet, im Prinzip
wie eine Magnolienblüte
funktionieren. Hier wirken allerdings Windkräfte auf alle 6 Blätter der „Blüte" gleichzeitig. Beim
Seesternkonzept (A05) werden nur wenige 3 von
8 Flächen belastet
und vom Wind (Wasserströmung)
angeströmt,
während
die anderen unbelasteten 5 Flächen die
belasteten Flächen
stützen.
Sie haben in dem Moment also keine Extrator-Strömungsfunktion.
Sie sind Stütze
und stabilitätsrelevant.
Dabei kann der Innendruck in dem geschlossenen Seesternsystem bei Sturm
erhöht
werden und die gesamte Hülle
zusätzlich
stabilisieren. Diese Funktion kann ein offenes System wie eine Blüte nicht
realisieren.
Wären die
Strömungskräfte, die
unter Wasser herrschen genauso „schwach" wie die an Land wären Konzepte wie die der Blüte ausreichend.
Blätter
von Bäumen
oder Blumen verbiegen sich einfach bei Sturm und bieten weniger
Fläche
zum Selbstschutz (siehe Nachteil von üblichen Windrotoren (Auftriebsläufern)).
Der
Lebensraum unter Wasser ist ein anderer und braucht dabei solidere
Konzepte (siehe Seesterne, Quallen usw.). Mit diesen Formgebungen
wir deutlich, welche Kräfte
unter der Meeresoberfläche herrschen.
Leider sind derartige Kräfte
wenig im Bewusstsein von Technikern (siehe unnötige und überflüssige Kernfusion).
A14
Grundsatz:
Jede
Kraftwerksanlage soll so klein und unauffällig sein wie es geht, dabei
so effizient arbeiten, wie es technisch möglich ist.
Rechts
wird die winzige Fläche
gezeigt, die ein Rotor (Auftriebsläufer) in den Wind bringt. Viel Platz
wird verbraucht, aber nur wenig Nutzfläche in den Wind gebracht (Pseudoflächennutzung).
Ca. 90% der Windenergie geht zwischen den Rotorblättern ungenutzt
und unausgebeutet hindurch. Mehr als die gleiche Fläche wird
unterhalb des Rotors noch einmal verschwendet und zu 100% nicht
genutzt. Effekt.... weit sichtbare drehende Rotorblätter und
sehr wenig Ertrag in Relation zur Flächenverschwendung und Sichtbarkeit.
Die
Anlage links (Blütenprinzip)
schafft die gleiche Fläche
(oben) wirklich zu nutzen, und den Wind beschleunigt auf ein kleines,
stabiles, seriell fertigbares, kleines Aggregat im Zentrum zu leiten.
Dabei kann auf einen großen
Zeppelin, oder auf teure handgemachte Rotorblätter (siehe Anlage Mitte) verzichtet
werden. Allerdings wird auch unter dem System Platz verschwendet.
Stelzen
(Turm) können
sinnvoll sein, wenn Anlagen in Überflutungsgebieten
stehen, oder wenn mit sehr hohen Wellen zu rechnen ist.
Sicherlich
müssen
sehr teure Systeme (Rotoren) in die Höhe bugsiert werden, weil dort
mehr Wind herrscht. Somit wir versucht die Schwächen auszugleichen (sieh nur
ca. 10% wirksame Fläche).
A15 zeigt einen eher halbherzigen, improvisierten
Optimierungsversuch (keine wirkliche Alternative). Die Tropfengeometrie
(z.B. Zeppelin, oder auch die blütenblattähnlichen
Strömungsflächen) bündelt und
beschleunigt den Wind in Richtung der drei 9 blättrigen Windanlagen. Die Fläche (Windenergie),
die bei dem normalen Windrad (A14 Mitte) nur
zu 10% genutzt wird, wird zu 100% genutzt. Kleinere 9 blättrige Windanlagen
sind stabiler und preisgünstiger,
und nutzen 3 mal mehr Fläche
der Rotorblätter.
Stabilisierende Seile können
diese auch bei Starkwind, oder Sturm einsatzfähig machen. Trotzdem lohnt
der Aufwand nicht. Die Konzeption ist viel zu teuer und damit auch
der produzierte Strom.
Zeichnungen
Blatt B
Die
meisten Figuren dieser Zeichnungsseite werden Zeltbau-, bzw. Drachenbaukonzepte
zum Aufbauen des Sternsystems gezeigt. Auch diese Bauarten sind
gut geeignet, um leichte und sturmbelastbare Großflächen zu erzeugen. Dazu werden nach
dem Käfigprinzip
wieder Rahmenträger
(67) zusammengesteckt, die dann zum Aufspannen der eigentlichen
Strömungsfläche vorgesehen
sind. Insbesondere beim Drachenbaukonzept werden viele Halteseile
hier nicht dargestellt, verwendet. Dabei ist es ggf. sinnvoller
alle Rahmenträger
innen unsichtbar unterzubringen, um einen gewissen Verwitterungsschutz
realisieren zu können
(siehe auch Schirmbauprinzip).
Bei B01 wird ein Sternsystem gezeigt, das sich am
Boden befindet. Derartige System lassen sich auch auf Häusern, sowie
Dächern
aufstellen. Vorteilhaft dabei ist, das keine drehenden Elemente
sichtbar sind. Bekannt ist, dass Rotorblätter mit den drehenden Rotorblättern und
der Sonne, bzw. Himmel zusammen lästige Lichtschattenreflexe verursachen.
Stroboskopartige Lichtschattenreflexe verursachen bei vielen Menschen
epiliptische Anfälle.
Weiter sind der Eisabwurf, und die Geräuschentwicklung zu nennen.
Schallisolierende Gehäuse
sind nicht anbringbar (Ausnahme Mantelturbine). Übliche Windräder lassen
sich in Städten
deshalb kaum verwenden.
Bei B01 befindet sich über dem Seesternsystem (1.
Stufe der Anlage) der schwenkbare Teil der Windkraftanlage. Dabei
wird die einfließende Strömung durch
das Seesternelement schon wirkungsvoll beschleunigt, dann in der
zweiten Stufe weiter beschleunigt, und in der dritten Stufe noch
einmal beschleunigt, bevor es zum Bandsystem geführt wird.
Bei B07, B08 und B09 sind die beiden oberen Stufen, sowie das Gehäuse des
Doppelband-Kettensystems, sichtbar.
Bei B02 wird das in B01 gezeigte System
schräg
von der Seite gezeigt.
Bei B03 wird gezeigt, wie die einfließende Strömung (71) über dem
Sternsystem einen Tropfenbogenverlauf nimmt. Direkt über der
Spitze im Zentrum des Sternsystems entsteht dann eine beschleunigte
Strömung
(Extratorfunktion). Der Tropfen (71b) ist hierfür nur ein
Hilfskonstruktion, die konvex gewölbte Fläche (69) erklärt.
Bei B04 wird eine einzelne Strömungsfläche, bzw. deren Geometrie gezeigt.
Diese Formgebung ist wie ein Segel mit verschiedenen Bauarten zu
erzeugen. Dabei ist Gewebe, wie bei einem Segel (Zelt, Schirm) das
materialsparendste Leichtbaukonzept. Im Prinzip besteht die Geometrie
wie bei einem Magnolienblatt aus der mittleren schräg zur Strömung stehenden
Barrierefläche,
die aus einem unteren leicht konkav nach innen gewölbten Bereich
(68), sowie aus dem oberen leicht konvex nach außen gewölbten Bereich
(69).
Die
schwierig mit Gewebe zu erzeugende löffelähnliche Geometrie des Magnolienblattes (E12) wurde vereinfacht, um das System preiswert
in der Größe bauen
zu können.
Die
seitlichen beiden Canyonseitenleifflächen (70) schließen lückenlos
im gerundeten Verlauf an den mittleren Bereich an. Damit sind die
vier Bereiche der Strömungsteilfläche mit
fließenden Übergängen windschnittig
gestaltet. Selbstverständlich ist,
dass diese Fläche
winkelig als Barriere zum Wind stehen muß, damit die Barierewirkung
und die Canyonwirkung (Venturi) und damit die Beschleunigungsfunktion
und Sogwirkung des Systems zum Tragen kommen kann.
Bei B05 und B06 wird
ein System gezeigt, das wiederum durch einen Mast schwenkbar gehalten
ist, und das eine weitere 180° gedrehte Strömungsflächen besitzt.
Damit wird die Leistung des Systemes verdoppelt. Die umgedreht herumstehende
Strömungsfläche hat
eine zusätzliche
Funktion. Es wird dort Regen aufgefangen und in das System eingeleitet.
Das hat den Vorteil, das dichtere Partikel in die Strömung mit
einfließen.
Damit wird die Strömungsdurchschlagskraft
erheblich erhöht.
Sozusagen hat die obere Anströmfläche dann
eine Sammelfunktion wie ein umgedrehter Regenschirm.
Der
obere Mastbereich (74b) hat eine Wassersammelfunktion.
Es kann sich dort ein Behältnis für Wasser
befinden. Dort wird eine bestimmte Menge Wasser bevorratet aufbewahrt.
Bei B06 wird das in B05 gezeigte System
von der Seite gezeigt.
Bei B07 und B08 kann
zum Sammeln des Wassers nur der obere Bereich des Mastes dienen.
Bei B09 wird deutlich, dass das System von oben wie
ein Drachen aussieht. Allein dadurch wird schon sichtbar, dass das
System eine Strömungsrelevanz
besitzt.
B10 und B11 zeigen
Kugelelemente. Diese Elemente haben mehrere Funktionen. Sie werden
in den Strömungsstrahl
eingeleitet. Das bedeutet, das die beschleunigte Strömung diese
Elemente mit sich nimmt. Diese, durch die Windkraft beschleunigten
Kugeln, besitzen dann so wie der Strahl kinetische Energie.
Über das
Stufenprinzip sehr beschleunigt prallen die Kugeln auf das Bandsystem
und geben ihre Energie an das Bandsystem ab. Während bei Auftriebsläufern und
Wiederstandsläufern
die Luftströmung
ausweichen kann prallen die Kugeln auf das Band, bzw. deren Zapfen
und Funktionselemente. Damit wird ein ballistisches System bei derartigen Anlagen
mitverwendet, welches die Leistung des System weiter extrem steigert.
Nach
dem ballistischen Prinzip geht dann die Strömungsenergie der beschleunigten
Strömung
teilweise in diese schwereren Kugelelemente über. Damit wird die Strahl-Strömung schon
vor dem Bandsystem gebremst. Die Energie geht aber nicht verloren.
Sie befindet sich dann in den Kugeln. Die Energie der Kugeln wird
dann frei, wenn diese kugelähnlichen
Elemente auf ein festes Hindernis prallen.
Bekannt
ist bei Wasserstrahltechnologie, dass ab einer bestimmten Materialstabilität z.B. Hartmetall,
ein abrasives Material, z. B. Sand mit beigegeben werden muss, um
eine ausreichende Schneidwirkung zu realisieren. Dieses Prinzip
kann man gut bei Windlasern einsetzen. Wind- bzw. Wasserbewegung
kann um ein Hindernis ausweichen. Partikel, die dichter sind als
das Fluid das sie mit sich reißt,
haben größere Wirkung
als das Medium selbst.
Somit
erhält
der Fluidstrom mehr Durchsetzungskraft. Die festen Partikel können einerseits
aus Wasser sein, oder andererseits aus Sand und anderen festen Körpern bestehen.
Dabei hat Sand (siehe Wüsteneinsatz)
sicherlich negative Abnutzungswirkung auf Oberflächen der Anlage, wodurch extrem harte
und perfekte Oberflächen
der Anlage besondere Bedeutung bekommen. Materialwissenschaften sind
bei megaleistungsstarken und übergroßen Partikel-Windlasern
von extrem starker Bedeutung.
Bei B10 besteht die Kugel aus einem inneren schwereren
Kern (72), sowie flexiblen federnden Elementen (73)
und den äußeren speziell
geformten Abrollflächen
(74). Die Strömung
kann sozusagen in die Kugel hineinströmen und muss zwangsläufig wieder
hinaus. Dadurch wird ein Sog erzeugt der die Kugel mitsich reißt. Dieses
Prinzip kann man soweit perfektionieren, dass die Kugel eine Rotation bekommt.
Das kennt man bei Tennisbällen
die eine Topspinnrotation haben. Dadurch bekommt die Kugel einen
Auftrieb (Magnus Effekt). Dieser Auftrieb bewirkt, dass die Kugel
nicht zwangsläufig
mit den Strömungsteilflächen kollidiert.
Bei B11 besteht die Kugel aus vielen kleinen bürstenähnlichen
Elementen (76). Die Kugel hat damit eine Doppelfunktion,
und zwar funktioniert sie wie eine reinigende Bürste, die die Strömungsflächen reinigt,
und die natürlich
auch nach dem ballistischen Prinzip Energie der Strömung aufnehmen kann.
Bei beiden Kugeln wird der Aufschlag, oder die abrasive Wirkung
des Aufschlags auf das Bandsystem, oder deren Zapfen, dadurch abgeschwächt, dass
die Kontaktelemente biegsam und flexibel, also weich gehalten werden.
Dadurch wird auch Schall auf ein erträgliches Maß reduziert. Durch das spezielle
Schallschutzgehäuse
(75) wird Schall weiter reduziert bis eliminiert.
Wichtig
ist noch der Sogeffekt (Wechselwirkung) den die Kugeln, bzw. die
Partikel für
das Fluid, in dem sie sich befinden, erzeugen. Strömung weicht um
Hindernisse aus und erzeugt aufgrund der Beschleunigungswirkung
einen Sog. Dabei wird die kinetische Energie nicht gut ausgebeutet.
Die Partikel können
nicht ausweichen und erzeugen für
die Strömung,
die eigentlich stärker
um das Hindernis vorbeiströmen
würde,
einen Sog. Dieser Sog, den die Partikel verursachen, bewirkt, dass
die Strömung
viel stärker
auf das Hindernis wirkt. Einerseits reißt die Strömung die Partikel mit, andererseits
reißen
die Partikel die Strömung
mit (Wechselwirkung), und ändern
damit die Ausweichkurve, den die Strömung um das Hindernis herum
sonnst nehmen würde.
Transport für die Partikel
Bei
Regen (Nebel) oder Schnee sind genügend Partikel in der Luft,
die zu nutzen sind. Dazu reichen normalerweise sämtliche im Regen stehenden Strömungsflächen aus,
um diese Partikel zu sammeln. Jenach Windstärke, bzw. Strahlgeschwindigkeit
werden die Regentropfen (Schnee) schon Richtung Bandsystem mitgerissen.
Ob die Regentropfen allerdings beim Bandsystem ankommen ist von
deren Größe (Gewicht,
Oberfläche)
abhängig.
Somit wird viel Regen nicht am Bandsystem ankommen, und vorher durch
Sammelrinnen der Anlage aufgefangen.
Um
viel Regen nutzen zu können,
muss das Wasser fein zerstäubt,
bzw. vernebelt werden, und an bestimmte Stellen gepumpt werden.
Dort erzeugen Zerstäubungsdüsen, feine
Tröpfchen.
Ultraschallsysteme erzeugen Nebel, und sehr feine Tröpfchen.
Diese Tröpfchen
werden an diversen Stellen erzeugt und in den Luft-Strahl eingeleitet.
Große schwere
Partikel, bzw. Tropfen können
vor dem Band in den Strahl eingeleitet werden. Dort ist die Strahlgeschwindigkeit
hoch, also kraftvoll. Schwere Partikel werden ohne Probleme mitgerissen.
In der z.B. 1. bzw. 2. Stufe, also weit vor dem Bandsystem, können nur
feinere und leichtere Partikel (Nebel, Sprühpartikel) in die Strömung, bzw. Strahl
eingeleitet werden. Dort ist die Strömung noch relativ schwach.
Das ändert
sich allerdings bei Sturm.
Aufgrund
der großen
Oberfläche
von Schneeflocken sind diese viel leichter in einem Strom zu transportieren.
Das bedeutet, dass ohne Probleme sehr viel Schneemasse schon in
einem langsamen Strom Richtung Band befördert wird.
Sicherlich
erzeugt der Windlaser auch ohne Partikel im Windstrom Energie.
Weniger
Leistungsfähig
wird der Windlaser, wenn kein Regen oder Schnee fällt, bzw.
kein Nebel ist. Dann müssen,
bzw. können
andere Partikel genutzt werden (B10 und B11). Diese müssen zwangsläufig in
einem Kreislauf immer wieder verwendet werden. Sie stehen nicht
unbegrenzt zu Verfügung.
Dabei wird ein Förderband
diese Aufgabe übernehmen.
Allerdings sind auch Pumpsysteme eine einfache Möglichkeit mehr oder weniger
feste Partikel mit Wasser zusammen an den gewünschten Einsatzort zu bringen.
Dabei ist die Pumpenvariante besser, weil Wasser als Kühlung des
Bandes und zum Reinigen der Oberflächen verwendet wird.
Mehrere
Kreisläufe
nebeneinander bzw. gleichzeitig zu verwenden erscheint sinnvoll.
Ein kurzer Pump-Kreislauf nutzt in Bandnähe (Stromerzeugung) viele „schwere" Partikel und viele
große
Wassertropfen (ggf. Zugabe von Reinigungsmittel, bzw. Enteisungsmittel).
Ein weiterer Kreislauf (ggf. Schaufelband) transportiert Schnee
oder Eispartikel zur 2. bzw. 3. Stufe. Ein weiterer langer Pump-Kreislauf (zur 1.
Stufe) nutzt Wasser und Reinigungsmittel, bzw. Enteisungsmittel
und Nebel, bzw. sehr feine Tröpfchen.
Ein
weiterer mittellanger Pump-Kreislauf (zur 2. Stufe) nutzt Wasser
und Reinigungsmittel, bzw. Enteisungsmittel und mittelfeine Tröpfchen.
Dabei
ist die verwendete Partikelmenge von der Windgeschwindigkeit, die
vor dem Partikel-Strömungslaser
herrscht, abhängig.
Bei Sturm kann viel Partikelmasse in der Anlage befördert werden.
Bei Schwachwind nur wenig oder überhaut
keine.
Dabei
kann Nebel und feine Tröpfchen Schall
durch Brechung vorteilhaft minimieren. Feste Partikel und Eispartikel,
bzw. Schnee kann Geräusche
erzeugen.
Weite
ist zu nennen, dass Wasser natürlich auch
im Bereich der Austrittsdüse
zu Einspartikeln gefroren werden kann. Dabei wird allerdings viel
Energie verbraucht. Hinter der Anlage wird das Eis wieder zu Wasser
und kann wieder im Kreislauf gepumpt werden. Unklar ist, ob derartiger
Aufwand, noch wirtschaftlich und sinnvoll ist.
Zeichnungen
Blatt C
C01 zeigt eine weitere Bauart mit der man sehr
stabile und großflächige Anströmungsflächen, mit
minimalem Arbeits- und Materialaufwand erzeugen kann. Will man sehr
große
Mega-Strömungsflächen (77)
erzeugen, die jeweils einen km2 Ausmaße besitzen,
sind die bis jetzt gezeigten Bauprinzipien nicht mehr sinnvoll einzusetzen.
Dazu braucht man andere Baukonzepte. Bei C01 und C02 wird nur eine Mega-Strömungsteilfläche eines Sternsystems gezeigt.
Dieses Teilsegment wird dann eingesetzt, wenn die Strömung zuverlässig oft nur
aus einer Hauptrichtung kommt. Da diese vorherrschende Windrichtung
relativ selten zu finden ist, wird üblicherweise die Seesternform
(C06) verwendet. Dort spielt die Windrichtung keine
Rolle mehr.
Gut
sichtbar ist bei C01, dass mit vielen Säulen jede
schwierige Geometrie zu erzeugen ist. Je mehr unterschiedliche lange
Säulen
(Türme)
(78) verwendet werden, desto feiner wird die Auflösung einer
darzustellenden Geometrie. Gut einsetzbar läßt sich dieses Prinzip beim
Bau von Städten,
und zwar ist dann jede einzelne Säule ein Gebäude, das zu nutzen ist. Wichtig
dabei ist die zentrale große
Basissäule
(Turm) (79), auf dem die anderen Stufen des Systems dann
am Mast schwenkbar angebracht werden (siehe Zeichnungen Blatt A
und Blatt B).
Um
so ein Vorhaben preisgünstig
und einfach gestalten und realisieren zu können, ist es vorteilhaft, wie
in C05 dargestellt, vorgefertigte Träger und
auch Würfelverbindungselemente
als Stecksystem zu verwenden. Dazu werden nur zwei unterschiedlich
lange Trägerelemente
(80, 81) als Serienbauteil eingesetzt. Ganz viele
dieser einzelnen Träger
und Würfelelemente
lassen sich zu kompletten Säulen
zusammenstecken. Dabei reicht ein Serienbauteil des, mit Löchern (83)
versehenen, Würfels (82).
C04 zeigt so ein würfelähnliches Verbindungselement,
welches rundherum sehr viele Ausnehmungen aufweist. Dieses Würfelsystem
hat mehrere Aufgaben:
1. hält
es die Verstrebung und 2. soll es auch eine gewisse Elastizität realisieren.
Dazu sind im Innern des Würfels
Federelemente und Haltelemente für
die Verstrebungen vorgesehen, damit das ganze System eine Flexibilität bekommt.
In
dem Zusammenhang ist es interessant noch zu erwähnen, dass sich durch die Verbindung aller
Verstrebungen, durch die speziellen Würfel, auftretende Strömungskräfte gleichmäßig auf
das ganze Stecksystem verteilen. Somit werden Schwingungen abgefedert
und eliminiert. Kräfte
die bei Stürmen
auftreten werden zuverlässig
auf die Ganze Konstruktion verteilt. Eine Überbelastung von Teilbereichen wird
verhindert. Dabei ist die Seesternformgebung ideal für den Städtebau.
Nur einige Strömungsflächen werden
durch Luftströmung
belastet. Die wenig belasteten Bereiche stützen die belasteten Flächen, womit
sich die Kräfte
gleichmäßig verteilen
(siehe Spinnennetzprinzip).
Dieses
Prinzip wird auch bei der Tragwerk-Konstruktion verwendet. Dabei
werden die einzelnen Säulen
mit Netzstrukturen verbunden.
C03 zeigt die Säulen von oben. Werden die Säulen längs und
quer mit Seilen, oder Trägern verbunden
erhält
man eine Netzstruktur wie bei einem Spinnennetz. Noch mehr Belastbarkeit
ergibt sich, wenn die Säulen über Kreuz
verbunden werden. Dann besteht das Netz nicht nur aus Vierecken,
sondern aus Dreiecken.
Bei C07 wird deutlich, dass bei dem im Zentrum befindlichen
Würfel
(82c), alle Ausnehmungen des Würfels verwendet werden. Bei
dem am Rand befindlichen Würfel
(82d), werden nur einige dieser Ausnehmungen verwendet.
Mit nur drei unterschiedlichen Bauelementen wird damit jede schwierige
Geometrie herzustellen sein. Vereinfacht und beschleunigt wird der
Bau eines sehr großen
sternenähnlichen
Systems, indem vorgefertigte sechseckige Baumodule vor Ort über dem
Fundament des Sternsystems, einfach nur noch verbunden und zusammengesteckt
werden müssen.
Dabei werden in Nähe der
Baustelle die Module zusammengebaut. Damit ist logistisch vieles
vereinfacht. Diese Vorfertigung von Modulen kennt man aus dem Schiffbau.
Bei C06 sieht man, dass mit einer Hülle versehene
System. Diese Hülle
bildet gleichzeitig die Anströmfläche für den Wind.
Sicherlich sind transparente Scheiben als Hülle perfekt zu verwenden. Der Stern
teilt sich in 8 gleiche Bereiche (wie Tortenstücke). Dabei muss im Prinzip
nur 8mal das gleiche Teilstück
zusammengesetzt werden. So muss die Konstruktion eigentlich nur
ein Tortenstück
realisieren und 7 mal vervielfältigen.
Derartige Konzepte machen die Serienherstellung von Anlagen, oder
Städteanlagen
sehr wahrscheinlich. Natürlich
sind derartige Konzepte perfekt unter Wasser zu verwenden.
Bei C08 sind nur die Säulen eines sternförmigen Systems
zu sehen. Befinden sich die einzelnen Säulen (Türme) (83) des Canyonteilbereiches sehr
dicht nebeneinander, erzeugen sie eine Canyonwand. Allein diese
Canyonwände
reichen aus, um eine gute Strömungsfunktion
zu realisieren. Auch die Lückenbereiche
(84) können
mit Säulen
ausgefüllt werden.
Damit erzeugen alle Säulen
eine geschlossene Oberfläche,
bzw. einen kompakten Körper.
Eine teure Glashülle
wird überflüssig. Die
strömungsrelevante
Funktion wird allein schon durch die Säulen, insbesondere deren Spitzen
realisiert. Dazu bekommen die Spitzen der Säulen eine Kuppel als Abrundung.
Alle Spitzen ergeben die Strömungsfläche.
In
kleineren Dimensionen von Windlaseranlagen sind Bäume, Bambus,
Metallträger,
Betonträger
als Säulen
zu verwenden. Auch aufblasbare Systeme sind perfekt als Leichtbau-Säulen zu
verwenden. Dabei wird wieder durch den Innendruck eine Stabilität erzeugt.
Aufgepumpte Wabenzellen können zu
einer Sterngeometrie aufgebaut werden (Lego-Baukastenprinzip). Schwimmfähige Leichtbausysteme
sind Thema in Zeiten von abschmelzenden Polen und Klimakollaps. Überflutungen
werden immer mehr zum Problem. Das Sprichwort jemand hat auf Sand
gebaut, wird ggf. bald lauten, jemand hat auf Land gebaut.
Einsatz von Schienen oder
Magnetschwebeprinzipien (C09)
Sehr
große
Windkraftanlagen die sich komplett automatisch in den Wind drehen,
sind nur relativ schwer und teuer bis überhaupt nicht baubar. Sehr große Anlagebereiche
sind im Grunde genommen wenig schwenkfähig zu konzipieren. Allerdings
ist es möglich,
die zweite bzw. dritte Stufe automatisch schwenkfähig über einem
sternähnlichen
System zu positionieren. Bei einer sehr großen Dimensionierung selbst
dieser zweiten Stufe und dritten Stufe, ist ggf. eine Mast-Konzeption,
zum halten der schwenkfähigen
Sektion, sowie in einigen Zeichnungen dargestellt, nicht mehr ratsam.
Zu diesem Zweck wird eine kreisförmig
angeordnete Schienenkonzeption verwendet, um das Gewicht tragen
zu können.
Die Mastbelastbarkeit ist ggf. nicht mehr ausreichend. Diese ganze
Windkraftanlage (ggf, nur 2. und weitere Stufen) ist sozusagen auf
diesem Ring-Schienensystem, um einen Zentrum herum schwenk- und
drehbar. Das hat den Vorteil, dass der Mast nicht mit sehr vielen
stabilen Seilen gehalten werden muss, weil der Großteil der
Belastung auf diesem Schienensystem, bzw. auf dem Magnetschwebesystem
abgefedert wird. Von der Magnetschwebebahn sind die Prinzipien bekannt,
die ein reibungsfreies Gleiten, ohne Kugellagerung ermöglichen.
C09 zeigt einen Windlaser mit einem Schienensystem
(83c) oder Magnetschwebesystem mit dem verkürzten Mast
(83b) im Zentrum. Das System befindet sich auf dem Sternsystem
(1. Stufe).
Die Unterschiede von kalter
bzw. warmer Luft
Logischerweise
befördert
kalte und nebelige Luft mehr kinetische Energie, als warme trockene Luft.
Die enthaltende Feuchtigkeit hat eine bestimmte Masse und ein bestimmtes
Gewicht, das bedeutet, dort wirken wieder ballistische Prinzipien.
Bei üblichen
Windkraftanlagen können
diese festen Partikel, bzw. Wassertröpfen nicht wirklich genutzt
werden. Bei normalen Rotoranlagen sind z. B. Verschmutzungen durch
Insekten und Festkörper,
die in dem Luftstrom befindlich sind, ein großer Nachteil. Sie setzen sich
an den Windrotoren ab und minimieren so die Leistungsfähigkeit
der Rotoranlage. Bei Windlaseranlagen sind kleinere Partikel, wie
schon erwähnt, perfekt
einzusetzen. Neblige Luft, oder auch noch mit mehr Feuchtigkeit
geschwängerte
Luft, wird auch künstlich
produziert.
Wie bekommt man also Nebel
oder feine Partikel zusätzlich
in den Windstrom?
Dabei
gibt es feine Düsen,
die feine Sprühnebel
erzeugen können.
Dazu muss Wasser vorhanden sein, bzw. auch an den Einsatzort gepumpt
werden. Auch Ultraschall kann noch viel feineren Nebel erzeugen.
Dabei wir allerdings auch Energie verbraucht.
Wellenkraft mitbenutzen
(C10)
Um
die Windströmung
ohne Energieaufwand mit kleinen Wasserpartikeln zu versehen, können Meereswellen
verwendet werden. Jeder kennt das von bestimmten Inseln bei denen
die Brandung sozusagen Löcher
in den Fels erodiert hat. In diese bestimmten Holräume brandet
die Welle, kann letztendlich nicht entweichen, und muss zwangsläufig in
die Richtung strömen,
aus der die Welle ursprünglich kam,
bzw. wo eine Ausweichmöglichkeit
bleibt. Dadurch entstehen eine Art von Fontänen, die auch einen dichten
Sprühnebel
erzeugen. Dieses Prinzip lässt
sich perfekt einsetzen, um einen Sprühnebel gezielt zu erzeugen.
Die auf schwimmfähigen
Pontons befindlichen Windkraftanlagen können diesen Nebel nutzen. Pontonhohlräume befinden
sich dazu im Brandungsbereich der Wellen, und haben ungefähr die umgedrehte
Form eines halben Tropfens. Damit werden auf einfache Weise kleine
zusätzliche Partikel
in den Luftstrom gebracht.
C10 zeigt Aushöhlungen
in einem schwimmfähigen
Ponton (84a), die eine Tropfenformgebung aufweisen. Der
Ponton dient als Basis für den
Windlaser (hier nicht gezeigt). Das Ende der Höhlung besitzt eine magnolienblattähnliche
bzw. Tropfenformgebung. Der breite Aushöhlungsbereich (84b)
hat unten mehr Tiefe. Der schmale Bereich (84c) oder auch
eine Durchgangsbohrung (hier nicht gezeigt) ist winkelig zur Wellenbewegungsrichtung ausgerichtet.
Dabei erzeugt die ankommende Welle die Druckkraft (Staudruck) die
das Wasser durch den schmalen Bereich, bzw. durch die Durchgangsbohrung
(hier nicht gezeigt) drückt.
Dabei wird ein Wasser-Strahl erzeugt, der mit einer speziellen Düse zerstäubt wird.
Dabei
füllt eine
kleine, langsame Welle den Hohlraum nur teilweise aus, erzeugt aber
keinen Strahl. Eine höhere
und schnellere Welle füllt
den Hohlraum ganz und erzeugt einen Drucküberschuss, der sich einen Ausweg
sucht. In diesem Falle ist der schmale Bereich (84c), oder
auch die Durchgangsbohrung die einzige Möglichkeit der Drucküberschuss
abfließen
zu lassen. Nach unten ist überall das
Wasser, dort könnte
der Druck nicht abfließen.
Im Prinzip lässt
sich so auch eine Wellenkraftanlage konzipieren, die in den Strahl
ein drehfähiges
System und Generator bringt. Allerdings sind die Verstopfungsprobleme
durch Algen oder ähnliches
ein Thema, welches nicht zu unterschätzen ist.
Die
feinen Tröpfchen
des Sprühstrahles
werden als Partikel im Luftstrom genutzt. Im Prinzip funktioniert
die Wellenkraft-Strahlerzeugung ähnlich
wie die beschriebene Fluid-Strahlerzeugung. Dabei wird auch der
Staudruck genutzt, um das Fluid durch einen schmalen Ausweichbereich
zu drücken.
Dabei wird die Beschleunigung des Strahles erzeugt (Venturi).
Windkraftanlagen nachträglich an
Masten, oder Türmen
anbringen (C11)
Windkraftanlagen,
die wie ein Wetterhahn konzipiert sind, drehen sich automatisch
in den Wind. Heutzutage werden normale Windrotoren mit Sensoren
und aufwendigen Stellsystem (Motoren) erst in den Wind gedreht.
Das passiert nicht automatisch, weil die Rotorflächen nicht hinter dem Mast
(Turm), sondern nachteilig vor dem Mast angebracht sind. Diese Schwierigkeit
besitzen sämtliche,
in denen Figuren dargestellten Varianten der Windlaser-Kraftanlagen
nicht. Sie sind so konzipiert, dass sie sich automatisch in den
Wind drehen. So wird die Windkraft auch zum automatischen Ausrichten
mitverwendet.
Wenn
man einen Turm, Baum etc. nachträglich
mit einer kleineren Windlaseranlage versehen will ist dieses durchaus
einfach möglich.
Auf den zylindrischen Körper
des Mastes oder Turmes, wird ein Ringsystem geklemmt, auf dem sich
das Windkraftsystem rollbar bewegen kann. Dabei werden natürlich die
angeströmten
Flächen
der Windkraftanlagen nicht direkt hinter den Schornstein positioniert,
sondern seitlich davon abgespreizt. Zu diesen Zweck werden dann
zumindest immer zwei angeströmte Flächen verwendet.
C11
An
der Palme sind Ringschienensysteme (83d) angebracht, auf
denen das System automatisch in die Windrichtung rollt. Dabei sind
die Ringsysteme wie Schienen ausgebildet, auf denen die Rollen des
Grundgerüstes
(83e) entlang rollen. Je nach Größe der Windlaser sind ggf.
mehrere Systeme übereinander
an der Palme (Mast, Turm, Schornstein, usw.) anzubringen.
Dabei
ist es ratsam den säulenähnlichen Körper durch
Seile zu stützen,
damit bei Sturm kein Umsturzproblem erzeugt wird.
Zeichnungen
in Blatt D
D01 zeigt eine Vergrößerung des in D06 gezeigten Systems.
D02 zeigt eine Vergrößerung der Detailzeichnung
des in D06 gezeigten Systems.
D03 zeigt insbesondere die Schaufel des in D06 gezeigten Systems.
D04 zeigt den vorderen, trichterähnlichen
Bereich des in D06 gezeigten Systems.
D05 zeigt das Innenleben des in D06 gezeigten Systems. Dabei wurde der Luftdurchlasskanal
enfernt. Sichbar sind die runden Schaufeln, die am Band befestigt
sind.
In
den Zeichnungen Blatt A, A08 und A10 wurde ein Bandsystem gezeigt, das aus einem
oberen und unteren Band besteht. Dabei wird der Durchflusskanal
durch die Bänder
selber teilweise realisiert. Die seitlichen Abdeckungen (nicht gezeigt)
realisier en dann den eigentlichen Strömungskanal.
Bei
dem, in den Zeichnungen Blatt D, gezeigtem Bandsystem, ist vorteilhaft
nur ein Band notwendig. Damit die Luft des erzeugten Strahles nicht
so leicht ausweichen kann, wird dort ein Rohrsystem (85)
verwendet. Nach dem Beispiel des Pusterohres, laufen die Schaufeln
(86) des Bandes (oder Kette) (87) innerhalb des
Rohres um sich drehende Walzen, bzw. Laufräder (91b). Dieses
wird dadurch realisiert, dass das ganze Rohr, bzw. auch der Einleittrichter (88)
durchgehend einen Schlitz (89) aufweisen. In diesem Schlitz
befinden sich kleine Verschlusselemente (90), diese bewegen
sich längs
des Schlitzes. Diese kleinen Verschlußelemente sind ebenso wie die
Schaufeln am Band befestigt. Die Schaufeln selber sind kippfähig gelagert,
sodass sie bei anliegender Strömung
nach oben klappen und bei Abreißen der
Strömung
Richtung Band zurückklappen.
Die Schaufeln besitzen eine scheibenähnliche runde Geometrie, wenn
sie von der anliegenden Strömung nach
oben geklappt werden. Seitlich draufgeschaut, sowie in D01 oder D08 gezeigt,
besitzen diese Schaufeln ein Tropfenform. Die Dimensionierung des
Rohres ist so gestaltet, dass zwischen Rohrinnenseite und Schaufel
genügend
Platz bleibt, damit die Luft an den Schaufeln vorbeifließen kann. Im
Prinzip können
bei dem Rohr, als auch bei dem Einleittrichter auch die Prinzipien
der Mantelturbine verwendet werden. Das bedeutet, dass das Rohr eine
trichterförmige
Geometrie aufweist (siehe kleine Öffnung vorne, und große Öffnung hinten,
siehe Mantelturbine). Nach dem Beispiel der Mantelturbine kann der
Einleittrichter eine tragflächenförmige Profilierung
besitzen.
In D07 sind die Schaufeln und deren Rundheit gezeigt,
wenn sie hochgeklappt im Rohr stehen.
In D08 sieht man die Schaufel von der Seite und deren
Tropfenprofil.
Der
Vorteil dieser Konzeption besteht in der geringen Baugröße des Bandes
(Kette) und der Laufrollen. Die Gestaltung des Rohres innen, ist
schwierig zeichnerisch darzustellen. Dort kommen Prinzipien zum
Einsatz, die bekannt sind. Und zwar hat die Innenseite dieses Rohres
eine wellige Oberfläche.
Diese wellige Oberfläche
soll die Luftreibung minimieren. die In der Natur werden Luftdruckunterschiede mit
der Bildung von Wirbeln ausgeglichen.
Ein
Beispiel dafür
sind Tornados, oder Hurrikans.
Um
Widerstände
z. B. Luftunterschiede auszugleichen und dieses zu fördern, können geordnete Profilierungen
eingesetzt werden. Man sieht dieses in D09 D10 und D11.
Dort sind unterschiedliche Geometrien gezeigt. Wie eine Wendelung
von einem Gewinde wird eine Oberflächenkontur in Rohren eingefügt. Allerdings
viel langgestreckter als bei den Zeichnungen gezeigt. Damit wird
der Luftdurchflüß innerhalb
einen Rohres optimiert.
In
den gezeigten Figuren, z.B. D06 wurden
die Halterungen für
die Achsen (91) des Bandes, sowie die Halterungen für das Rohr
weggelassen.
Die
runden Schaufeln können
innen ein Loch besitzen (nicht zeichnerisch dargestellt). Nach dem Beispiel
der Lochscheibe, die in der Strömungstechnik
bekannt ist, wird auch ein kleineres Rohr eingesetzt. Dabei fließt die Luft
nicht mehr außen
an den Schaufeln vorbei, sondern durch dieses Loch der Lochscheiben
selbst. Das hat den Vorteil, dass der Durchmesser des Rohres und
des Einleittrichters verkleinert werden kann. Gegebenenfalls ist
es aber auch sinnvoll, Lochschaufeln so einzusetzen, dass die Strömung außen und
innen vorbeiströmen
kann.
Die
in den Zeichnungen Blatt B, B10 und B11 gezeigten Kugeln prallen auf diese tellerförmigen Schaufeln.
Und klappen diese nach oben. Auch Sandkörnchen bzw. auch Tröpfchen prallen
auf diese Schaufeln und erhöhen
so die Durchschlagskraft der durchstömenden Luftströmung.
Unter
dem Rohrsystem befindet sich eine Auffangrinne (92). Diese
kann auch ein Schaufel-Förderband
sein. Damit werden die Partikel oder Wasser zu den Strömungsflächen befördert. Somit
bleiben die Kugeln als auch das aufgefangene Wasser in einem Kreislauf.
Zum Befördern
der Kugeln, bzw. des Wassers, wird Energie aufgewendet. Die aufzuwendende
Energie ist geringer als der Effekt, der mit Partikeln realisiert
werden kann. Der Vorteil von der Kombination aus festem Partikeln
und Wasser besteht darin, dass einerseits eine bessere Reinigungswirkung
erzielt werden kann, als auch eine Kühlung dabei erreicht wird.
Das
schnelldrehende Band wird zwangsläufig durch die hunderte Km/h
durchströmenden
Luft sehr schnell gedreht, damit auch erwärmt.
Ich
bezeichne Windenergieanlage, die feste Partikel einsetzen, als Festkörperpartikel-Windkraftanlagen,
oder Partikel-Windlaser, bzw. Partikelströmungslaser. Der Vorteil von
schnelldrehenden sich erwärmenden
Bandsystem besteht darin, das eine Enteisung automatisch realisiert
wird. Beim Einsatz von normalem Wasser gibt es allerdings ein Vereisungsproblem,
welches damit gelöst
wird, dass Enteisungsmittel mit eingesetzt werden; aber auch andere
nicht vereisende Flüssigkeiten,
wie Öle
sind prinzipiell einsetzbar.
Allerdings
haben Flüssigkeiten
immer Nachteile insbesondere Verunreinigung mit Insekten oder anderen
Staubpartikeln ergeben zwangsläufig
unsaubere Flüssigkeiten,
die gefilter und gereinigt werden müssen. Bei festen Partikeln
ist diese Problematik mehr oder weniger nicht vorhanden. Die Festkörperpartikel
haben allerdings auch Nachteile, sie nutzen Oberflächen ab.
Insbesondere die der Schaufeln, alsauch die Bauteile, die mit den
Partikeln in Berührung
kommen, sind Verschleiß unterworfen
und müssen
dementsprechend schnell austauschbar konzipiert sein. Sicherlich
läßt sich
auch Wasser in Form von gefrorenen Eispartikeln oder auch Schnee zur
Optimierung der Windkraftanlage umsetzen.
Letztendlich
besteht dann der Windstrom aus einem bestimmten Anteil von festen
Partikeln, die der Strömung
mehr Durchschlagskraft geben. Dabei kann man sich das Prinzip so
vorstellen, dass wenn ein Staubkörnchen
mit zwanzig Stunden km sich fortbewegt, es im Grunde genommen wenig
Wirkung hat. Stelle man sich jetzt ein Staubkörnchen in einem Windkanal vor,
das mit 300 km beschleunigt wird, dann hat dieses kleine Teilchen
auf Grund seiner Beschleunigung eine hohes und großes Gewicht und
schlägt
dann sozusagen als "schweres
Partikelteilchen" auf
die Schaufeln des Bandsystemes auf.
Die B10 und B11 gezeigten
runde Partikel sind auch ein Bionikprojekt. Insbesondere kennt man
dieses von dem Löwenzahn
(Pusteblume). Dort bekommen die kleinen fallschirmähnlichen Samenkapseln
mit ihren struppigen Elementen eine sehr große Oberflächen.
Darum
geht es auch bei den kleinen flugfähigen, bzw. schwebefähigen Partikeln,
die auf der einen Seite ein gewissen Gewicht mitbringen sollen, auf
der anderen Seite sollen sie aber auch noch durch eine Strömung bewegt
werden können. Schwierig
dabei ist das, z. B. bei einer sehr langsamen Strömungsgeschwindigkeiten
nur ganz leichte Partikel mit dem Strom mitgerissen werden. Bei Sturmgeschwindigkeiten
von 120 oder mehr, können sehr
viel schwerere Partikel mit dem Strom mitgerissen und in Richtung
Fließband
bewegt werden.
Dabei
wird deutlich, dass schwere Partikel nicht zwangsläufig schon
in der ersten Stufe eingesetzt werden können, wo die Windgeschwindigkeit noch
relativ langsam ist. Jenachdem wie das Gewicht der Partikel, bzw.
die Konzeption der Windkraftanlage aussieht, werden diese festen
Partikel in der zweiten oder dritten Stufe dem Strom beigemengt.
Jenachdem wie stark die Windgeschwindigkeit ist, werden diese Partikel
entweder schon der ersten Stufe beigemengt (starke Windgeschwindigkeit)
oder bei schwächeren
Windgeschwindigkeiten werden die festen Partikel erst in der zweiten
oder dritten Stufe mit dem Strom vermengt, wo schon schnellere Strömungsgeschwindigkeiten
fließen.
D12 zeigt einen halben Tropfen (92b), mit
der relevanten äußeren Kontur.
Dabei wird der Tropfenkurvenverlauf aus zwei Radien, dem kleineren
konvexen Radius (R1) und dem größeren konkaven
Radius (R2) gebildet. Normalerweise wird auch die Spitze des Tropfens,
durch die Strömung
leicht verformt, also abgeplattet (nicht dargestellt).
D13 zeigt einen halben Tropfen (92c), mit
der relevanten inneren Kontur. Dabei wird der Tropfenkurvenverlauf
ebenso aus zwei Radien, dem kleineren konkaven Radius (R1) und dem
größeren konvexen
Radius (R2) gebildet.
D14 zeigt schematisch sehr vereinfacht die 1.
Stufe, sowie die 2. Stufe der Strömungsoptimierung, sowie das
Doppel-Fließband.
Stützende und
haltende Komponenten wurden entfernt.
D15
Unten
wird ein mobiler mehrteiliger Zeppelin(Blimp) gezeigt, der in den
Wind gedreht, den Wind über
drei Stufen beschleunigt und bündelt,
und dann zu dem Aggregat in der Mitte der Anlage führt. Dabei ist
es möglich
das mobile System nur bei Starkwind irgendwo einzusetzen. (bei Verdoppelung
der Windgeschwindigkeit von 55 km/H auf 110 km/H ist ca. 8mal mehr
Energie zu erzeugen). Mit Tragflächen (nicht
gezeichnet) wird eine Auftrieb erzeugt, der es ermöglicht,
das nur bei Starkwind und Sturm ein Schweben zustande kommt (Drachenprinzip).
Ggf. will man mit derartigen Systeme an der Küste nicht die selben optischen
Nachteile produzieren, wie mit üblichen,
immer sichtbaren Windanlagen. Natürlich wäre eine Einsatz auf hoher See
wohl die optisch nichtstörendste
Lösung.
Dort ist auch der Wind immer optimal. Der Wellengang bei Sturm wäre kein Problem.
Auch Überflutungsgebiete
wären perfekte Einsatzorte.
Schwebende Systeme sind mobil und brauchen kein teures Fundament.
Umweltfreundlicher geht es nicht, weil kein Boden verletzt werden muss.
Zeichnungen
Blatt E
In E12 wir ein Magnolienblütenblatt gezeigt. Unten an
dem Blütenblatt
befindet sich ein stabilisierender Steg (93). Dieser Steg
ist auch ein gutes Mittel dieses Element flexibel und beweglich
und schwenkbar befestigen bzw. justieren zu können. Um diese schwierige Geometrie
herstellen zu können, insbesondere
bei sehr großen
Oberflächen,
sind relative Grenzen gesetzt. Die Tropfenkurven-Verläufe des
Magnolienblattes sind strömungstechnisch
natürlich
optimal, allerdings schwer in groß fertigbar. Die mehr dreieckigen
Flächen
des Sternsystems, die in B04 dargestellt
wurde, ist sehr viel einfacher und großflächiger zu fertigen. Diese Bauprinzipien wurden
schon in den Zeichnungen Blatt A und Zeichnungen Blatt B gezeigt.
Die
wulstigen Bereiche (93b) des Blattes haben zwei Aufgaben.
1. stabilisieren sie den Randbereich, bzw. das ganze Blatt. Weiter
wird durch die Sogwirkung die die Blattform erzeugt, Luft in das
Blatt befördert,
die normalerweise am Blatt vorbei ginge. Durch die Runde Gestaltung
der Blattkante wird die angesaugte Luft im perfekten Bogen eingeleitet.
Negative Verwirbelungen bleiben aus.
Logischerweise
sollten auch bei Seesternbauformen derartige runde wulstige Seitenbereiche (93c)
vorhanden sein. Allerdings erschweren und verteuert diese Formgebung
den Bau der Systeme. Deswegen wurden diese runden wulstigen Seitenbereiche
oft weggelassen. Perfektionismus ist schlecht, wenn es die Baukosten
extrem erhöht,
und damit die Kosten des zu produzierenden Energie verteuert.
E01 zeigt eine Bauart eines magnolienblütenblattähnichen
Systems. Und zwar wird die geschwungene Geometrie mit Längsrippen
(94) erzeugt. Jede dieser Rippen moduliert sozusagen teilweise
die Oberfläche
eines Magnolienblütenblattes nach.
Spannt man auf diese Rippen ein stoffähnliches Element, wird eine
runde, löffelähnliche
Oberfläche
erzeugt. Um eine wulstähnliche
Kontur am Randbereich des Mangnolienblütenblattes zu realisieren,
wird ein schlauchähnliches
System (95) oben aufgebracht. Die Rippen selber werden
durch einen Rahmen (96) gehalten der ungefähr eine
Dreiecksform aufweist.
Bei E02 werden die Oberflächen des Magnolienblütenblattes
(93d) in eine seesternähnliche
Formgebung integriert. Auch die wulstigen Randbereiche des Magnolienblütenblattes
(93b) sind vorhanden. Hier wird deutlich, dass auch so
eine Formgebung relativ schwierig zu fertigen und zu bauen sein
wird.
In E03 werden mehrere unterschiedlich große Blütenblätter vertikal
zu einander angeordnet. Diese Konzeption besteht aus drei Stufen.
Auch hier wird deutlich, dass so ein System in groß nur sehr kompliziert
und aufwendig herzustellen sein wird. Die Magnolienblütenform
ist der strömungstechnischen Konzeption
des Seesterns sehr ähnlich.
E08 zeigt ein blütenähnliches System, dass schräg in den
Hang gebaut werden kann. Dabei ist die Ausrichtung variabel einzustellen,
und ist so an unterschiedliche Hangneigung anzupassen. Nicht immer
ist es sinnvoll bis möglich
eine größere Anzahl von
Windläsern
auf der Bergspitze zu positionieren. Manchmal ist der Berghang sehr
viel besser geeignet, um viele kleinere Windlaser dort anzubringen. Auch
hier dreht sich der Windlaser um dem Mast und in den Wind. Egal
von wo der Wind kommt, wird trotzdem die Strömung optimal ausgenutzt.
E07 ist das blütenähnliche
System von nahen gezeigt. Innerhalb des Käfigs werden die segelähnlichen
Blütenblattsysteme
aufgespannt und mit Seilen in Form gebracht. Aus dem Fallschirmbau sind
Prinzipien bekannt, wie man Stoffbahnen so in Form bringt, dass
eine relativ komplizierte Geometrie daraus entsteht. Dazu werden
immer auch Haltespannseile verwendet.
Die
Fertigung von massiven Blütenblättern ist
nur in den zweiten und dritten Stufe vorgesehen. In der ersten Stufe
werden immer Leichbauprinzipien verwendet. Massivere Bauarten sind
normalerweise zu aufwendig und zu teuer zu fertigen.
In E10 wird eine Fertigung eines Magnolienblütenblattes
mit einer Bootsbautechnik umgesetzt. Querrippen (97) erzeugen
so die schalenförmige
Formgebung des Blütenblattes.
Mehrere Längsrippen,
bzw. ein solider Holm (98) halten die Querrippen. Um eine
wellige und hügellige
Oberfläche
zu erzeugen, werden Seile auf diesen Querrippen längs verspannt.
Auf diesen Seilen befinden sich tropfenähnliche Perlen-Elemente (99).
Nach Aufbringen einer Stoffoberfläche auf diese Perlenoberfläche wird eine
hügelige
Oberfläche
sichbar. In dieser Zeichnung wurde nur eine Hälfe des Blütenblattes mit diesen Seilen
verspannt. So wie die E01 ist
das eine Bauart, die auch noch relativ groß fertigbar sein wird. In den
drei kleinen Zeitzeichnungen in E11 wird
dieses Blütenblatt
einmal von oben, von der Seite und von vorne gezeigt.
Anstelle
der Seile lassen sich die Rippen natürlich auch wie im Bootsbau
beplanken. Ggf. sind bei großen
Systemen runde vollständige
Baumstammsegmente zu verwenden. Dabei sind Bretter, halbrunde, also
halbe Baumstämme,
oder ganze runde Baumstämme
zu verwenden. Die Stabilität
von Holz sollte bei vielen Konzepten schon ausreichen. Das hat umweltrelevante
Vorteile, und führt
zu Akzeptanz.
E06 zeigt ein trichterähnliches, bzw. rohrähnliches
Teilsegment in das die Blütenblattgeometrie
(100) mehrmals integriert wurde. Wie bei einer Mantelturbine
sind in diesem Trichter, bzw. Ring, auch Tragflächenprofilierungen eingefügt. Die
zusätzlichen
Profilierungen, oder Aushöhlungen,
der blütenblattähnlichen
Formgebung, haben zusätzlich eine
beschleunigende Funktion für
die einströmemde Luftströmung. Als
Einleittrichter (88), siehe D04 (Zeichnungen
in Blatt D) kann dieser Ring, bzw. Trichter auch verwendet werden.
E09 zeigt zwei tropfenähnliche, bzw. magnolienblütenblattähnliche
Gestaltungen. Um diese Formgebung sehr stabil zu gestalten, sind
nur Löcher
(101) sozusagen in die tropfenähnlichen Holkörper eingefügt. Sehr
materialsparend erzeugt man so eine sehr belastbare einteilige Geometrie
(Gussteil).
Als
letzte Stufe einer Wind- Strömungskraftanlage
ist dieses Prinzip vorgesehen. Hier sieht man auch, dass das System
am Ende eine geschlossene trichterähnlichen Auslass (102)
hat. Dort wird das in B06 gezeigte
System eingefügt.
Durch Spreitzen der Teilhälften
mit einer Hydraulik, so wie in der Zeichnung darüber dargestellt ist, wird ein
Regulieren der Luftströmung
möglich.
Innerhalb dieser Auslaßöffnung werden
dann die Partikel über
Düsen dem Luftstrom
beigemengt. Dazu wird das System aus zwei Hälften zusammengefügt, und
ist dann wie eine Schere auseinanderzuspreizen. Anstelle einer Bremse
für die
Bänder,
ist damit der Luftstrom zu unterbrechen und damit die Banddrehbewegung
zu stoppen oder zu verlangsamen, bzw. zu regulieren. Bei extremen
Stürmen,
bei denen kein kühlender
Regen (siehe weitere Partikelfunktion) fällt, kann es notwendig werden
das System und deren Wirkung zu begrenzen. Dieses ist allerdings
die Möglichkeit,
die am einfachsten und preiswertesten ist. Sicherlich kann auch der
Zufluss von Partikeln die Wirkung der Anlage schon reduzieren.
E13 zeigt verschiedene Stadien einer Tropfenbildung.
Als erstes sieht man die normale Tropfenformgebung eines kleinen
Tropfens. Vergrößert sich
nun das Volumen des Tropfens, wird der Tropfen in der Spitze weiter
zusammengedrückt.
Er bekommt dann eine mehr oder weniger perfekte Hutform. Im Endstadium,
des Erzeugens eines großen voluminösen Tropfens,
hat der Tropfen ungefähr
eine fallschirmähnliche
Formgebung.
Ab
einen bestimmten Bereich zerreißt
es den „Tropfen" und er kann die
in E14 dargestellte Formgebung nicht mehr erreichen.
Die Luftströmung zerreißt die Flüssigkeit
vorher. Würde
der Tropfen aus einem zäheren
Material bestehen, würde
er die Formgebung die in E14 dargestellt
wird, nehmen. Diese Formgebung kennt man ähnlich bei einer Mantelturbine,
die auch eine Tragflächenprofilierung an
der Innenseite besitzt. So eine oder eine ähnliche Geometrie wird als
Auslaßöffnung in
der letzten Stufe des Blütenblattes
verwendet. Auch als Einlaßöffnung (Einleittrichter)
für das
rohrähnliche
Kettensystem wird diese Formgebung verwendet (siehe ähnlich E06).
Zeichnungen
Blatt F
F01 zeigt perspektivisch, dass in F02 von der Seite gezeigte System, mit den diversen
Strömungsflächen. Schematisch
vereinfacht sind die Käfige,
also alle Haltesysteme und Verbindungselemente der Bauteile entfernt
worden. Die beiden großen
Strömungsflächen (f01)
können
auch aus 8 Teilsegmenten zu einem Stern zusammengesetzt werden.
Alle kleineren Elemente (f02, bis f07) sind schwenkbar an einem
Mast, nach dem schon gezeigten Prinzip gelagert.
Am
Beispiel der brandenden Welle (nicht gezeichnet), die gegen die
großen
beiden Strömungsflächen (f01)
prallt, ist am einfachsten zu erläutern, wozu die vielen Strömungsflächen dienen
(1. Stufe). Die Welle brandet gegen den konkaven Brandungsbereich
(K2). Dabei drückt
der Staudruck der Welle über
den Brandungsbereich (K1) hinaus Richtung konvexen Flächenbereich
(K1), und Richtung Reflexions-Strömungsfläche (f02). Dabei ergibt sich
die erste Beschleunigung, sowie Teilung der brandenden Welle durch
das Venturiprinzip (Canyoneffekt), Staudruck und die schrägen Barriere.
Es ergeben sich zwei Strahlbereiche die gegen die beiden Reflexions-Strömungsfläche (f02)
prallen. Dort wird ebenfalls eine Strahlteilung, Strahlverkleinerung
und weitere Beschleunigung der beiden Strahlbereiche erzeugt. Damit
ist die Strahloptimierung der 1. Stufe, mit der zugehörigen Reflektionsstufe
abgeschlossen.
Die
beiden Strahlbereiche werden durch die Strömungsflächen in der 2. Stufe (f03 und
f04) nach dem gleichen Prinzip weiter zu einem einzigen schnellen
Strahl optimiert. Der austretende Strahl wird durch die Strömungsflächen in
der 3. Stufe (f05 und f06) nach dem gleichen Prinzip weiter optimiert. Der
sehr schnelle austretende Strahl treibt das Bandsystem (f07) an.
Mit
Windströmung,
die parallel in das System einströmt, wird ein Mischstrahl aus
Wasser und Luft erzeugt. Dabei werden in den Brandungsbereich (K2) der
Strömungsfläche (f01)
auch Aushöhlungen,
Bohrungen und Düsen
nach dem Beispiel (C10) eingefügt. Damit wird ein Sprühnebel mittels
Wellenenergie dem Strömungsstrahl
beigemischt.
Deutlich
wird dabei hoffentlich, das eine vorteilhafte Wellenkontur des Strahles
zischen den Strömungsflächen erzeugt
wird. Diese Wellenkontur wird Richtung Bandsystem schlanker und
feiner. Zu jeder Zeit wird ein Ausweichen der Strahlströmung über, bzw.
unter den Strömungsflächen ermöglicht.
Jede
Strömungsfläche besitzt
einen Einstellwinkel (W1). Diese Einstellwinkel aller Strömungsflächen müssen nicht
zwangsläufig
identisch sein.
Auch
die konkaven und konvexen Bereiche jeder Strömungsfläche haben nicht zwangsläufig einen
identischen Radius (R1 und R2). Es wäre sicherlich wirtschaftlich
Vorteilhaft nur wenig unterschiedliche Strömungsflächen realisieren zu müssen. Dabei ordnet
sich die technische Perfektion den Kosten normalerweise unter.
Alle
Mittelpunkt (M) der kurvigen Strömungsfläche, ergeben
verbunden einen Zickzackverlauf. Dieser und die Einstellwinkel (W1)
definieren den Wellenverlauf, denn die Strömung später nimmt. Dabei weist dieser
Zickzackverlauf (gemittelt), bei windnutzenden Systemen, nach oben,
bei wassernutzenden Systemen (Wasserfall) nach unten, und bei wasser-,
partikel-, und windnutzenden Systemen horizontal, oder nach unten.
Diverses
Stabile leichte Netze
erzeugen
Natürliche Großflächen von
Bergen sind schon sturmbelastbar, besitzen aber nicht automatisch
eine strömungsoptimierte
Oberfläche.
Auch Länder
ohne Berge wollen große
leistungsstarke billige Windlaser.
Will
man eine tragfähige,
bzw. extrem sturmbelastbare künstliche
Großfläche erzeugen
braucht man perfekte Konzepte und die richtigen Materialien. Eine
textile Gewebeschicht oder Glas reichen dazu nicht aus. Um stabile
und tragfähige
Untergrund-Netze für
diese Oberflächenschichten
aufzubauen, werden mehrere Netz-Schichten eingesetzt.
Als
gröbste
Schicht, wird ein Prinzip, wie bei einer Spinne verwendet. Beim
Spinnennetz existieren strahlenförmige
Verspannungen, ein Netzzentrum und kreisförmig angeordnete Querverspannungen. Über diesem
groben „Spinnennetz" wird ein Netz aus
Waben aufgebracht. Die Waben selbst sind überlicherweise auch wieder
unterteilt, sodas sozusagen die Wabe nur aus Dreiecken besteht.
Dieses
aus Dreieck bestehende Wabennetz, wird oben auf das Spinnenetz aufgebracht. Über dieser
mittleren Schicht wird noch ein viel feineres Netz aus Waben aufgebracht.
Erst dann kann auf dieses feine Netz eine transparente Planenfolie
oder auch Glasscheiben angebracht werden. Das hat den Vorteil, dass
sämtliche
Windkräfte
nicht nur auf die Folie bzw. auf das Glas wirken, sondern die Kräfte mehr oder
weniger durch die Netze abgefangen werden. Das grobe Spinnennetz
wird dann mit Masten gestützt
und gehalten. Somit sind relativ einfach schwierige Hüllen-Formengebungen
möglich.
Um ein gebogenes und geschwungenes Modelieren dieser Netzstruktur
erreichen zu können,
müssen
auch federnde Elemente eingebracht werden. Diese federnde Elemente
ermöglichen
einerseits die Formgebung, andererseits aber die flexible Struktur
dieses Netzes. Wird mit diesem Netz bzw. mit den geschlossen Oberflächen ein
vuluminöser
Körper
erzeugt, ist es möglich
durch Erhöhen
des Innendrucks in diesem Körper
zusätzlich
Stabilität
zu erzeugen. Wie bei einem Ballon oder einer Qualle wird der Innendruck erhöht, wenn
auf die Oberfläche
des Systems erhöhter
Druck ausgeübt
wird. Das hat den Vorteil, dass die Hülle im Prinzip nicht sehr stabil
sein muß.
Der künstlich
erzeugte Innendruck erzeugt sozusagen den größten Teil der benötigten Stabilität. Erhöht sich
nun die Windkraft, die auf dieses Hüllensystem wirkt, wird zwangsläufig automatisch
der Innendruck des Systems erhöht,
um damit Deformierungen auszugleichen.
Großanlagen (Betonbau, Tiefbau)
Insbesondere
in Ländern
in denen viele Wüsten
existieren, ist die Verwendung von Sand als Baumaterial eine wichtige
Grundlage. Dieser Sand kann im Betonbau, bzw. Tiefbau verwendet
werden. Dabei werden Säulen
wie in C01, bzw. C08 aufgestellt. Diese Säulen können auch als Rohrelemente
zusammengesteckt werden. Vorgefertigte Module werden dann aufeinander
zu Säulen
geschichtet. Die Modulbauweise hat den Vorteil, dass die kleinen
Elemente bzw. Module in jeder beliebigen Länge zusammengesteckt werden
können.
Dazu wird natürlich
ein massives Fundament zuerst in den Boden verankert. Betonbau bzw.
Tiefbausysteme werden aufgrund ihres schweren Gewichtes nicht als
transportable Lösung
angesehen. Allerdings können
diese Module auch wieder auseinander genommen werden und weiter
verwendet werden. Fundamente gehen natürlich verloren.
Windkraftanlagen aus Naturmaterialien
Insbesondere
kleine mittlere, aber auch große
Anlagen können
aus Bambusholz und vielen natürlichen
Materialien hergestellt werden. Verwendung von Kokosfasern oder
auch Eukalyptus ist zu nennen. Dabei können dann in 3.Weltländern umweltschonende
traditionelle Bauarten, Schiffsbau oder Bootsbau eingesetzt werden.
Dabei ist die Verwendung von Naturmaterialien besonders umweltschonend
und klimafreundlich. Dabei muss man wissen, dass Bambus zum Bau
von Wolkenkratzern schon lange verwendet wird. Die Verwendung von
Bambus bei großen
Windkraftanlagen ist also keine Utopie. Bambus wird in asiatischen
Ländern
dort eingesetzt, wo wir in Europa Stahl verwenden.
Aufgrund
der steigenden Stahlpreise, und der in den nächsten Jahren stetig steigenden
Energiekosten, wird Stahl als normales Baumaterial ggf. nicht mehr
verwendet werden können.
Es werden also Alternativen zwangsläufig benötigt. Es wird also zwangsweise
zu einer Wiederbelebung von Naturmaterialen kommen, und dieses nicht
nur aus Umwelt- und Klimagründen.
Die in C05 gezeigte Stecksystemkonzeption
kann sicherlich auch mit Bambusstäben realisiert werden. Ebenso
sind die in C01 bzw. C08 gezeigten
Konzeptionen mit Bambus zu realisieren. Es wäre also nicht unvernünftig schon
derzeit die Zukunft zu visualisieren und sich darauf einzustellen.
Materialknappheit wird zu Vernunft zwingen.
Schiffbauprinzipien, bzw.
ausgemusterte Schiffe zu Windkraftanlagen umbauen
Ausgemusterte
Schiffe wie z.B. große
Einhüllentanker,
die in der Zukunft auf den Weltmeeren als Tanker nicht mehr fahren
dürfen,
sind perfekt umzubauen, und werden damit zu wasserstoffproduzierenden
Schiffen, und Standorten von großen Windlaseranlagen.
U-Bootbau, bzw. Schiffbau
bei Unterwasserlasern.
Welche
Kräfte
unterseeischen Strömungen erzeugen,
ist im Bewusstsein vieler Menschen leider nicht präsent. Aufgrund
der großen
Masse und Durchsetzungskraft von Wasserströmungen wird in diesen Wasserströmungen viel
mehr Energie transportiert als an oberirdischen Luftströmungen.
Die Form des Seesterns wurde von der Natur nicht zufällig gewählt. Sie
hat eine strömungsrelevante
Funktion. Der Seestern kann mit dieser Formgebung zweierlei Dinge
erreichen. Er kann einerseits seine Form so weit verändern, dass
die Strömung
den Seestern an den Boden drückt
und somit am Untergrund fixiert. Zweitens kann der Seestern die
Form so ändern, dass
die Formgebung wie eine Tragfläche
funktioniert. Das bedeutet, wenn Strömung unter den Seestern kommt,
wird er sozusagen wie eine Tragfläche nach oben befördert und
schwebt sozusagen mit ganz minimalem Einsatz von Beinkraft, bzw.
seiner Armkraft über
den Erdboden. Die Verwendung von sternförmigen Strömungslasern, insbesondere der ersten
unteren großen
Stufe, ist deshalb als Seesternform, bzw. als Teilmodul C02, oder als Mehrteilmodul perfekt einzusetzen.
Um dieses möglich
zu machen wird ein schwimmfähiger
Ponton, bzw. schiffähnliches
Konzept verwendet. Dieses Konzept trägt den oberen Teil, bzw. die
erste Stufe des Windlasers bzw. Strömungslasers. Mit diesem Schiff
bzw. Ponton kann der Strömungslaser
auf den Weltmeeren positioniert werden und dort nach dem U-Bootprinzip
an den Meeresgrund abgesenkt werden. Dazu werden sämtliche
Tanks geflutet, und das System wird auf den Meeresboden gesenkt.
Perfekt ist dieses Konzept, weil Toleranz keine Frage mehr ist.
Dies Systeme sind unsichtbar für
Menschen und Erdbewohner am Meeresboden tätig.
Sicherlich
sind auch Sicherungssysteme vor der Strömungsanlage einzusetzen, damit
z. B. keine Fische, oder Algen von der Strömung mitgerissen werden. Dazu
werden dann Warnungssysteme, Lichtquellen oder andere, für die Fische
abschreckende Systeme, eingesetzt. Auch Netzte und bestimmte Filter,
bzw. Siebstrukturen sind relevant, damit keine Algen oder andere
größere Objekte
in die Strömungsanlage
geraten können.
Partikel im Windstrom
erzeugen statische Aufladung
Statische Energie ist
Strom ohne Generator
Bekannt
ist das Wassertropfen, oder andere feste Partikel, in Strömungen und
Wolken, aufgrund der Reibung, die diese Partikel aneinander, oder
bzw. auch in den Luftschichten erzeugen, sich statisch aufladen.
Blitze, bzw. Gewitter sind letztendlich die Folgen dieser statischen
Aufladung. Die beschriebenen Windkraftanlagen, die feste größere Partikel, aber
auch kleine Aerosolpartikel in ihrer Konzeption mit verwenden, erzeugen
damit statische Aufladungen. Wie und ob diese statischen Aufladungen
zur Stromproduktion genutzt werden können, ist derzeit noch ungeklärt. Logisch
ist dabei, dass nur große
Anlagen soviel statische Aufladungen produzieren, dass diese zu
nutzen sind. Wolle und Kunststoff sind Möglichkeiten, sehr viel statische
Elektrizität
zu produzieren. Diese Partikel dem Windstrom beizumengen dürften prinzipiell
kein Problem sein. Die Kugeln, die in B10 bzw. B11 gezeigt sind, können dementsprechend aus Kunststoff
und auch aus Wolle sein. Reiben diese Systeme aneinander wird statische
Elektrizität
produziert. Diese statischen Aufladungen kontinuierlich zur Entlang
zu bringen, erzeugt einen Stromfluss. Diesen zusätzlich zu nutzen, ist logische
Konsequenz. Diese Stromerzeugung funktioniert ohne jegliche Generatoren.
Statische Abstoßungskräfte nutzen
Weitere
Möglichkeiten
dieser statischen Aufladungen, sind die Prinzipien, die lange Zeit
bekannt sind. Positive und negative Partikel ziehen sich an. Nur
gleich geladenen Teilchen stoßen
sich ab. Dieses Prinzip kann man sich zu Nutze machen, um die Partikel
bzw. diese Kugeln, die in B10 bzw.
und B11 gezeigt sind, von Strömungsflächen fern
zu halten. Damit stoßen
sich die Flächen
voneinander ab, und die Kollisionen der Kugeln untereinander und die
Kollisionen der Kugeln mit den Strömungsflächen können ebenfalls reduziert werden.
Dabei ist unklar welcher Effekt wirkungsvoller ist. Magnuseffekt
(Auftrieb durch Rotation), oder statischer Abstoßungseffekt.
Magnetismus verwenden
Sowie
statische Aufladungen abstoßende sowie
anziehende Kräfte
produzieren, sind auch Magnetkräfte
einzusetzen, um einen ähnlichen
Effekt zu erzielen. Dazu werden die Kugeln B10 bzw. B11 mit Magneten versehen. Auch die Strömungsoberflächen der
Windlaser werden mit Magneten versehen. Wenn nun die negativen Pole
jeweils aufeinandertreffen, gibt es abstoßende Kräfte, die dazu führen, dass
die Kugeln nicht zwangsläufig
mit den Flächen
der Windkraftanlage kollidieren.
Das
hat mehrere Vorteile, die Windkraftanlagen-Oberflächen werden
nicht abgenutzt, und sicherlich werden auch die Kugeln in dem Zusammenhang nicht
abgenutzt. Das hat allerdings aber auch noch weitere Vorteile, weil
weniger Reibung produziert wird.
Allerdings
hatte ich schon erwähnt,
dass Reibungskräfte
auch eine statische Aufladung produzieren, die auch gewollt genutzt
wird. Dabei ist abzuwägen,
welches Konzept verfolgt werden soll. Natürlich wird auch statische Aufladung
produziert, wenn die Kugeln an den Oberflächen der Windkraftanlage entlang
rollen. Das Reibung auch gezielt zur Erzeugung von Wärme bzw.
auch zum Abtauen und Enteisen der Anlage eingesetzt werden kann,
sei hier noch erwähnt.
Spezielle Formgebung der
Kugeln
Das
Golfbälle
kleine Einkerbungen (Dellen) haben, ist bekannt. Diese haben strömungsrelevante Vorteile.
Sie erzeugen eine längere
Flugbahn des Golfballes. Auch Tennisbälle haben kleine Vertiefungen,
die eine bestimmte störungsrelevante
Funktion haben. Die Toppspinnrotation dient bei den Sportarten zur
Erzeugung eines Auftriebes bzw. zu einem Kurvenflug (Magnuseffekt).
Dazu wird der Ball in eine Drehrotation versetzt, und nimmt dann
einen Kurvenverlauf. Dieses Prinzip kann dann auch verwendet werden,
um die Kugeln von der Oberfläche
der Windkraftanlagen weg zu bewegen. Zu diesem Zweck sind dann die
Kugeln mit bestimmten Ausnehmungen und Vertiefungen versehen. Dabei
kann der Golfball aber auch der Tennisball als Vorlage dienen.
Vereisungsproblematik
Die
Vereisungsproblematik bei großen
Windrotoren ist sicherlich ein bekanntes Problem. Eis löst sich
von den Rotoren, und gefährdet
somit Montagearbeiter und Wartungspersonal. In Wohngebieten sind
die Rotoren nicht einzusetzen. Auch die vereisten Rotoren werden
damit zusätzlich
belastet und weniger wirksam. Gerade in kalten Zeiten wird Strom zu
heizzwecken benötigt.
Anlagen die ausfallen, oder weniger produktiv sind, sind ein Problem.
Es
müssen
teure und aufwendige großflächige Enteisungssysteme
in den Rotorblättern
eingebracht werden. Bei Windlasern sind sämtliche großen Flächen mehr oder weniger elastisch.
Das bedeutet, dass Vereisung in dem Sinne zwar realisiert wird,
aber auf Grund der Elastizität
der Oberflächen sich
nicht halten kann. Die Anlagenbereiche insbesondere die Bandsysteme
werden auf Grund ihrer hochtourigen schnellen Umdrehung, und auf
Grund ihrer kleinen Bauart, nicht so sehr von der Vereisungsproblematik
tangiert. Sicherlich können schwarze
Oberflächen
eine Enteisung automatisch vornehmen. Dazu erwärmt die Sonne die schwarzen Oberflächen und
realisiert damit eine Enteisung.
Damit
wird deutlich, dass alle sehr komplexen und harten Oberflächen bei
Windkraftanlagen eine Nachteil im Zusammenhang mit Vereisung sind. Sicherlich
können
auch andere Elemente dem Strom beigemengt werden. Hierzu sind z.
B. Magnesium, Feuerstein oder Metallkombinationen. Möglichkeiten Wärme oder
auch Reaktionswärme
zu erzeugen, die gezielt eingesetzt werden kann. Bei den sternförmigen Windlasern,
die als erste Stufe sehr große
Flächen
benutzen, ist die Vereisungsproblematik oder auch die Schneeproblematik
kein Thema. Sie beeinträchtigt
die Funktion der Windkraftanlage minimal. Gegebenfalls sind sogar
Eispartikel oder auch Schneepartikel im Strom, nach dem Prinzip
der Beimengung von Partikeln von Vorteil. Das bedeutet, dass große Flächen nicht
enteist werden müssen.
Große Sternflächen sind
auch baubar als Landschaftsbaumaßnahme. In dem Sinne wird ein Müllberg,
oder auch irgendein Berg oder Hang zu einer Seesternform umfunktioniert.
Somit ist z.B. Gras auf der Sternoberfläche ein natürlicher Schutz vor Enteisung.
Um den Bewuchs der Oberflächen
zu ermöglichen,
sind die Oberflächen
an keiner Stelle schräger
als 45 Grad. Das bedeutet, dass sich Gras oder Pflanzen auf derartigen
Flächen
perfekt halten können.
Wie schon erwähnt
geht es ja darum, große Oberflächen zu
nutzen.
Dazu
ist zu sagen, dass jede natürliche Oberfläche, ob
es nun ein Berg ist oder ein schräger Hang, oder Gebäudeoberflächen, prinzipiell
perfekt zu nutzen sind. Wird z. B. ein sternförmiges Gebäude realisiert, stellt sich
die Frage der Vereisung mehr oder weniger nicht mehr, weil jedes
Gebäude
eine bestimmte Wärme
besitzt und sich ein Eisproblem nicht ergibt. Auch Abwärme des
Gebäudes
ist zur Enteisung zu nutzen.
Reibung minimieren
Verschmutzungen verhindern
Dentikel
sind kleine bewegliche Zähne (Schuppen)
der Haihaut.
Sie
optimieren die reibungsärmere,
also weniger energieaufwendige Bewegung des Haies.
Hier
geht es um die Sichtweise, bzw. Interessen des Haies, nämlich Energie
sparen und schnellere Bewegung ermöglichen. Dabei ermöglicht die
raue Oberfläche
auch, dass wenig Fremdkörper
(siehe ähnlich
Lotuseffekt) auf diesen rauen Oberflächen haften bleiben. Dieser
Effekt spart weitere Energie und hält die Oberflächen sauber.
Das die Oberflächen
von Lotusblüten
wenig mechanisch belastbar sind werden härter belastbare Systeme bei
Windlasern benötigt.
Haischuppen sind perfekt als kachelähnliche Systeme zu verwenden.
Schall minimieren
Die
kleinen Wirbel die durch die spezielle Haischuppen-Oberfläche entstehen
minimieren Schall. Dabei wird auftretender Schall im Bereich der Verwirbelungen
gebrochen und somit reduziert bis ausgelöscht. Der Hai tarnt sich somit
und kann sich anschleichen. Lärmminimierung
ist auch ein Thema bei Windlasern. Diese Prinzipien oder ähnliche
können
also Perfekt eingesetzt werden. Bei Windlasern können also schuppen-, kachelähnliche
Elemente aufgebracht werden, um diese Effekte zu realisieren.
Die
Mobilitätstechnik
ist nicht primär
die Aufgabe dieser Schrift. Allerdings ist das Verschmutzen von
Oberflächen
ein wichtiges Thema.
In
dieser Schrift geht es einerseits um die Optimierung der Strömung selbst,
deren reibungsminimierte und geräuscharme
Weiterleitung über
spezielle Oberflächen,
andererseits um die möglichst
reibungsfreie und geräuscharme
Drehbewegung des Bandsystems.
Sandfisch und perfekte
unverwüstliche
Oberflächen
Auch
der Sandfisch und seine Hautoberfläche haben etwas zu bieten,
das perfekt zu nutzen ist. Eine Oberfläche, der auch Sand nichts anhaben kann,
ist extrem interessant bei Partikel-Wind- und Strömungslasern
einzusetzen. Leider sind die Oberflächen noch in der Entwicklung.
Metallisches Glas
Auch
metallisches Glas und deren Haltbarkeit ist als Materialinnovation
perfekt einsetzbar.
Reibungsarme Bewegung
Wie
sieht also eine perfekte Objektoberfläche aus, die die reibungsarme
Bewegung des Windes über
diese Oberfläche
ermöglicht?
(siehe Wellen des Ozeans und Wellen auf Sanddünen). Das die Strömung Wasser
in eine Tropfenform bringt ist bekannt. Wieso die Strömung aber
eine wellige, rillige und hügelige
Oberfläche
schafft ist weniger bewusst. So wie austretendes Wasser aus einem
runden Schlauch automatisch eine bestimmte wellige, verdrehte Oberfläche bildet,
bildet die Strömung
eine wellige, rillige und hügelige
horizontal ausgerichtete Oberfläche.
Auf diesen Flächen
kann die Strömung reibungsärmer fließen.
Derartige
großflächige Oberflächen zu
erzeugen ist technisch gesehen nicht banal, sondern kompliziert.
So werden in der Natur, durch die immer vorhandene Strömung, Lebewesen
in Millionen Jahren geformt, und spezielle Oberflächen erzeugt.
Optimierte Bauart wenn
keine gerundeter Hügel (Berg)
vorhanden ist
Um
Großanlagen
(ggf. Stadt) auch ohne gerundeten Hügel schnell und wirtschaftlich
bauen zu können
werden zuerst Ausnehmungen im Boden ausgebaggert, und zu einem höheren sternförmigen Fundament
aufgeschüttet.
Auf dieses Bodenfundament wird ein Betonfundament gesetzt. Auf diesem stabilen
Sockel-Fundament, das teilweise tief in den Boden reicht, wird nach
dem Beispiel (C06 und C08)
schnell das Sternsystem als Leichtbausystem errichtet. Die zuvor
errichteten Vertiefungen dienen zum Sammeln von Wasser (siehe Partikelerzeugung,
Sammelfunktion). Die aufgeschütteten
Erhöhungen
schützen
das System (ggf. ganze Stadt) vor Überflutungen, sind aber auch
angeströmte
Teilfläche
für die
Windlaserfunktion.
Dabei
werden Leichtbau, Betonbau, Tiefbau und Landschaftsbau miteinander
sinnvoll kombiniert, sodass sie sich ergänzen und zu Leistungssteigerungen
der Windlaserfunktion führen,
und dabei gleichzeitig eine Schutzfunktion für das gesamte System ergeben.
Optimierte Bauart wenn
schon eine gerundeter Hügel (Berg)
vorhanden ist
Dabei
wird 2/3tel bzw. 3/4tel des Berges zur Sternform gestaltet. Nur
oben auf der abgeplatteten Spitze des Berges wird das fehlende Sternsystem
als Leichtbauprinzip gebaut.
Das
in (C06) gezeigte Sternsystem besteht
also nur oben aus Leichtbau. Das untere 2/3tel ist der natürliche umgestaltete
Berg. So geht „natürlicher
Berg" und künstliche
Anlage ineinander über. Die
Formgebung macht die Anlage tolerierbar auch für technologiefeindliche Personen.
Diverse Bauarten (mindestens
8 unterschiedliche Möglichkeiten)
- 1. Einfach aufzuklappen und sehr schnell aufzubauen
Schirmprinzip (klein, transportabel, ggf. auch schwimmfähig baubar).
- 2. Einfach aufzubauen (Zeltbauprinzip, Drachenbau, bzw. Ultra-Leichtflieger,
Fallschirmbau) (klein, mittlere und große Anlagen, wieder auf- und
abbaubar). Transportabel auch schwimmfähig wegen der materialsparenden
und leichten Bauweise.
- 3. (klein, mittlere und große
Anlagen) leicht, stabil, Flugzeugbau, Bootsbau, Segelflugzeugbau,
sehr stabil und flexibel. Mittleres Gewicht aber stabiler als bei
(1. und 2.).
- 4. Großanlagen
(Betonbau, Tiefbau). Siehe Sandnutzung der Wüsten (z.B. Ägypten). Schwere und stabile,
aber nicht transportable und mobile Lösungen. Vorgefertigte 6eck
Module zusammensetzen.
- 5. Großanlagen,
Wabenprinzip, Modulbauweise (Baukastensysteme, Stecksysteme, wie
beim Schiffbau), ggf. schwimmfähig,
weil als Leichtbaukonzept konzipiert.
- 6. (kleine, mittlere und große Anlagen) Bambus, Holz usw.
Naturmaterialien (historische Bauarten, Bootsbau usw.)
- 7. Ballonbau, Zeppelinbau mit Innendruckerzeugung, Quallenform,
bzw. mehrere Zeppeline oder Blimps wie eine Mantelturbine (zusammensetzen).
Schwebefähig
und extrem mobil.
- 8. Großanlage
teilweise auf Schienen schwenkbar gelagert.
Sogwirkung geht über die
Strömungsfläche hinaus
Schnelle
Strömung
erzeugt Sogwirkungen. Dabei wird der Wirkungsbereich der Strömungsfläche vergrößert und über die
Strömungsfläche hinaus ausgedehnt.
Das bedeutet, das auch Randbereiche der Strömungsflächen belastet werden, bzw.
auch umströmt
werden. Strömung
die eigentlich an der Strömungsfläche vorbei
gehen würde,
wird noch Richtung Strömungsfokus
hinbewegt. Der wulstige Randbereich des Magnolienblattes hat deshalb
eine Doppelfunktion. Einerseits stabilisiert der wulstige Randbereich
das Blatt, andererseits fließt
die angesaugte Strömung,
im strömungsoptimierten
Kurvenverlauf, über
diesen Randbereich. Dadurch werden Verwirbelungen verhindert und
zusätzliche
Energie wird im Strömungsfokus
wirksam.
Strömung erzeugt sich selber perfekte
Oberflächen
Schaut
man sich die Oberflächen
einer Sanddüne
an, so wird einem eine wellige Oberfläche auffallen, diese ist ähnlich wie
die der Meereswellen gestaltet. Auch der Sandboden am Meeresgrund
ist so wellig gestaltet.
Warum wird eine derartige
Oberflächenformgebung gebildet?
Derartige
Oberflächen
sind strömungsoptimiert
modifiziert. Dabei kann die Energie der Strömung die „festere" Oberfläche modifizieren. Bekanntlich
modifiziert die Strömung
den Tropfen zur Tropfenform. Aus der Sichtweise des Tropfens modifiziert er
seine Form, um schneller und mit weniger Energie durch die Strömung fallen
zu können.
Aus der Sicht der Strömung
ist es am wenigsten energieaufwendig, um diese Tropfenformgebung
herumzuströmen.
Welche Formgebung würde die
Strömung
realisieren, wenn sie auf eine geleeartige festere schräge Oberfläche träfe?
Das
sich dabei eine konkave Formgebung, mit rilliger, welliger oder
hügeliger
Oberfläche
bildete, die ähnlich
wie die Innenseite des Magnolienblattes gestaltet ist, ist naheliegend.
Dabei entsteht wieder der typische Tropfenkurvenverlauf (siehe konkaver Radius
vorne (klein) und sich anschleißender
konvexer Radius (groß).
Damit
wird deutlich, dass die Strömung
Flora und Fauna in Jahrmillionen strömungsoptimiert modifiziert.
Leben, dass sich nicht mehr merklich formverändert ist dementsprechend fertig
modifiziert. Lebenssituationen ändern
sich, Strömungssituationen bleiben
konstant. Das bedeutet, das die Strömungsoptimierung ein Vorgang
ist, der als erstes abgeschlossen ist. Nur wenn sich Strömungssituationen ständig verändern würden, was
nicht der Fall ist, wäre
Bedarf Formgebungen noch zu verändern.
So findet man in der Natur viele strömungstechnisch perfekte Formgebungen.
Allerdings nur unter Schallgeschwindigkeit. Über Schallgeschwindigkeit sind
natürliche
Formgebungen wenig sinnvoll verwendbar.
Beschreibung Einleitung
(Dezember 2005)
Mehrteilige Wind-, Meeresströmungsenergie-Extraktionsanlage.
Wenn
sich der Konstrukteur, oder Normalmensch heutige Windanlagen anschaut,
muss er verwundert feststellen, das diese bei Sturm und Schwachwind
oft nicht betrieben werden können. Weiter
wird Wind, den man eigentlich, zum Zwecke der Stromgewinnung nutzen
will, zu 90% zwischen den üblichen
drei Rotorblättern
ungenutzt hindurchgelassen.
Ein
Segelschiff, deren Segel aus 90% Löchern bestehen, wäre wenig
effizient. Eine Photovoltaikanlage, zum Nutzen der Sonnenkraft,
wären mit Flächen bestehend
aus 90% Löchern
ebenso wenig effizient. Das eine übliche Windkraft-Anlage nichts leisten
kann, sollte deutlich werden. Bei Sturm könnten diese, auf nur einer
Stelze aufgestellten, üblichen Anlagen
umstürzen.
Man könnte
meinen, das stabilisierende Seile, die bei Segelschiffen die Masten
halten und stabilisieren, eigentlich auch bei Stelzen-Windanlagen
ein Mittel der Wahl gewesen wären.
Oder
die Wahl von 5 Beinen (siehe Bürostuhl)
würde auch
die Standsicherheit sicherstellen. Das Ablenken, oder auch das Sammeln
von Wind (siehe Segel bei Schiffen) wäre ein Mittel, um entweder
zu viel „zerstörerischen
Wind" von den Anlagen wegzuleiten,
oder zu den Anlagen hin zu lenken, wären Mittel die hilfreich sein
könnten,
um die fehlkonstruierten Anlagen wettertauglich zu machen. Simple justierbare
trichterähnliche
Prinzipien (siehe Bernouli und Venturi), kombiniert mit Segeln,
würde der
Konstrukteur verwenden, um Windmengen nach Wunsch dosierbar zu machen.
Auch das Einbringen von Windanlagen in stabile und standfeste Objekte (Hochhäuser, Berge,
Hügel usw.)
wären Möglichkeiten.
Seriell,
preiswert herstellbare, kleinere, sturmtaugliche Stahl-Anlagenkonzepte,
wären großen, teuren,
anfälligen
und handgemachten Laminat-Einzelstücken vorzuziehen. Auch Prinzipien
wie Wiederverwendbarkeit, oder Unschädlichkeit von Materialien sollte
Berücksichtigung
finden, bei Anlagen die eigentliche umweltfreundlich sein sollen.
Große Anlagen
bombardieren sich sozusagen ungewollt ins Blickfeld, und ruinieren
die Schönheit
der Landschaft. Besonders Fotografen können davon berichten. Es ist
fast nicht mehr möglich
an Deutschlands Küsten
Fotos zu machen, ohne nervige Windanlagen mit im Bild zu haben.
Der übliche Tourist
kann mit derartigen Fotos eigentlich nichts mehr anfangen. Der Fotograf
muss die Bilder teuer und zeitaufwendig nachbearbeiten.
Normale vernünftige Konstruktionsmerkmale
sucht man heutzutage bei fehlkonstruierten Wind-Anlagen vergeblich.
Anstelle
sich anzuschauen, wie Segelschiffe funktionieren, und den Wind fast
perfekt nutzen, wurden Konstruktionsprinzipien verwendet, die bei
Propeller-Flugzeugen, oder Kinderspeilzeug gut funktionieren mögen, bei
Windanlagen aber völlig
fehl am Platze sind. Die segelnde Qualle (Velella Velella) nutzt
Wind-Strömungen
schon Millionen Jahre. Logisch ist es sich von der Natur inspirieren
zu lassen.
Selbst
alte Windmühlen,
welche schon Segel auf den Blättern
nutzen, hätten
dem einfallslosen Konstrukteur heute mehr zu bieten gehabt. Derartige Segel
wären schnell
und preiswert justierbar zu machen, um auf Windverhältnisse
flexibel reagieren zu können.
Man
braucht kein Akademiker sein, um zu der Aussage zu kommen, es sollte
möglichen
sein, ganz andere Anlagen zu bauen, die 20-100 mal mehr Strom im
Jahr produzieren können.
Dabei
zwingen einem die Merkmale der üblichen
Anlagen einem schon Richtlinien auf. Nach dem Motto, ich weis nicht
welche Konstruktion ich brauche, aber die eben beschriebenen (Siehe
heutige Windrotoren) dürfen
es auf keinen Fall sein. Ein Windmühlenprinzip, wie im Mittelalter
kann keine Lösung
sein.
So
bleiben nur ein Paar Konstruktionsrichtlinien übrig.
Somit
hat der Konstrukteur schon genügend Ausgangsmaterial,
um vernünftig
mit seiner Arbeit zu beginnen. Man möchte doch Wind nutzen, also braucht
man Fläche
(siehe Segelschiff). Je mehr Segel, desto mehr Kraft. Man möchte doch
kleine stabile unauffällige
Anlagen, dann muss man eine große Wind-Fläche bündeln (Strahl/Teiltrichter)
und auf die kleine sturmtaugliche Anlage leiten. So kommt man schnell
zu so genannten Wind-Lasern".
Schaut
man sich die Zerstörungen
an, die Stürme
so hinterlassen können,
kommt man schnell zu dem Wunsch, derartige Kräfte sinnvoll nutzen zu wollen.
Die
Kräfte
eines Blitzes zu nutzen mag schwer möglich sein, demgegenüber sollte
es eine Kleinigkeit sein, die Kräfte
eines Sturmes nutzbar zu machen. GGf. sind Sturm-Anlagen profitabler,
und tolerierbarer, die nur bei Starkwind und Sturm ihren Betrieb
aufnehmen, und bei schwach und Normalwind zusammengeklappt, umweltfreundlich
versteckt, irgendwo liegen. Auch mobile Systeme, die immer dort positioniert
werden, wo sich ein Sturm zusammenbaut sind möglich.
Es
sollte aber auch möglich
sein Schwachwind soweit zu bündeln
und zu beschleunigen, dass daraus Starkwind und Sturm wird (siehe
Teiltrichterprinzip, bzw. Segel). Dann entstehen Schwachwindanlagen
mit vorschaltbarem sozusagen „Turbolader". Bei Verdoppelung
der Windgeschwindigkeit von 55 auf 110km/H ist ca. 8 mal mehr Energie
zu gewinnen. Wind auf das 5-10fache
seiner Ausgangsgeschwindigkeit zu beschleunigen ist möglich.
Windenergie-Anlagen
die durch die eigene Energieproduktion, die Schaffung weiterer gleicher Anlagen,
sozusagen zum Nulltarif ermöglichen,
sind das Ziel. Nach dem Beispiel der Natur(Reproduktion) ist das
ein einfach zu erreichendes Ziel.
Inhaltsübersicht
In
dieser Schrift werden Mittel beschrieben, wie selbst aus schwachen
bis mäßigen Windbewegungen,
sehr hohe Energieerträge
erzeugt werden können.
Damit werden andere, teure, zerstörerische, gefährliche
und hässliche
Energiekonzepte komplett überflüssig. Auch
stärkste
Stürme
sind extrem profitabel zu nutzen.
Zu
beweisen, dass in der Windkraft vielmehr Sonnenkraft (Energie) steckt
als vermutet, soll Gegenstand des Forschungsprojektes sein. Mittel
aufzuzeigen, wie diese natürliche
Kraft endlich effektiv und preiswert auszubeuten ist, ist Gegenstand
dieser Schrift.
So
etwas wie der „Laser" unter den Windenergietechnik-Systemen
wird beschrieben. Damit machen umweltfreundliche Energieerzeugungssysteme eine
Quantensprung in der Entwicklung. Auch wenn Windlaser, oder Strömungslaser
eigentlich eine falsche Bennennung ist, kann sie in Kürze schon
etwas aussagen.
Wichtige
Grundlagen moderner Naturnutzung und Bionik werden behandelt. Es
entstehen damit unzählige
naturverträgliche
Windenergieprodukte, die sich zum Zwecke der Energieproduktion optimal
in die Natur/Stadt integrieren lassen.
Selbst
Bepflanzungen werden genutzt, um Winderträge zu optimieren und Anlagenbereiche
teilweise zu verbergen. Örtliche
Gegebenheiten werden ergebnisoptimierend in die Grundkonzeption
mit eingebunden.
Dabei
kann jede Person erfolgreicher Energieproduzent mit kleinen, mittleren
oder großen
Anlagen werden.
Weiter
werden übliche
Windkraftanlagen mit den neuen Optimierungssystemen kombiniert und
in ihrer Effizienz verzigfacht.
Auch
ein, mit einem Windstrom-Optimierungssystem kombiniertes, zig mal
so effektives Windkraft-Schaufelsystem,
anstelle des üblichen Windrades,
oder Rotors wird beschrieben.
Simple
Maßnahmen
an Gebäuden
ermöglichen
die optimale Windkraftnutzung, mit den neuen effektiven Konzepten.
Sturmtaugliche
Zeppeline (Blimps, Ballone) als mobile Windenergie erzeugende Systeme
werden beschrieben.
Oberflächen der
Windanlagen nutzen gleichzeitig die Sonnenkraft.
Es
werden auch Mobilitätssysteme
kurz beschrieben, die ohne Motor auskommen und spezielle „Segel" sowie produzierte
schnelle Stark-Windströme
als Antrieb in Kanälen
und Röhren
nutzen.
Windenergiekraftwerk/Gebäude, in
denen man wohnen kann werden beschrieben.
Selbst
wie Oberflächen
von Flugzeugen und Autos usw. zum Energiesparen optimiert werden,
ist beschrieben.
Statische
Probleme, von Gebäuden,
die sich aufgrund von anliegender Windströmung ergeben, werden mit technischen
Mitteln, abgeschaut von der Natur, extrem reduziert.
Unterwasser-Energieanlagen,
die wie strömungsoptimierte
Seesterne, die Wasserströmungen am
Meeresboden, ggf. Flussboden nutzen, werden beschrieben.
Auch
Unterwasser-Gebäude
und Städte,
die sich aufgrund ihrer speziellen Form selber mit Energie versorgen
sind kurz erwähnt.
Auch
schön gestaltete
Kunstobjekte, die als strömungsoptimierende
Systeme zum Energiesammeln dienen, werden beschrieben. Dabei entsteht
ein neue Branche „nützliche
Energiekunst".
Zusammenfassung
Die
Windgeschwindigkeiten vielerorts reichen nicht aus, um daraus genügend Energie
zu gewinnen. Sturm ist viel zu selten vorhanden, um diese Kraft
stetig Ausbeuten zu können.
Um
Energie, wie bei einem Sturm, aus schwacher Windbewegung zu generieren,
und diese dann profitabel nutzen zu können, wird ein Effekt erzeugt,
der vergleichlich aus der Optik (Sammellinse, Lupe) bekannt ist.
Ein vergleichliches, aber mechanisches Prinzip wird genutzt, um
einen energiereichen "Wind-Laserstrahl" zu erzeugen.
Dieser
Superstrom verhält
sich fast wie ein Flüssigkeit,
nur das er vorteilhaft „kein" Gewicht hat. Deshalb
ist er einfacher und preiswerter zu nutzen als Wasserkraft, aber
genauso energiereich. Dieser Superstrom wird auf schaufelradähnliche
Kettensysteme geleitet, welche den Strom erzeugen.
Mit
den Varianten der Systeme ist überall
auf der Welt preiswert sauberer Strom im Überfluss zu generieren, ganz
egal ob in der Stadt, oder in freier Natur.
Diverse
Varianten der Systeme sind so einfallsreich konzipiert, dass sie äußere Gegebenheiten, Berge
Hügel,
Gebäude,
Bäume usw.
zur Optimierung des Windes mit einbeziehen.
Dabei
sind die Systeme optisch und funktionell natürlichen Systemen abgeschaut
und integrieren sich deshalb, besser als Windrotoren, in die Landschaft
und in die Stadt.
Wichtige Konstruktionsdetails
Vieles
ist, um es zeichnerisch besser deutlich zu machen, stark schematisch
vereinfacht worden (siehe Zeichnungen Blatt 1 bis 20) (Blatt A bis
E zeigen konkretere Ausgestaltungen und Bauarten).
Wie
Systeme aussehen, richtet sich nach vorherrschender Windstärke, Landschaft/Örtlichkeit und
die dort benötigte
Strommenge. Nur eine Konzeption reicht leider nicht.
Wichtigste
Grundlage
Sechs
wesentliche Effekte werden benutzt, um Windströme beschleunigen und optimieren
zu können.
Diese werden im folgenden näher
beschrieben.
Was passiert, wenn der
Wind frontal auf eine senkrechte Fläche (z.B. Wand), die auf dem
Boden steht trifft?
(Zeichnungen Blatt 18 48f)
Effekt 1 (Ausweichströmungsverhalten)
Beim
frontalen (90° Winkel)
Aufprall des Windes auf eine 2D-Fläche (z.B. Hauswand (33)), wird
dieses 3D-Volumen Wind genötigt
auszuweichen. In drei Richtungen kann und muss der Wind ausweichen
(nach oben (33a), rechts (33b) links (33c)).
Warum der Strom primär
nach oben ausweicht ist einfach zu erklären, dort ist mehr Platz vorhanden,
als zu den Seiten. Zu den Seiten begrenzt der Boden die freie Entfaltung/Ausweichung
des Windes.
Trifft
der Wind auf eine leicht schräge
Hauswand (Fläche)
kann sich das ändern.
Dann weicht der Wind auch nach links, oder rechts aus. Primäre Ausweichrichtung
ist aber Richtung Himmel.
Mit
einer glatten, festen Fläche
kann das Ausweichströmungsverhalten
des Windes nicht zuverlässig
reguliert und vorhergesagt werden. Somit ist die optimale Positionierung
für einen
Repeller, oder Ähnliches
im optimalen Strömungsbereich
nicht möglich.
Das
dieses Ausweichverhalten des Windes zur optimalen Energiegewinnung
genutzt werden kann ist darin begründet, das der Wind seine Geschwindigkeit
beim Ausweichen verdoppelt. Das nützt einem aber nichts, wenn
der Wind nach drei Seiten ausweichen kann.
Dieses
kontrollierbar, vorhersehbar und diktierbar machen können, wohin
der Wind fließen
soll, fällt
mit einer fest positionierten, glatten Fläche (33) schwer bzw.
ist nicht möglich.
Um
Wind besser ausbeutbar zu machen sind spezielle Flächen, Konturen
und Oberflächen
von entscheidender Bedeutung. Glatte Gebäudeflächen sind somit nur schwer
nutzbar. Dazu später
mehr.
Effekt 1 ist die Ursprungsidee
(Barrierewirkung)
Logisch
ist, wenn man Wind über
eine Barriere beschleunigen kann (siehe ist schon bewiesen), dann
sollte es möglich
sein, verdoppelte Windgeschwindigkeit, mit dem gleichen Prinzip
weiter zu verdoppeln. Somit entsteht die mehrstufige Windströmungs-Optimierungs-Anlage,
die pro weiterer Stufe den eingeleiteten/gefangenen Windstrom beschleunigt.
Dabei
errechnen sich Leistungswerte der Anlagen, die nach vielem hin und
her rechnen spektakulär
sind.
(Zeichnungen Blatt 18 48m)
Effekt 2 (Das Luftkissenprinzip)
Reibung vermindern
Luftschichten
bleiben vor/auf der Wandfläche
(33) haften/liegen und bilden ein Luftkissen (35). Auf
dem kann die nachströmende
Luft(Wind) reibungsvermindert beschleunigt „abrollen", bzw. fließen. Dabei kann man beobachten,
dass das Luftkissen und der umströmte Körper dann wieder eine Tropfenkurve
bilden (siehe 48m). Die nachfolgende Luft
kann dann wieder einen optimalen und beschleunigten Tropfenkurvenverlauf über dieses Tropfen-Luftkissen
nehmen.
Durch
schalenförmige
Vertiefungen in Oberflächen
kann sich dieses Luftkissen besser bilden, und der Wind wird sozusagen
durch sich selbst reibungsvermindert beschleunigt. Somit erhält der Wind sozusagen
keinen verlustreichen direkten Kontakt mit der zu umströmenden Objektoberfläche. (siehe auch
Zeichnung Blatt 16 45).
Wie kann man diese Verdoppelung
der Windgeschwindigkeit weiter optimieren? Und wozu ist das nützlich?
Dazu später
mehr. (siehe Zeichnung Blatt 18).
Sturmschäden
Ein
Phänomen
wurde beobachtet, welches genau die selben Hintergründe hat.
Sturmschäden hatten
gezeigt, dass nicht Bäume
am meisten geschädigt
werden, auf die der Wind frontal am Rand des Waldes trifft, sondern
Bäume weiter
im Inneren viel stärker
geschädigt
bis entwurzelt wurden. Weiter vom Waldrand entfernt wurden viel
höhere
Windgeschwindigkeiten gemessen, als vor dem Wald, bzw. bei der Waldrand-Anströmfläche.
Versuche
hatten gezeigt, dass sich Schäden verhindern
lassen, wenn vor dem wandartigen angeströmten Waldrand niedrigere Büsche und
Hecken angepflanzt werden, damit die wandartige Struktur(Fläche) des
Waldesrandes durch viele kleine Strukturen gebrochen wird.
Effekt 3 (Trichterwirkung/Canyoneffekt)
Ggf.
kennen Sie den Effekt gut aus lang gestreckten Straßenzügen mit
Hochhäusern
links und rechts (z.B. Neu-York). Dort entstehen starke Windgeschwindigkeiten
unten auf der Straße.
Wodurch wird dieser Effekt
verursacht und wie kann man ihn nutzen?
Hier
kommen Trichtergegebenheiten (Venturiprinzip), kombiniert mit dem
eben beschriebenen Effekt 1 ggf. Effekt 2 zum Tragen. Dort wird
der Strom genötigt
einerseits andere weniger geradlinige Verläufe zu nehmen, wodurch sich
die Windgeschwindigkeit merkwürdigerweise
erhöht
und nicht verlangsamt, wie man meinen könnte.
Andererseits
wirken die glatten Straßenzüge wie ein
Kanal für
den Wind. Verwirbelungen, die Windbewegungen bremsen würden, werden
vermieden. Eine Art Glättung
und Addition von unterschiedlich schnellen Strömen wird durch die Wände und Straßen erreicht.
Eine
ungewollte Optimierung der Strome, äußert sich in der beschleunigten
starken Windbewegung bei langen Straßenzügen und Hochhäusern. Dabei
weicht die Strömung
auch nach oben über
die Canyonleitflächen
hinaus aus. Simple gerade Geometrien sind nicht strömungstechnisch
optimiert und führen
zu Verwirbelungen und Energieverlusten.
Effekt 4 (negative Formgebung)
(Zeichnungen Blatt 16)
Erklärungen/Aufgaben
Luftmassen
sind bestrebt einen Luftdruckausgleich zu erzeugen, sich also zu
vermischen und zu addieren. Wird irgendwo ein Druck (siehe Wand) erzeugt,
wird woanders automatisch ein Unterdruck/Sog erzeugt. Dadurch entsteht
beschleunigte Windbewegung.
Dort
wo Beschleunigungen von Wind durch Hindernisse/Gegebenheiten erreicht
werden sind immer mehrere Faktoren im Spiel. Diese Faktoren so zu kombinieren,
dass sich Ergebnisse nicht nur verdoppeln, sondern verzigfachen
ist die Aufgabe.
Als
Mensch ist es nicht ganz einfach derartige Effekte nachzuvollziehen.
Ströme,
ob nun Wind oder Wasser sind kompakte 3D-Gebilde und auch wieder
nicht. Sie haben dreidimensionale Ausmaße und auch wieder nicht. Stellt
sich ihnen etwas in den Weg, bilden sie mehrere kleine schnelle
Ströme,
die bestrebt sind sich wieder zu vereinigen. Man kann also von einem
sozusagen „Gedächtnis von
Strömen" reden. Das der Wind
immer den kürzesten
und bequemsten Weg sucht (siehe auch Wasser – nur zwei Dimensionen) sucht
und wählt
zeugt von der Berechenbarkeit der Ströme.
Stellt
sich einem Strom aus Autos/Menschen etwas in den Weg gibt es einen
Stau, also verlangsamte Bewegung. Als Mensch ist man geneigt die Denkmodelle
einzusetzen die geläufig
und verständlich
sind. Das nun ein Windstrom, der ein Hindernis überwinden muss, durch beschleunigte
Bewegung reagiert, ist ggf. etwas schwer verständlich aber ein Faktum.
Windkraft(Speicher) ist
eigentlich die bessere Sonnenkraft
Letztendlich
wird Windbewegung von Sonnenenergie erzeugt.
Die
Sonne heizt Wasser und Land auf. Dieses Wasser, oder Land wiederum
heizt die Luft auf. Warme Luft steigt nach oben. Windströme fangen
an zu fließen.
Die Sonnenenergie befindet sich jetzt umgewandelt und gespeichert
in dem Windstrom. Wolken reflektieren viel Sonnenstrahlung und minimieren die
Sonnenwirkung.
Will
man Sonnenenergie einer Fläche
(z.B. Photovoltaikzelle) nutzbar machen, geht es eigentlich um die
Zeitdauer, und Intensität,
die die Sonne auf diese Fläche
scheint. Diese sozusagen „Zeitdauer" kann man in Form
von Wärme,
oder Elektrizität speichern.
In der Nacht nicht, und bei Bewölkung
nur sehr wenig.
Der
Wind demgegenüber
ist schon ein „Zeitspeicher". Er speichert die
Sonnenschein/Zeitdauer/Intensität
in seiner Bewegung zu jeder Zeit auf der halben Sonnen beschienenen
Erdoberfläche.
Dieser Energiespeicher, die Wind-Bewegung lässt sich von Wolken, oder Nacht
nicht behindern.
Wenn
wir hier Nacht haben können
wir keine Sonnenenergie ernten. Wir haben also vom Tag(Sonne) woanders
nicht das geringste. Teure Energiespeicher für Sonnenenergie müssen eingesetzt
werden. Mit dem Wind ist das anders, wir können die Windenergie, die woanders
durch die Sonne produziert wird hier bei uns perfekt zu jeder Zeit
nutzen. Nachts herrscht allerdings weniger Wind.
Es
ist einfacher einen Speicher(Windbewegung) zu nutzen, als diesen
Speicher erst wie bei der Sonnenkraft erzeugen, oder direkt ausbeuten
zu müssen.
Vergleiche/Optimierungsergebnisse/Ertragssteigerungen
Berechnung 1 (übliches
Windkraftsystem auf der Wiese)
Bei
einer Windbewegung von nur 10kmH wird durch die übliche Anlage eine Effizienz
von nur 1x erreicht.
Berechnung 2 (mit schlichten
Hauskörper
als Sockel)
Bei
einer Windbewegung von nur 10kmH wird durch die erhöhte Aufstellung
des Systems auf einem Sockel, z.B. Hausdach die Windbewegung auf 20kmH
beschleunigt. Hat der Repeller (Rotor) kein Optimierungssystem mit
Windsammel-Fokussier-Funktion liegt der Ertrag bei „schon" 8x. Dieses Resultat
ist schon unglaublich genug, aber schon bewiesen worden. Somit liefert
ein System den Ertrag den sonnst 8 sehr teure Anlagen unten am Boden
liefern würden.
01
Berechnung 3 (mit Hauskörper als
Sockel und Windsammel-Fokussier-Funktion)
Bei
einer Windbewegung von nur 10kmH wird durch die erhöhte Aufstellung
des Systems auf einem z.B. einfachen Sockel (Hausdach) die Windbewegung
auf 20kmH beschleunigt.
Durch
die Schrägstellung
der meisten Sammelblätter
(1) wird der Wind weiter beschleunigt ca. 40kmH.
Durch
die vergrößerte Windnutzfläche und die
Trichterfunktion, sowie die Linsenfunktion der Sammelblätter (1),
wird der Wind im Zentrum weiter beschleunigt.
Vergleich
aus der Optik
Durch
eine Sammellinse gebündeltes
Licht kann Feuer entzünden.
Ohne die Fokussierung, ist das Licht der Nutzfläche der Sammellinse nicht wirklich
nützlich
einzusetzen, weil kaum spürbar.
So ähnlich ist
dieses mit dem Wind. Bläst
er schwach kann er nicht wirklich genutzt werden, es sei denn er
wird gebündelt
und beschleunigt. Dieses ist das Ziel (Extratorfunktion).
Ist
der Laser das Optimum der „Lichtbündelung" (Energietransport),
sind die hier beschriebenen Maßnamen
so ungefähr
vergleichlich für
den Wind. Das dabei so überraschende
Resultate herauskommen, wie beim dem Laser, soll Gegenstand dieser Schrift
sein.
Zielsetzung
bei Schwachwind
Bläst er schwach
kann der Wind nicht wirklich genutzt werden, so jedenfalls die heute
verbreitete Meinung. Aufzuzeigen, das dass nicht stimmt, weil durch
einfache Mittel Effekte, wie vergleichlich mit der Sammellinse,
auch auf schwachen Wind anzuwenden sind, ist Gegenstand dieser Schrift.
(Siehe
Wind ist eigentlich die bessere Sonnenkraft). Es liegt nahe dort
die gleichen, ggf. bessere Resultate zu erzielen, als mit der Sonne
und der Sammellinse. Also vorher kaum wahrnehmbare Wärme, später über tausend
Grad.
Auch bei Wasserströmen einsetzbar?
Diese
hier beschriebenen Effekte lassen sich auch auf Wasserströme anwenden.
Wasser
hat aber entscheidende Nachteile. Es kann an Land nur nach unten
ausweichen (siehe Schwerkraft). Es ist schwer, und damit müssen auch alle
Bauteile einer Anlage sehr massiv, also teuer sein. Wasser ist verunreinigt
und schleift damit selbst massive Stahloberflächen ab. Die Filterung ist
zu aufwendig. Die Schwerkraft die auf Wasser wirkt, aber nicht auf
die Luft erschwert so einiges bei der Konstruktion. Materialsparender
Leichtbau ist bei Wassernutzung nicht möglich. Luft/Wind hat ja „kein Gewicht" und ist deshalb
viel besser verwendbar. So muss nicht immer auch das Gewicht gehändelt werden,
wie das bei Wasser der Fall wäre.
Sich mit Wasserkraft an Land zu beschäftigen ist wohl eher Zeitverschwendung,
kennt man die Resultate die mit Wind möglich sind. Eine Ausnahme sind
dabei Wasserströmungen
in Meeresbodennähe.
Diese Ströme verhalten
sich ähnlich
wie Windströme.
Sie haben sozusagen auch kein „Gewicht".
Pro Argumente
für die
Windkraft
Welches Medium ist eigentlich
besser zu greifen, zu händeln
und zu nutzen, Licht oder Wind, genauer gesagt die im Wind gespeicherte
Sonnenkraft?
Wir
machen dieses täglich
mit dem Gebrauch von Öl,
Kohle usw. schon vor. Auch dort ist sozusagen die Sonnenkraft in
Form von Biomasse gespeichert. Also auch dort wird Sonnenscheindauer (Zeit)
in einem 3D-Medium konserviert und deponiert. Leider ist dieses
3D-Medium, anders als der Wind, begrenz. Den Wind zu nutzen, lange
bevor die anderen Ressourcen zu Ende gehen ist also nahe liegender,
als andere Möglichkeiten
zu favorisieren. Wind und Silizium ist überall auf der Welt vorhanden, andere
Ressourcen leider nicht. Deren Nutzung zu favorisieren ist logische
Konsequenz.
Öl ist zu schade um es zu verbrennen
Es
hat Millionen Jahre gebraucht, um zu entstehen.
Geht
man davon aus, dass Öl
ein Fossil ist, also alt und kostbar, und Materialien, wie aus im
hergestellte Kunststoffe technische optimale, schwer nachzumachende
Eigenschaften haben, kann man das Verbrennen von Öl nicht
wirklich akzeptieren. Die Umweltproblematik dabei nicht mal berücksichtigt. Fossiles Öl ist synthetisch
nicht herstellbar.
Ein
Windstrom (3D-Volumen) hat vier Dimensionen (siehe Zeit als vierte),
eine mit Sonne beschienene Fläche
nur drei Dimensionen, Länge
und Breite und die Zeit, die Zeit eben auch nur halb (siehe Nacht
und Wolken).
Somit
nutz derjenige der Windenergie ausbeutet immer 1,5 Dimension mehr
für seine
Zwecke. Alleine das ist schon ein fast KO-Argument für die Sonnenenergienutzung.
Wer
Sonnenkraft ausbeuten will, braucht sehr viel perfekte optische
2D-Fläche
um sie zu bekommen. Das ist das eigentliche Problem, welches Sonnenkraft
schwer und teuer ausbeutbar macht.
Das
gilt zwar teilweise auch für
die Windkraft, Fläche
ist dort auch ein Thema, aber der Windstrom hat zu jeder Zeit auch
noch die Tiefe als viel einfacher zu nutzende Dimension. Kinetische
Energie (Wind) ist schon Bewegung, die Prinzipiell viel einfacher
zu nutzen ist.
Da
wir uns in einer dreidimensionalen Welt befinden, ist es nahe liegend
und logisch Wind, als dreidimensionales Medium, einfacher und besser
mit dreidimensionalen Mitteln ausbeuten zu können, als das nicht greifbare
Licht, Kernkraft, und Kernfusion.
Warum nicht einfach die
Natur für
sich arbeiten lassen?
Die
halbe Oberfläche
der Erde (siehe Tag-Nacht) wird von der Natur als Ressource zu Windproduktion
kostenlos und ohne Aufwand genutzt, und das 24 Stunden ohne Unterbrechung. Wollte
man dieses Leistung mit Sonnenkraft ähnlich bewerkstelligen, müsste man
mindestens die halbe Erdoberfläche
mit Sonnen-Technologie flächig
vollpflastern.
Die
Kräfte
des Windes werden immer deutlich, wenn extreme Stürme (250kmH) über Länder ziehen
und dabei unglaubliche Kräfte
entfalten. Warum diese Kräfte
nicht stärker
genutzt werden ist unklar.
Ein
Windstrom muss man sich als Volumen-Körper vorstellen, in dem die
Sonnenenergie gespeichert ist. Ein nicht versiegender Windstrom kann
man sich als Volumenkörper
unendlicher Größe(Tiefe)
vorstellen. In diesem unendlichen Volumen ist dann auch „unendlich" viel Sonnen-Energie
enthalten. Dabei lässt
sich mit einer Windkraftanlage immer nur, abhängig von der Fläche die
die Anlage in die Strömung
bring, ein winziger Teil nutzen.
Derzeit
boomt die Sonnenkraft, weil Wind und deren Bedeutung nicht wirklich
verstanden wurde, und Sonnenlicht, viel mysteriöser und rein, und Wind schlicht
zu banal (siehe Segelschiffe) und eher antiquiert gilt. Diesem falschen
Denken auf die Sprünge
zu helfen ist mein Anliegen.
Verbrennung,
um Energie zu erzeugen gehört
in die Steinzeit. Dort lernten die Menschen das Feuer für sich zu
nutzen. Für
das 21 Jahrhundert sind derartige Technologien mehr als problematisch.
Einige Überlegungen
Der
schnelle, starke Windstrom verdrängt den
schwachen. Das könnte
den Schluss zulassen, dass die Energie des langsamen Stromes eher
dazu geeignet ist den starken Strom zu behindern, zu verlangsamen
und zu verwirbeln, als ihn zu verstärken und zu beschleunigen.
Klingt eigentlich logisch, ist es aber nicht wirklich. Außerdem befinden
wir uns nicht in einem üblichen
deutschen Unternehmen, Klassenzimmer, oder Behörde.
Rechnerisch
gilt was anderes, addiert man die Energie des schwachen Stromes
zu der Energie des starken, schnellen Stromes, hat man die Summe aus
beiden, also mehr Energie. Nur sind beide Ströme nicht so einfach kompatibel.
Diesem Problem/Vorteil widmen wir uns später ausführlicher.
Hier
soll nur einmal aufgezeigt werden, wie schwierig die Materie ist.
Menschliche Maßstäbe und Erfahrungen
sind eher hinderlich, um Wind-Ströme verstehen zu können. Versteht
man Ströme
nicht, kann man sie auch nicht nutzen. Ströme folgen keiner wirklichen
schnell erkennbaren Logik, diese „Logik" des Windes verstehbar zu machen ist
Gegenstand des Forschungsprojektes und dieser Schrift.
Siehe
Wetterproblematik, dort existieren Hoch- und Tiefdruckgebiete sowie
Strömungen
nebeneinander. Es ist schwer vorherzusagen, wie diese sich gegenseitig
beeinflussen. Die Logik/Vernunft und das „Gedächtnis" von Wind ist aber vorhanden. Dazu später mehr.
Fakten/Lösungsansätze/Sepparierungen
und Additionen
- 1. Trifft eine schnelle Luft-Strömung auf
langsame Luftmassen, wird die Abbremsung des schnellen Stromes durch
diese Luftmassen erheblich sein (Reibungsproblematik).
- 2. Treffen gleich schnelle Luftströmungen in einem flachen Winkel
und gleiche Richtung aufeinander werden sie sich nicht merklich
bremsen, sondern verbinden und addieren, also verstärken. Es
entsteht dann ein breiterer, größerer und
stärkerer
Strom.
- 3. Treffen drei unterschiedlich schnelle, kleine Strömungen an
unterschiedlichen, entfernten Stellen auf langsame Luftmassen, werden
diese auch stark abgebremst durch die langsamen Luftmassen (siehe
1.). Jede einzelne, kleine, schnelle Strömung kann sich nicht durchsetzen
Will man das Abgebremst werden besonders des schnellsten dieser
drei Ströme
(Nutz-Strom zur Energiegewinnung), als auch der anderen beiden Ströme minimieren,
kann man einen Trick 1 anwenden.
Addiert
man zuerst die beiden langsamen Ströme miteinander, und lässt diese
an einem Punkt X auf die stehende Luftmasse treffen, so entsteht
ein Misch/Additionsbereich aus langsamer Luftmasse und den langsamen
Strömen,
also ein relativ breiter vorbeschleunigter Misch/Additions-Strom.
Leitet man nun den schnellsten der drei Ströme (Nutz-Strom zur Energiegewinnung)
in diesen Misch/Additions-Strom wird dieser nicht mehr so stark
und schnell abgebremst. Er behält
länger
seine Energie und Geschwindigkeit. Die langsamen Ströme helfen
dem schnellen Strom sich gegenüber
der stehenden Luftmasse länger
durchzusetzen. Letztendlich ergibt das auch ein Addition der Ströme.
Nach
diesem Prinzip ist es möglich,
mit dem Barriere-Effekt 1, in mehreren Stufen immerschnellere, kleinere
Ströme
zu erzeugen, die am Ende zu Energiegewinnung dienen.
Siehe Effekt 2/Reibung
minimieren/Luftpolsterbildung
Die
Luftpolsterbildung wirkt zusätzlich
strömungsbeschleunigend.
Man provoziert winzige rotierende Strömungsbereiche, auf denen der
Nutz-Strom reibungsvermindert abrollt. Wie schon erwähnt vermischen
sich unterschiedlich schnelle Ströme nicht zwangsläufig. Diese
Luftpolster werden mit z.B. kleinen Aushöhlungen realisiert. Also Bereiche
die als Mini-Barriere für
die Strömung
dienen.
Das
wäre bei
Wasser(Schwerkraft) z.B. nicht möglich,
weil Wasser nicht oben, über
ein Hindernis ausweichen kann. (Ausnahme Strömungen am Meeresboden, sind
sozusagen auch schwerelos).
Optimierungen der Erträge/Prinzipien/Wirtschaftlichkeit
- 1. Dabei gilt, je größer die Fläche (Volumen) des anströmenden Windes
ist, und je mehr davon genutzt wird, desto besser ist es.
- 2. Schnelle Ströme
und Sturm erzeugen mehr Ertrag.
- 3. In der Höhe
gelegene Positionen für
die Anlage optimieren die Erträge.
- 4. Örtlichkeiten
die immer hohe Windgeschwindigkeiten bieten sind wirtschaftlich
ergiebiger.
- 5. Eine vorherrschende Windrichtung, ist der ständig drehenden
Windrichtung aus Kostengründen vorzuziehen.
- 6. Viele Stufen (siehe mehr als 33)
und kleine Querschnitte des Superstromes ergeben bessere Ergebnisse,
also mehr Energie und Ertrag.
- 7. Je besser und präziser
die Anlage auf die momentane Windgeschwindigkeit anzupassen ist (Justierungen),
desto besser werden die Erträge sein.
- 8. Natürliche
Gegebenheiten, Landschaft, Berg, Hochplateaus, Bebauungen, Bäume usw.
vernünftig
in die Konzeption der Anlage mit einzuplanen, optimiert die Erträge.
Die optimalen
Standorte und Bedingungen für
teure Großanlagen
Hier
werden kurz die idealen Bedingungen genannt (nicht nach Priorität geordnet).
- 1. Kein Regen, kein Schnee, kein Schmutz, kein Sand
im Windstrom (siehe Ausnahme Partikel-Strömungslaser)
- 2. Viel Sonne (siehe Photovoltaik integriert)
- 3. Eine vorherrschende Windrichtung Seewärts
- 4. Keine wechselnden Windrichtungen und Fallwinde.
- 5. Starker Wind und oft Sturm von Seewärts
- 6. Anlage zum Erzeugen von Wasserstoff, oder Stromleitung vorhanden
- 7. Zugänglich,
ggf. Straße,
Hafen oder direkt an der Küste
- 8. Industrie-Infrastruktur/Stadt in mittelbarer Nähe
- 9. Keine starken Erdbeben
- 10. Keine krassen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht
- 11. Steilhang, Berg, Steilküste
nutzbar im Anlagenkonzept
- 12. Neue Hochhäuser
geplant (nutzbar im Wind-Anlagenkonzept)
Technische
Beschreibung
Fakt
ist, will man effektiv Windkraft-Anlagen bauen muss diese Problematik/Lösung verstanden haben.
Bei
den meisten Anlagen, wie den hier beschriebenen, entstehen viele
unterschiedlich schnelle Ströme
und wenig Verwirbelungen. Will man die Kräfte dieser Ströme zu einem
starken Strom verbinden, werden Windstrombündlern/Windstromaddierer benötigt.
Dabei
wird von einem Grundsatz ausgegangen. Aus einem langsamen, großen, flächigen schwer
zu nutzenden Strom werden viele kleine gebündelte, schnelle Ströme gemacht.
Diese werden mit sozusagen „aerodynamischen
Sammellinsen" komprimiert,
beschleunigt und wieder zu einem Super-Strom addiert. Das Ergebnis
ist ein kleiner, aber sehr schneller energiereicher Strom, der von
einem kleinen preiswerten Windkraft-Schaufelsystem kostengünstig, effektiv
ausgebeutet werden kann, eben weil er kompakt und klein in den Ausmaßen ist.
Effekt 5 (Der Wirbelsturm-Effekt)
Wirbelschleppeneffekt
Bei
bestimmten Geschwindigkeiten und Konstellationen kommt es automatisch
zu Rotationen um die Längsachse
dieses optimierten energiereichen Stromes.
Diesen
Effekt kennen wir von Wirbelschleppen bei Flugzeugtragfächen. Wirbel
und Rotationen optimieren Ströme,
genauer gesagt die Druckunterschiede zwingen die Ströme dazu
sich zu Drehen, bzw. zu rotieren. Wir erzeugen diesen Rotations-Effekt
gewollt durch technische Mittel, weil davon ausgegangen wird, dass
rotierende Ströme
kompakter sind, sich weniger von langsamen umgebenden Luftschichten
verwirbeln lassen, und schlicht optimierter sind. Nach dem Beispiel
(ein gedrehtes geflochtenes Seil ist stabiler und kompakter als
die einzelnen Strippen). Durch Unsymmetrien der Kontaktflächen, mit denen
der Nutz-Strom direkt, oder mittelbar in Berührung kommt, sind diese Rotationen
zu erzeugen bzw. zu verstärken.
Ströme verhalten
sich nicht wie wir es gerne hätten,
bzw. wie wir das leichter verstehen könnten, sondern kurvenreich,
rotiert und eben nicht geradlinig. Diesem Grundsatz wird hier Sorge
getragen. Siehe auch Mäanderbildung
bei Wasser.
Effekt 6 (Oberflächen)
(Hügelige Flächen bis Rillenoberfläche/Ausfransen)
Siehe auch 47c Blatt 17 und die Beschreibung
Eine
glatte und glänzende
Oberfläche
ist schön
anzusehen und fühlt
sich schön
an, dass ist aber auch schon alles. Diese glatte Oberfläche zu favorisieren
ist realistisch gesehen ein Fehlschluss. Man möchte, dass sich Ströme geradlinig
verhalten, weil dieses einfacher zu verstehen und zu planen wäre, tun
sie aber eben leider nicht.
Eine
Oberfläche,
siehe Vogelfedern, ist eben nicht glatt und glänzend, sondern hügelig (siehe
Einzelfedern), und rillig siehe Federstruktur. Die Natur liefert
nichts Zufälliges.
Alles ist sparsam und effektiv konzipiert. Randbereiche der Feder
fransen/biegen sich bei Anströmungen
weg und leiten einen Teil der anströmenden Luft von dem Körper weg.
Dabei wird die Reibung vermindert und Luftpolster gebildet.
Der
Lotuseffekt hatte schon bewiesen, was unglatte Oberflächen technisch
zu bieten haben. Glatte Oberflächen
sind bei der Windkraft ein extremer Konstruktionsfehler und soll
möglichst
vermieden werden.
Es
erfordert keine besondere Kreativität, um sich Dinge aus der Natur
abzuschauen. Ein wenig analytischer Verstand reicht prinzipiell
schon aus.
Nachteil 1 übliche Windräder/Kritik
Kraftwerksanlagen
sollen immer so klein, effektiv und unauffällig sein wie möglich.
Bei
einem langsamen, großen,
flächigen Strom
würde nachteilig
ein großes,
viel zu teures Aggregat (Repeller/Rotor) benötigt, welches die Landschaft
verschandelte, und dazu noch 90% der Windströmung ungenutzt zwischen den
drei Rotorblättern hindurch
fließen
lässt,
oder den Wind, links, rechts, oben und unten gänzlich ungenutzt an der Anlage vorbei
fließen
lässt (siehe 01a).
Bei
Sturm sind diese Anlagen stark gefährdet. Beim wenig Wind sind
die Anlagen nicht in Bewegung zu bringen.
Das
einzige Mittel fehlkonstruierte Systeme in der Leistung zu verbessern
besteht darin, die Systeme auf langen Stelzen in die Höhe zu bugsieren, weil
dort der Wind stärker
bläst.
Dabei entsteht Umsturzgefahr. Leider sind die Anlagen damit ein
Killer für
die Schönheit
der Landschaft, dazu wackelig, anfällig und schwer aufzubauen.
Kosten
und Nutzen sind damit sehr schlecht. Touristen bleiben weg. Somit
ist der schwache Energieertrag und der Ausfall durch ausbleibenden
Touristen eher kontraproduktiv als nützlich.
Grundkonzept, Ziel und
Kritik
Es
geht bei dieser Schrift nicht darum nur eine, die beste technische
Lösung
für ein
Problem herauszustellen. Vielmehr geht es darum diverse Möglichkeiten
aufzuzeigen, wie man Erträge
mit kleinen, oder riesigen Windanlagen gleichermaßen optimieren
kann.
Biologische
Systeme produzieren dort Energie wo sie benötigt wird, also am Ort des
Geschehens. Leitungssysteme wären
viel zu Materialaufwendig. Matenalverschwendung gibt es in der Natur nicht.
In
der Realität
gibt es viele Konstellationen/Örtlichkeiten
in denen Windkraftanlagen eingesetzt werden wollen. Eine technische
Lösung
würde bei
weitem nicht ausreichen.
So
werden hier mehr die Bau-Konzeptions-Grundlagen bearbeitet und nicht
spezielle perfekte ortsabhängige
komplette Einzellösungen.
So
ziemlich am Ende der Schrift werden mögliche Aufstellungsorte und
Konzepte aufgelistet.
Zeichnungen
und dazugehörige
Beschreibungen erläutern
diverse Bauarten (Zeichnungen Blatt A bis Blatt E)
Nachteil 2/Sonnenkraftnutzung
Fakten
sind, dass in nördlicheren
Breiten der Wind zuverlässiger
bläst,
als das die Sonne zuverlässig
scheint.
Optische
Systeme sind materialaufwendig und teuer, und die Oberflächen müssen sauber
gehalten werden. Durch viele Reinigungsprozesse (Sand, Staub usw.)
sind die Systeme irgendwann zerkratzt und matt und liefern keine
Energie mehr.
Dort
wo Wind bläst
und Staub/Sand zwangsläufig
mitbringt, sind optische Systeme schnell zerstört (siehe Schleifwirkung).
In der Wüste(viel
Sonne) sind deshalb übliche
optische Systeme am schlechtesten einzusetzen. Schutzsysteme für alle optischen Flächen bei
Sandstürmen
aufzubringen macht Strom teuer und wenig konkurrenzfähig.
Um
Sonnenkraft wirklich gut nutzen zu können wird Windstille, Sauberkeit
und lange hoher Sonnenstand benötigt.
Derartige Orte sind praktisch nicht vorhanden (Ausnahme Weltraum).
Systeme immer am Sonnenstand auszurichten ist aufwendig und praktisch
nicht kostengünstig
zu haben. Die Dritte Welt hat wenig von derartigen unbrauchbaren Hoch-Technologie-Konzepten.
Einfache Sonnenkollektoren um Wasser zu erwärmen sind natürlich simpel
mit schwarzen Folien und Rohren zu realisieren.
Einschätzung/Vergleich
Windkraftanlagen,
wie sie hier beschrieben sind, machen der üblichen Photovoltaik von der
Effektivität
und Kosten den Gar aus, so jedenfalls Wissensstand zu diesem Zeitpunkt.
Viele Probleme treten gar nicht auf, bzw. sind gar nicht vorhanden.
Auch Öl,
Kohle und Gas könnte
kaum mithalten.
Das
würde die
Lösung
des Energieproblems weltweit bedeuten. Besonders sturmgeplagte Länder können sehr
viel Energie produzieren. Kernfusion und Atomkraft wird gänzlich überflüssig.
Ziel dieser
Patentanmeldung
Dieses
ist das Ziel dieser Patentanmeldung, Mittel aufzuzeigen, wie teure
Anlagen (Rotoren, Windkraftanlagen) mit einfachen, preiswerten Optimierungssystemen
in ihrer Effizienz verzigfacht werden können. Aber auch ein Beispiel
für ein
zigmal so effektives Windkraft-Schaufelsystem, sowie ein Ketten-Windkraft-Schaufelsystem
anstelle des Repellers, oder Rotors wird beschrieben.
Grundlage Bionik/die Tropfenform
In
der Natur gibt es viele strömungsoptimierte
Systeme. Der Tropfen zeigt die optimale aerodynamische Ausgangsform,
bei Geschwindigkeiten unter der Schallgeschwindigkeit.
Die
Tropfenform ist aerodynamisch tatsächlich am günstigsten. Warum das so ist,
lässt sich
am leichtesten anhand eines herunterfallenden Wassertropfen erklären: Mit
seiner dickeren, bauchigen Seite drückt der Tropfen zuerst die
Luft auseinander. Diese strömt
dann eng an der spitz zulaufenden Oberfläche des Tropfens entlang. Dadurch
treten fast keine Ablösungen
auf. Das bedeutet: Die Luftströmung
verläuft
eng an der Oberfläche
des Tropfens und es treten nur sehr geringe Luftwiderstände auf. (Hier
bewegt sich die Luft auch wieder nicht geradlinig.) Allerdings hat
die Tropfenform nur bis zur Schallgeschwindigkeit die windschnittigste
Figur. Für Geschwindigkeiten
von etwa 1000 Kilometern pro Stunde wird dagegen eine viel spitzer
zulaufende Form benötigt.
Das liegt daran, dass im Überschallbereich
neue Luftströmungsphänomene auftreten. Hier
bildet sich eine Art "Luft-Bugwelle" vor einem breiten
und massigen Körper.
Deshalb muss bei diesem Tempo die aerodynamisch günstigste
Form wesentlich spitzer zulaufen. (mit zunehmender Geschwindigkeit
werden die Radien größer).
Darauf
hat beispielsweise auch die Armee mit ihren Überschalljets reagiert. Sie
haben den Luftwiderstand verringert, indem sie die Spitzen und die Flügelkanten
ihrer Jagdflieger deutlich spitzer als bei herkömmlichen Flugzeugen anfertigen
lassen. Doch damit sind die Forschungen im Bereich der Aerodynamik
noch nicht abgeschlossen.
Hier
muss man also von zwei Konstruktionsgrundlagen ausgehen. Unter-
und Überschall-Konstruktion.
Bei
diesem Forschungsgegenstand widmen wir uns hauptsächlich den
Unterschall-Konzeptionen, die die Tropfenform favorisieren.
Sollten
Windgeschwindigkeiten bei Sturm über
der Überschallgeschwindigkeit
zu erzielen sein, muss darauf ebenso konzeptionell reagiert werden.
Aber
auch Pflanzen haben Know-how zu bieten.
Eine
Blüte versucht
durch die Blütenblätter, deren
Anzahl und Form, Oberfläche,
Biegung und Ausrichtung möglichst
viel Pollen aus der Luft ins Zentrum der Blüte zu transportieren.
Sie
verlässt
sich nicht nur auf Insekten. Nicht nur um Insekten anzulocken sind
die oft bunten Blütenblätter vorhanden.
Selbst
die Blütenblätter sind
oft aufwendig und fleischig, sowie aerodynamisch geformt, manchmal
aber auch nur wie einfache längliche
Schalen. Auch gebogene Blütenblätter sind
wohl kein Zufall. Nach diesem Beispiel vieler Blüten, Blumen und Blätter sind
einige Innovationen (siehe Zeichnungen) nachgebildet. Gebogene Konzeptionen
für Blätter sind
hier der Einfachheit (Schema) zuliebe nicht gezeigt worden. (Siehe
Zeichnungen Blatt A und Blatt E). Dabei hat die Magnolie (Tulpenbaum)
und deren Blätter
viel Strömungstechnisches
Know-how.
Das Fell von Tieren als
Beispiel für
effiziente Strömungsvernichter/Strömungssammler
/Windfalle (Zeichnung Blatt 14/38, 39 und 40)
Pustet
man einem fellbehaartes Tier von hinten gegen den Strich ins Fell
richten sich die Haare auf. Man kann so das Tier sozusagen anschieben. Der
Wind „verhackt" sich in den Haaren.
Gegen den Strich ist das Fell also alles andere als aerodynamisch.
So wie Wind, der in ein Kornfeld streicht, seine kinetische Bewegungsenergie,
in Bewegung der Halme umwandelt und verliert.
Es
kann als „Schub-Segel" dienen. Durch die vielen
Haare wird der Strom in unzählige
kleine Ströme
geteilt und gebrochen. Dieses ist ein natürliches Mittel Windenergie
effizient und preiswert auszubeuten.
Pustet
man mit dem Strich also von vorne auf das Fell legt sich das Fell
strömungsoptimiert
an und erzeugt keinen zusätzlichen
Widerstand.
Diese
beiden Effekte (in einem System) nutzen wir zum Sammeln der Windkraft
bei speziellen Schaufeln (Zeichnung Blatt 14), die die Windenergie sozusagen
einfangen, aber auch zum Anlegen dieser Schaufeln in Bewegungsrichtung
(38).
Blatt 01 Zeichnungen
01 zeigt
ein Wind-Strömungsbild
mit Pfeilen. Es zeigt wie die Windsammel-Fokussier-Funktion des
Halbrund-Systems (B) funktioniert. Durch die Sammelblätter (1)
wird der Wind zu dem Repeller (2) geleitet und dabei auf
die doppelte Ausgangsgeschwindigkeit gebracht. Selbst hinter dem Repeller,
bzw. Rotor ist die Windkraft noch so stark, dass ein zweiter, oder
dritter Repeller weitere Erträge bringt
(nicht gezeichnet).
Erst
wenn hinter der Anlage „40%
Windstille" herrscht
wurde die ganze Windkraft (60%) durch das System effektiv aufgenommen.
Das ist das Hauptziel jeder effizient funktionierenden Windkraftanlage.
Von denen 1a sehr weit entfernt ist.
01a zeigt viele ungenutzte (3a) (siehe auch 01 b
dort aber genutzt) und nur eine kleine Wind-Nutzflächen (kreisförmig) (3)
bei üblichen, schlecht
konzipierten Windkraft-Anlagen. Dort wird die Windgeschwindigkeit
nur einfach genutzt. Der Wind, links, rechts, oben und unten, der
an der Anlage vorbeizieht kann nicht genutzt werden. Ergibt = teure
Anlage und sehr wenig Ertrag. Dort sind Auch keine Windstrom-Optimierungssysteme
zum Bündeln
und Beschleunigen des Windes vorgesehen. Selbst zwischen den drei
Rotorblättern
des Systems streicht der Wind gänzlich
ungenutzt vorbei. Nur ein Bruchteil der Windenergie der Fläche (3)
wird bei dieser (1a) Konstellation
wirklich genutzt.
01b zeigt wie bei der gleich großen Windkraft-Anlage
(Repeller, hier verdeckt) mindesten 10fach mehr Windfläche durch
die Windsammel-Fokussier-Funktion gesammelt, fokussiert und genutzt wird.
Das wäre
alleine durch diese Maßnahme
ca. 8mal mehr Ertrag.
02 zeigt
ein rundes Windsammel-Fokussier-System (später nur noch Rundes- (C) bzw. halbrundes
(B) System genannt) von der Seite.
03 zeigt
ein Rundes-System (C) von oben.
04 zeigt
ein Rundes-System schräg
von oben (perspektivisch), mit seinem, gitterförmigen mehrfach verstrebten,
ebenfalls runden Käfig
(4). Unten besitzt der Käfig eine Standfläche (6).
Hier wird die blütenähnliche
Konzeption des System deutlich.
Warum kein üblicher
Trichter, warum Sammelblätter (1)?
Den
Windstrom durch einen üblichen
zylindrischen, mehr oder weniger runden Trichter zu leiten und zu
bündeln
wäre wenig
effizient. Schließlich
ist ein Trichter kein strömungsoptimiertes
System. Der Strom müsste
durch ein Nadelöhr
und würde
gebremst anstelle beschleunigt. Der Strom würde außerhalb des Trichters, aber
nicht im Trichter beschleunigt. Die Bündelung würde nicht realisiert werden
können.
(siehe auch Mantelturbine)
Abweichungen
vom Grundkonzept
Einige
Sammelblätter
(1) können
auch anders ausgerichtet sein, als gezeichnet. Das bedeutet, dass
nicht immer die flachen Seiten zum Boden und in den Himmel weisen.
Auch müssen
die Spitzen (1e) (siehe Blatt 02 Zeichnungen) nicht immer
genau ins Zentrum des Käfigs
(4, bzw. 5) weisen. Somit haben die Sammelblätter Trichterwirkung
ohne deren nachteilige Effekt. Ggf. ist es notwendig weiter hinter
dem Käfig
weitere Sammelblätter
zu positionieren um den Strom in eine Richtung zu lenken.
Blatt 02 Zeichnungen
(Mehrstufenprinzip,
die Zeichnungen Blatt 01 haben nur eine Stufe) Prinzipiell haben
die dargestellten unterschiedlichen flächigen Elemente mehrere Aufgaben.
- 1. Sammeln und „Fangen" des Windes (große flächige Elemente mit z.B. segelähnlichen
Funktionen). Weiterleiten zu den nächsten Elementen.
- 2. Segmentieren des gefangenen Stromes in gebremsten Strom (nicht
genutz/viel Volumen) und beschleunigten Nutz-Strom (genutzt/wenig
Volumen). Weiterleiten zu den nächsten
Elementen, bzw. zu den Aggregaten(Rotoren) (siehe Zeichnungen Blatt
01).
- 3. (siehe Zeichnungen Blatt 12) Weiter Beschleunigen des schon
beschleunigten Nutz-Stromes. Wiederholtes
Segmentieren des schon beschleunigten Nutz-Stromes in gebremsten
Strom (nicht genutz/wenig Volumen) und beschleunigten Strom (genutzt/geringes
Volumen). Weiterleiten zu den nächsten
Elementen.
- 4. Die Prozedur je nach Anforderungen wiederholen (zusätzliche
Prozess-Stufen).
- 5. Zuleiten zum energieerzeugenden Aggregat.
- 6. Addieren mehrerer beschleunigter Nutz-Ströme zu einem.
5 bis 8d zeigt
Sammelblätter
die mehr oder weniger wie Blütenblätter gestaltet
sind.
Mit
der Spitze (1e) sind diese auf das Zentrum, Fokus der Wind-Anlage
gerichtet (hier nicht gezeichnet).
05 zeigt
ein spezielles aerodynamisch geformtes Sammelblätt (1) von der flächigen Seite, mit
seinen Flächenbereichen
(1f).
06 zeigt
das Sammelblätt
von oben. Es zeigt die zugrunde liegende strömungsoptimale Tropfenform/bzw.
den tropfenförmigen
Kern (1d).
07 zeigt
das Sammelblätt
schräg
von der Seite (Perspektive).
08 zeigt das Sammelblätt von vorne.
Das
die Sammelblätter
und deren Ausrichtung von besonderer Bedeutung sind, soll hier noch einmal
erwähnt
werden. Aber auch die Oberflächen die
nicht glatt, sondern leicht rillig und huckelig sind steigern die
Effizienz der Anlage. Die Sammelblätter sind hier hohl gestaltet.
Es
ist sinnvoll bei großen
Anlagen Ballon- und Zeppelinbautechniken zur Fertigung der Sammelblätter einzusetzen.
Aber auch preiswerte segelähnliche
Systeme sind vorgesehen.
08a zeigt ein sich verjüngendes Sammelblatt (1c),
rechts der Befestigungsbereich zum Zentrum /Fokus gerichtet.
08b zeigt ein einfaches Sammelblatt (1b)
als Meterware (Profil) lieferbar.
08c zeigt ein eher natürliches kompliziertes (Blütenblatt/Sammelblatt
(1a), rechts der Befestigungsbereich zum Zentrum des Systems
gerichtet.
8d zeigt ein Tropfenhalbschalen-Blatt (1d)
mit Öffnung
(1n)
Für die Gestaltung
der Sammelblätter
gibt es viele mehr, oder weniger gut geeignete Möglichkeiten. Nicht nur die
Effizienz ist von Bedeutung, sondern auch die Optik. Schließlich sind
die Systeme sichtbar und ggf. ordnet sich der Ertrag der Optik unter.
Ein bisschen weniger Ertrag ist ggf. hinnehmbar. Gebogene Sammelblätter sind
in keiner Zeichnung realisiert, aber auch vorgesehen.
8e zeigt ein Tropfen-viertel-schalen-Blatt,
einmal ohne und einmal mit seitlichen Deckeln.
Aus
Platzgründen
ist es manchmal notwendig schmalere Elemente zu verwenden. Diese
dienen nicht zum Sammeln/Fangen des Windes (siehe erste, bzw. zweite
Stufe), sondern zum Weiterleiten und weiteren Beschleunigen. Das
gilt auch für 8f.
8f zeigt ein Tropfenkurven Segment-(Blatt),
einmal ohne und einmal mit seitlichen Deckeln. Aus Platzgründen ist
es manchmal notwendig schmalere Elemente zu verwenden.
Nachteilig
ist es, dass der umgebende Wind in die segmentierte zu beschleunigende
Strömung sozusagen
verunreinigt und behindert. Die seitlichen Deckel verhindern diese
ungewollte Einleitung. Auch das Einfließen von Regenwasser kann mit
den Deckeln verhindert werden.
Blatt 03 Zeichnungen
09 zeigt
eine sehr große
runde Anlage. Ist ein Bau eines Käfigs (2) zu teuer
und zu aufwendig reichen einfache Masten (7) und Seile
(8) zum Positionieren der Sammelblätter (1). In diesem
Falle können
die Sammelblätter
einfach wie Segel gestaltet sein (nicht gezeichnet).
10 zeigt
ein Halbrundes-System (B) von oben. (siehe auch 16 und 17,
Zeichnung Blatt-05 und Blatt-06).
11 zeigt
ein Halbrundes-System von der Seite.
12 zeigt
ein Halbrundes-System von vorne (perspektivisch).
Blatt 04 Zeichnungen
13 zeigt
wie sich die kleinen Systeme auf Bäumen relativ gut in die Landschaft
integrieren lassen. Als wären
es große
Vogelnester, und nicht technische Objekte, verschwinden die Systeme
in der Landschaft.
Wald/Park
ca. jeder bis jeder 20igste große Baum
wird genutzt. Der Wald als Energie-Kraftwerk. Dabei wird eine elastische
Tragstelze für
die Wind-Anlage dem Baum umgebunden. Der Baum wird dabei nicht beschädigt. Bei
starkem Wind wird der Baum allerdings mehr belastet. Nur 100% gesunde
Bäume werden
genutzt. Elastische Halteseile können
den Baum bei Starkwind/Sturm entlasten.
14 zeigt
Beleuchtungs-Systeme, die wie Palmen an der Straße stehen. Auch hier, kombiniert mit
richtigen Bäumen,
sind die Systeme gut in das tägliche
Leben zu integrieren, was normale Windkraftanlagen nicht von sich
behaupten können.
Hier
sind die Sammelblätter
unterschiedlich groß gestaltet,
um einen natürlicheren
Eindruck zu vermitteln.
Durch
das Sonnenlicht (Photovoltaikflächen) und
Wind sammeln die Systeme Energie, die sie Nachts in Form von Licht
(LEDs) wieder abgeben. Somit lassen sich überall autonome Lichter installieren.
Sicherheit und Licht wird damit an jedem Ort finanzierbar. Unfälle aus
Sichtmangel werden vermieden
Windkraft und Beleuchtung
in einem 1 Straßenlaternen
Dabei
können
ganze Straßenzüge mit neuartigen
Windkraft-LED-Laternen bestückt
werden. Die LED-Systeme verbrauchen sowieso schon weniger Energie.
Die Windanlagen, die oben auf den Laternen sind, liefern dann permanent
Strom ins Netz, weil die LED's
selber wenig Strom verbrauchen. Es produziert dann jede Straßenlaterne
Strom im Überfluss anstatt
ihn zu verbrauchen. Straßen
auf dem Lande, die üblicherweise
nicht mit Laternen versehen sind, werden dann beleuchtet und liefern
dazu Strom 24Stunden am Tag ins Netz.
Es
werden mehrere Effekte gleichzeitig erzielt. Streulicht nach oben
wird durch die Windkraftanlagen abgehalten (siehe Lichtsmog). Unter
der Windanlage ist dann die Beleuchtung angebracht.
15 zeigt
ein mit vier Systemen bestücktes
Hausdach und einen Baum mit einem System. Auch der Einsatz der Systeme
auf Balkonen, oder Hauswandseiten oder Garten etc. ist vorgesehen. Auch
hier sieht es eher nach Storchennestern aus, als nach Energie liefernden
Systemen. Viele kleine Systeme lassen sich besser in die Optik das
Landschaft integrieren. Ein großes
System wäre
negativ auffällig.
Blatt 05 Zeichnungen
16 zeigt
das Runde-System (C) von nahem. Hier werden die Dimensionen deutlich.
Der, bzw. die „kleinen" Repeller (2)
(Rotoren) sind im Focus (Zentrum) der Anlage untergebracht.
Den Wind verwirbelungsfrei
zu dem(n) Repeller(n) zu leiten ist eine Aufgabe der Sammelblätter (1).
Die Windgeschwindigkeit dabei zu vervielfachen ist eine weitere
Aufgabe der Sammelblätter
(9).
Hier
ist auch sichtbar, dass die Sammelblätter (1) durch den
Käfig (4)
gehalten und ausgerichtet werden. Ggf. ist ein steuerbares Ausrichten
der Sammelblätter
(1) je nach Größe der Anlage
sinnvoll. Bei großen
runden Anlagen mit Fokussierung, bei denen der Wind aus jeder Richtung
kommen kann, ist es nicht notwendig das gesamte System in den Wind
zu drehen. Dort wird nur der Repeller, wie üblich in den Wind gedreht.
Zur Übersicht
ist das System (02, 03 und 04)
noch einmal von verschiedenen Ansichten gezeigt.
Blatt 06 Zeichnungen
zeigt
noch mal 10, 11 und 12), sowie
ein halbkreisförmiges
Systeme 17.
17
Bei
kleineren Anlagen mit Fokussierung wird das gesamte halbrunde-System
(B) in den Wind gedreht (hier kein Drehpunkt-Schwenkbereich/Achse Gelenk
gezeichnet). Weil der Wind nur aus einer Richtung kommt reicht prinzipiell
immer eine halbkreisförmige
Anlage, die sich samt Rotor in den Wind dreht.
Je
nachdem wo der Drehpunkt angebracht ist, kann sich die Anlage automatisch
in den Wind drehen, wenn dieses gewünscht wird. Ein steuerbares
Ausrichten der Sammelblätter
(1) ist bei kleinen Anlagen nicht vorgesehen. Der hier
dargestellte Repeller ist für
derartige Anlagen nicht optimal, weil der Wind in der Anlage nicht
direkt von vorne kommt.
Den
geeigneten optimalen Repeller, bzw. Rotor zu konzipieren ist eine
andere Aufgabe, die hier in den Zeichnungen vernachlässigt wurde.
Zu diesem Bereich ist in den Zeichnungen Blatt 14 und 15 mehr beschrieben.
Grundsätzlich ist
es ein Fehler den, oder die Repeller (Rotoren) direkt in den Fokus
der Luftströme zu
stellen. Es würden
sonnst ganz andere Rotoren benötigt,
weil die Windströme
aus vielen Richtungen kommen. 26, 27 und 28 lösen das
Problem besser und einfacher.
Blatt 07 Zeichnungen
18 zeigt
eine Stufenpyramide von der Seite mit diversen Halbrund-Systemen
(B).
19 zeigt
die Stufenpyramide von oben mit diversen Halbrund-Systemen (B).
Gut sichtbar sind die sternförmig
angeordneten trichterförmig,
zulaufenden Tropfentrichter-Wände
(1j), die direkt auf die Anlage gerichtet sind und die
den Wind schon vor der Anlage beschleunigen und zu den Systemen
führen.
Diese Wand (1j) kann aus Bäumen und Hecken bestehen. Somit
verbirgt sich die Anlage dann teilweise hinter Bäumen und Hecken und erhält trotzdem
mehr Effektivität
und liefert mehr Ertrag.
Auch
hier kann man prinzipiell mit einer halben Pyramide auskommen, weil
der Wind aus einer Richtung zur Zeit kommt. Dann muss sich die halbe Pyramide
aber ebenso in den Wind drehen lassen. Große Systeme (hier gezeigt) lassen
sich nicht drehen, und müssen,
da der Wind aus allen Richtungen kommen kann, rund gestaltet sein.
20 zeigt
die Stufenpyramide schräg
von Seite (perspektivisch) mit seinen diversen Halbrund-Systemen.
21 zeigt
nur die Stufen-Pyramidenform ohne Systeme.
22 zeigt
nur die Stufen-Pyramidenform mit seinen angeschrägten Flächen.
Einerseits
integriert sich eine Pyramide ganz gut in die Landschaft, und sieht
wie ein Berg aus der Ferne aus, andererseits optimiert und beschleunigt die
Pyramidenform die Windbewegung. Der Ertrag pro verbauter Fläche steigt
auf ein Vielfaches. Somit lassen sich viele identische, serielle
und preiswerte Halbrund-Systeme mit der Pyramide optimal positionieren.
Sicherlich
sind Berge und Hügel
als runde Pyramide umzufunktionieren.
Blatt 08 Zeichnungen
Grundlagen
Oben
auf dem Deich ist mehr Wind, als unten am Sockel des Deiches. Ist
den wenigsten Menschen wohl ernsthaft aufgefallen, ist aber ein
Faktum. Natürlich
nur wenn der Wind frontal auf die Stirnseite des Deiches trifft.
Herrscht
eine Windrichtung an einem Ort vor, sind Deiche oder Ähnliches
ein guter Standort für kleinere
Windkraftanlagen.
23 und 24 zeigen
Möglichkeiten Halbrund-Systeme
in Reihe aufzustellen, und dabei in einen lang gestreckten, stufigen
Hügel oder
Deich zu integrieren. Das macht natürlich nur Sinn, wenn die Windrichtung
hauptsächlich
aus dieser Richtung (Pfeile ca. 150° 23) kommt.
23 zeigt
den Stufen-Deich von oben, und die versetz angebrachten Halbrund-Systeme. Nur
so hat jedes Halbrund-System unter sich eine freie Fläche, wo
sich der Wind mittels der Deichschräge beschleunigen kann.
24 zeigt
Halbrund-Systeme von der Seite, sowie ein Schnitt durch den Stufendeich
mit seinen Terrassen. Durch den Deich, beziehungsweise seine Schräge wird
einerseits die Windgeschwindigkeit verdoppelt, andererseits wird
der Wind mehr oder weniger waagerecht ausgelenkt, wenn er auf die Halbrund-Systeme
trifft. Durch die leicht schräge nach
unten weisende Anordnung der Halbrund-Systeme wird deren Effizienz noch gesteigert.
Die
Systeme einfach nur oben auf einem normalen, nicht stufigen Hochwasserschutzdeich
aufzustellen zeigt die vielseitigen Einsatzorte für die Systeme
(hier nicht zeichnerisch dargestellt). Auch für die Integration der Systeme
in Hügel
oder Berge steht prinzipiell nichts im Wege.
Blatt 09 Zeichnungen
25 zeigt
Strömungsbarrieren
(11), die den Wind an den schrägen Seiten der Pyramide trichterförmig zu
den Systemen leiten. Durch diese Elemente wird der Wind weiter beschleunigt.
25a
Wahrscheinlicher
ist, dass alleine die Stufenpyramide den Wind pro Pyramidenstufe
weiter beschleunigt. Ggf. mach es mehr Sinn nur oben auf der Pyramide
Systeme aufzustellen. Ggf. gilt auch dort was für das Haus (siehe Grundlagen)
gilt. Ggf. reicht eine intelligent aufgestellte Anlage in der Höhe aus, um
viele teure Anlagen weiter unten zu ersetzen.
Hiermit
soll nur verdeutlicht werden, dass das Windkraft erzeugende System
(Repeller oder Rotor) erst später
Bedeutung hat. Fast wichtiger ist das Drumherum, also die Windstrom
optimierenden Systeme der Anlage. Allerdings macht das Eine ohne das
Andere keinen Sinn.
Blatt 10 Zeichnungen
26, 27 und 28 zeigt
eine Optimierung der Anlage. Es wird somit möglich übliche Repeller und Rotoren
(z.B. H-Rotoren) zu verwenden, auch wenn dieses eigentlich nicht
sinnvoll ist. Die Repeller oder Rotoren sind nicht effektiv genug, um
den Wind auszubeuten.
Damit
die vielen kleinen, durch die Sammelblätter erzeugten Luftströme nicht
aufeinander treffen und verwirbeln und dabei ihre Kraft gegenseitig
eliminieren, teilt, bzw. verbindet der Windstromteiler/Windstromaddierer
(10) die vielen kleinen Luftströme, die in dem Halbrund-System
erzeugt werden in zwei große
Ströme.
Besonders
die Luftströme,
die frontal auf den Windstromteiler/Windstromaddierer (10)
treffen, werden durch ihn auch noch weiter beschleunigt. Diese geteilten
beiden Luftströme
werden durch die ausgefeilte aerodynamische Form (28b)
des Windstromteiler/Windstromaddierer (10) aber gleich
wieder miteinander verbunden. Der nun entstandene große sehr
schnelle Luftstrom wird zu dem weiter hinten gelegenen Repeller
(H-Rotor) (2) geführt.
In die Windstromteiler/Windstromaddierer (10) können auch
ein, oder mehrere Repeller, oder Rotoren integriert sein.
Wie
schon erwähnt,
ist es sinnvoll mehrere Repeller, oder Rotoren hintereinander ggf.
versetz voneinander aufzustellen, um die Windkräfte aus dem Strom optimal zu
nutzen. Es macht keinen Sinn eine großen Aufwand zu betreiben, um
den Luftstrom zu beschleunigen, zu kanalisieren und zu komprimieren,
aber nur durch einen Repeller(Rotor) ca. 10% der Windenergie zu
Nutzen. Mehrere Repeller (Rotoren) können den betriebenen Aufwand
optimaler nutzen, aber leider trotzdem zu schlecht, um hier wirklich voll
zu überzeugen.
Der
Luftstrom der von dem ersten Repeller kommt ist noch stark genug,
um mindestens einen weiteren zu rechtfertigen. Somit wird die verbaute Fläche der
Anlage optimal genutzt. In den Zeichnungen Blatt 1 bis 10 wurden
Repeller der Anschaulichkeit halber gezeigt, weil jeder diese kennt.
Diese sind wie schon erwähnt
viel zu wenig effizient. Sie nutzen die verbrauchte Fläche schlecht.
Ggf.
kommt aber auch wieder das alte Prinzip zum Einsatz (nicht zeichnerisch
dargestellt). Hinter dem 1ten Repeller wird eine Barriere in den
schon teilweise ausgebeuteten Luftstrom gestellt.
Wie
schon erwähnt
wird durch die Barriere (siehe Hauswand-Beispiel/Effekt 1) der Luftstrom
an einigen Stellen auf das doppelte beschleunigt. An diesen Stellen
wird dann der zweite Repeller(Rotor) gestellt.
Das
hört sich
zwar so an, also ob man dieses Prinzip immer wieder anwenden kann,
um den Luftstrom zu beschleunigen, Fakt ist aber, dass nur so viel
Wind-Energie wie vorne in die Anlage rein geleitet wird auch wirklich
zur Ausbeutung zur Verfügung steht.
Es kommt nur darauf an diese Energie auch aus dem Luftstrom heraus
zu bekommen. Das Rotoren und Repeller dazu alleine nicht geeignet
sind, ist Gegenstand dieser Schrift.
29
Hier
ist der Windstromteiler/Windstromaddierer (10) im Zentrum
der Anlage gut zu sehen. Die aerodynamische ausgefeilte Form wurde
nicht zeichnerisch dargestellt. In 28b ist
eine Oberfläche, bzw.
Profil gezeigt, welches für
die Addierer (10) prinzipiell auch geeignet ist.
Blatt 11 Zeichnungen
30 und 31 zeigt
ein in einem Gehäuse
(13) untergebrachtes Windkraft-Schaufelrad. Nur ein Bereich
des Rades (22c) wird dem, vorher durch das Optimierungssystem
optimierten Strom, ausgesetzt. Dabei werden immer nur die drei Schaufeln
(22a) flächig
(22d) dem Strom entgegengestellt, die ihm direkt ausgesetzt
sind.
Die
Schaufeln, die nicht dem Strom ausgesetzt sind, werden in Drehrichtung
(22e) des Rades ausgerichtet, um die Drehbewegung nicht
durch unnötigen
Widerstand zu bremsen.
32 zeigt die Schaufel (22e) und deren verwendetes
Tropfenprofil.
Das
in den Zeichnungen Blatt 11 gezeigte System ist ein Vorläufer. Die
Zeichnungen Blatt 14 und 15 zeigen noch optimalere Konzeptionen.
Sicherlich sind auch Tragflächenprofile
einsetzbar.
Blatt 12 Zeichnungen
In
den Zeichnungen Blatt 2 wurden schon Sammelblätter gezeigt, die die Aufgabe
haben den Wind zu sammeln, zu beschleunigen und auf das eigentliche
windkraftausbeutende System zu lenken.
Das Bündelungs-
und Beschleunigungsprinzip
Beispiel Suppenkelle,
bzw. Löffel
(Wasser bündeln, bzw.
beschleunigen)
Um
einfacher verstehen zu können
worum es geht, kann man das Beispiel anführen, das jeder kennt. Lässt man
Wasser senkrecht auf den holen Löffel
fließen,
wird der Strahl diffus in alle Richtungen verteilt. Wird der Löffel etwas
gekippt wird das Wasser in eine andere Richtung fächerig umgelenkt.
Die Bündelung
des Strahl ist mit der Löffelgeometrie
nicht möglich.
Nimmt
man nun die Tropfenhalbschale (ggf. Suppenkelle) und lässt das
Wasser des Duschkopfes schräg
auf den Anfang des breiten holen Bereiches fließen, wird der Strahl zum schmalen
Bereich hin gebündelt,
beschleunigt und umgelenkt.
Leider
funktioniert der Vergleich mit Wasser nicht wirklich so wie mit
Luft. Schließlich
bleibt immer ein wenig Wasser in der Schale (siehe Schwerkraft) und
bremst das nächste
einfließende
Wasser stark ab. Im schlechtesten Fall kommt gar kein Bündelungs-Beschleunigungs-Effekt
zustande.
Man
muss also den ganzen Versuch umdrehen, sodass das Wasser aus der
Schale fließen kann.
Man strahlt also das Wasser von unten gegen die hohle Tropfenhalbschale.
Jetzt ist der Effekt vergleichlich mit der Luft. Luft ist der Schwerkraft „nicht" ausgesetzt und deshalb
viel besser mit Tropfenhalbschalengeometrien zu optimieren. Dabei
ist es prinzipiell egal wie die Tropfenhalbschale selber ausgerichtet
ist (siehe Gegensatz zu Flüssigkeiten).
Allerdings darf die Tropfenhalbschale bei Regen nicht voll laufen.
Optimiert
der Luftstrom ein Flüssigkeit
zu einer Tropfenform, kann man mit der gegensätzlichen Tropfengeometrie,
der Tropfenhalbschale die Luftströmung perfekt optimieren, also
umlenken, beschleunigen, bündeln,
also die Windstromfläche
verkleinern, oder auch viele unterschiedliche kleine eingeleitete
Strömungen
zu einem schnellen Super-Strom addieren.
Mehrere
dieser Tropfenhalbschalengeometrien kombiniert und winkelig zueinander
angeordnet optimieren den Windstrom extrem und auf schlichte simple
Art und weise.
Will
man also einen Windstrom der Fläche 0,5km × 2km (Berg/Vulkan)
zu 90% ausbeuten hätte man
mit üblichen
Rotorsystemen heute nicht die geringste Chance. Es werden also Systeme
gebraucht die Strömungsvolumen
in einen kompakten Strahl verkleinern.
33 zeigt Schematisch vereinfacht, wie prinzipiell
vorgegangen wird, um derartig großflächige Ströme 0,5km × 2km2 nutzbar
zu machen. Der Löffel-Tropfenschalen
Reflektor (1h) wird in den Berg (16) integriert.
Dabei kann die Fläche
direkt in den Berg (Hügel)
geschlagen/gegraben werden. Das macht natürlich so nur Sinn, wenn der
Ort eine Hauptwindrichtung (siehe kurze Pfeile) hat. Glatte Berg-Oberflächen sind
erst einmal gar nicht für
den Reflektor (1h) unbedingt notwendig bis sinnvoll.
Der
0,5km × 2km2 breite Windstrom wird durch die erste Stufe
schon auf ca. 20m Durchmesser optimiert.
In
der nächsten
Optimierungsstufe optimiert der Tropfenschalen Reflektor (1f)
den Strom auf ca. 4m Durchmesser.
In
der nächsten
Optimierungsstufe optimiert der justierbare längliche Tropfenschalen Reflektor (1g)
den Strom auf ca. 1 m Durchmesser. Die gesamte Kraft, fast ohne
Reibungsverluste (siehe keine Schwerkraft), des ursprünglich 0,5
km × 2km2 breite Stromes befindet sich jetzt in dem
gebündelten,
sehr schnellen 1 m Durchmesser Super-Strom. Ggf. sind derartig krasse
Strömungsverkleinerungen
aber nicht möglich
(siehe Magnolienblatt 3/3tel werden zu 1/3tel).
Kräfte wie
bei einem kleinen Wirbelsturm werden in ihm nutzbar. Derartige Gewallten
sind mit üblichen
Repellern und Rotoren nicht ausbeutbar. Bei den Windgeschwindigkeiten
des Superstromes verhält
sich der Strom schon fast wie eine Flüssigkeit, weicht weniger stark
um Objekte aus, und kann, wie bei Wasserkraftwerken üblich, ausgebeutet
werden. Mit zunehmender Strahlgeschwindigkeit kommen ballistische
Prinzipien ins Spiel.
Berge
(Müllberge)
und Erhebungen sind ideal zu Windkraftnutzung. Sicherlich sind auch
Gebäude
Hochhäuser,
Wolkenkratzer perfekte Einsatzorte für derartige Konzepte. Allerdings
sind glatte bestehende Hausflächen
nicht optimal nutzbar, weil die Ströme geteilt werden und schlecht
kontrollierbar sind. Alle Flächen
eines neu konzipierten und geformten Gebäudes sind ideal nutzbar (siehe
Zeichnungen Blatt 16)
Aber
auch waagerechte Ebenen und Felder (siehe Zeichnung Blatt 13) sind
gut nutzbar. Dort lassen sich die Anlagen gut verbergen.
34 zeigt den oberen Bereich des Schemas.
35 zeigt die schematisch vereinfachte Anlage von
der Seite.
Blatt 13 Zeichnungen
37 zeigt eine mehrere km2 große Ebene. Dort
wird mittels der geschwungenen Tropfentrichter-Wand (1j) oder mit Bebauungen
(21) (Bäumen und
Büschen),
ggf. berankte Gitter, Segel etc. der Wind in Richtung Windkraftanlage
(C) geleitet und schon optimiert und beschleunigt. Die Höhe der flächigen Bebauung
(21) entspricht ungefähr
der eigentlichen Windkraftanlage. Das bedeutet, das die eigentliche
Windkraftanlage von der Ferne nicht immer direkt sichtbar ist. Die
tiefer gelegenen Flächen(z.B.
Acker) können
ganz normal genutzt werden.
36 zeigt ein Windoptimierungssystem (zylindrisch)
welches Wind, der aus allen Richtungen kommen kann, effektiv optimiert
(siehe 33 und 34 das
Prinzip).
Die
schalenförmigen
Tropfenschalen Reflektoren (1f) (hier nicht gut sichtbar),
die in die Zylinderseitenflächen
eingelassen sind, bündeln
den Wind, teilen ihn in mehrer Ströme und leiten ihn weiter an die
justierbaren, länglichen
Tropfenschalen Reflektoren (1g). Dort weiter optimiert
werden die vielen unterschiedlich schnellen, Ströme an die länglichen Windstromverbinder
(1k) weitergeleitet und dort zu weniger Strömen addiert.
In der letzten Stufe (hier nicht gezeigt) können die Ströme zu einem
Super-Strom addiert werden. Dabei wird wieder das Tropfenhalbschalenprinzip,
oder der Verwirbler/Rotierer (24) mit tropfenförmigen Erhöhungen (24b) (28b) verwendet. Nun kann der Superstrom
(c) zum Ketten-Windkraft-Schaufelsystem (23) (40a und 40b)
geleitet werden.
Die
Konzeption kann auch schwebefähig, wie
ein Zeppelin, über
einem energieerzeugenden System positioniert werden (siehe auch
Zeichnungen Blatt 15).
Blatt 14 Zeichnungen
Optimale
Aggregate zur Windausbeute sollten eigentlich nicht Gegenstand dieser
Schrift werden, es war aber notwendig Mittel aufzuzeigen, wie optimale
Systeme aussehen können,
die einen "Windstrahl" ausbeuten können. Übliche Repeller und
Rotoren waren ja nicht optimal einzusetzen, (Umsturzgefahr) bei
extrem schnellen und kompakten Strömen. Bei wenig Wind funktionieren
diese Rotoren gar nicht. Und wenn der Wind reicht, wird er zu Großteil zwischen
den Rotorblättern
ungenutzt hindurchgelassen.
Geht
man davon aus, dass eine fallende Flüssigkeit einen Tropfen, als
eine aerodynamische optimale Form bildet, kann man davon ausgehen, das
der Wind eine Tropfengeometrie am besten umfließen kann. Es muss also auch
eine Geometrie geben, die der Wind am ungünstigsten umfließen kann.
Zu
jedem positiven Zustand gibt es auch ein Gegenteil.
Diese
Zeichnungen beschäftigen
sich mit dem Gegenteil von Aerodynamik.
Wie kann man Strömungen am
besten bremsen, behindern, um ihnen dabei die Energie zu entziehen?
Wie
sieht ein Körper/Oberfläche aus,
damit diese(r) vom Wind am besten beschleunigt, geschoben und ggf.
rotiert werden kann? Dabei soll möglichst kein Wind am Objekt
abprallen und ungenutzt in diverse Richtungen strömen.
40 zeigt eine schnelle optimierte Luftströmung (a),
die gegen die Innenseite eine Tropfenhalbschale, rückwärts herum
eingeleitet wird. Dabei wird der vorher gebündelte optimierte Superstrom wieder
entbündelt,
verbreitert, gebremst und in sich selbst zurückreflektiert (b). Damit kommt
es zu Auslöschungen
der Energie, weil die selbe Luft mehrmals sozusagen eingeleitet,
reflektiert wieder eingeleitet etc. wird. Die Windenergie treibt
damit die Tropfenhalbschale, mit stehen gelassenem Bereich (d) optimal
in die Windrichtung.
Dieser
Schub-Effekt wir noch verstärkt
durch die Diffuser (1e). Das sind in diesem Falle haarähnliche
Strukturen, welche die eingeleitete Luft brechen und verwirbeln,
also Chaos und Aufspaltung für
den Strom bedeuten. Der vorher so aufwendig optimierte Strom wird
in diesem Schritt genauso aufwendig eliminiert. Beispiele aus der
Akustik (Lärmdämmung) sind
in diesem Zusammenhang zu nennen. Hierdurch wird auch der entstehende
Schall optimal eliminiert.
Das
Ziel war es ja die möglichst
gesamte geradlinige Windenergie, in zu nutzende Rotation/Schub zu überführen. Dabei
sollten hinter dem System keine Windströmungen mehr geradlinig ausströmen.
Das Sieb-Prinzip
Die
Halbschalen mit Löchern
zu versehen ist eine weitere Optimierung, die hier nicht zeichnerisch dargestellt
wurde. Wie schon beschrieben sucht sich Wind immer den einfachsten
und schnellsten(direktesten) Weg, um ein Hindernis umströmen zu können.
Wind
ist sozusagen nicht Dumm. Warum sollte er in ein Hindernis hineinströmen, und
sich bremsen lassen, wenn er auch einfacher außen vorbei kann, um dabei nicht
eliminiert, sondern beschleunigt zu werden (siehe das Wind-Beschleunigungsprinzip).
Damit wären
die dargestellten Systeme (Zeichnung) unbrauchbar.
Damit
es dem Wind nicht so leicht gemacht wird, wird er zusätzlich sozusagen
durch ein Netz geschickt. Dabei muss mehr als 50% der Flächen (Schale 1d)
nicht mehr vorhanden sein. Ansonsten bildet der Wind ein Luftpolster
und fließt
außen
beschleunigt und nicht gebremst vorbei.
Er
nimmt dann nicht den Weg in, bzw. durch die Schale(Sieb). Ist mehr
als 50% der Fläche
nicht mehr vorhanden muss er das Objekt zwangsläufig durchströmen. Er
kann kein Luftpolster mehr bilden. Es ist einfacher das Objekt zu
durchströmen.
Die Entstehende Reibung(Bremsen) ist genau was dort gewünscht ist.
Die Windmolekühle
erhalten mit möglichst
viel Fläche
Kontakt.
Wie viel Windenergie lässt sich
maximal pro Schale entnehmen?
Das
bedeutet zwangsläufig,
dass sich ca. 51 % der Windenergie mit nur einer Schale nicht nutzen lassen.
Deshalb sind mehrere hintereinander (Kette und nicht Rad) angebracht.
Bremst die erste Schale den Wind nicht, tut es die Nächste wieder
um 50% usw. Am Ende ist die zu erntende Windenergie in den Schalen,
bzw. Kette (12) und dann in den Rädern, Achsen, Zahnrädern, Ketten
und am Ende im stromerzeugenden Generator.
Siehe
das Stromoptimierungs-Prinzip ... vordoppeln der Windgeschwindigkeit
(1 Stufe), weiteres Verdoppeln mit der 2. Stufe usw. usw.. Hier
wird das Prinzip sozusagen rückwärts wieder
aufgelöst.
Bremsen 1. Stufe 50%, gebremsten Strom weiter um 50% bremsen usw...
(siehe auch Betzsches Gesetzt, es sind Grenzen gesetzt).
Kühlrippen Prinzip (viel Oberflächen = viel
Reibung)
Kühlrippen
außen
an den Halbschalen verbessern die Effizienz des Systeme weiter,
weil damit auch die Oberflächen
vergrößert werden.
Die Rippen sind in Windrichtung ausgerichtet.
Beispiel Natur (Pusteblume/Löwenzahn)
Schaut
man sich die Samen vieler Blumen an, kann man viel Know-how einfach
nutzen.
Dort
zeigt die Natur sozusagen kleine Fallschirme. Anstelle der Fläche(Schirm)
sind dort haarige Strukturen angebracht. Diese Haare weisen konfus
in unterschiedliche Richtungen.
Das
sind die perfekten Lösungen
um Wind abzubremsen. Die Teile (1e) können deshalb auch so konfus
gestaltet werden. Auch außen
an den Schalen können
derartige Haarstrukturen angebracht sein.
Es
wird damit versucht die Oberfläche
auf die der Wind trifft bzw. die er um-, bzw. durchströmen muss
zu vergrößern. Weiter
werden die viele winzige Ströme
erzeugt, und in unzählige
Richtungen gebrochen.
Ist mit den Maßnahmen
Tropfenhalbschale rückwärts, Sieb,
Rippen, und konfuse Haare ist die Windenergie zu 60% auszubeuten?
Nach
ersten Schätzungen
ist nur 50% der Energie wirklich aus dem System zu höhlen. Durch Reibungen
usw. gehen ca. 10% verloren.
38 zeigt ein Ketten-Windkraft-Schaufelsystem das
mit zwei Kettensystemen arbeitet. Beide System-Achsen (17)
bzw. Walzen (18) werden mit Ketten und Zahnrädern verbunden
(hier nicht gezeichnet). Dann kann eine große Turbine die Kraft beider
Ketten nutzen. Oder zwei kleine Generatoren werden mit jeweils einem
Bandsystem verbunden.
Das Fellprinzip
Auf
den Kettengliedern (12) sind die Tropfenschalen Blätter (1d),
die ja die Schaufelfunktion haben, mit Gelenken (19) und
Federn (hier nicht sichtbar) beweglich gehalten. Strömt der Strahl
auf diese Schaufeln (1d) klappen diese aus und stellen
den optimalen Widerstand für
den Strom dar.
In
Drehbewegung der Kette liegen die halben Tropfenhalbschalen (1d)
stromlinienförmig
an und erzeugen wenig Windwiderstand. Damit drehen sich die Ketten,
angetrieben durch den starken Windstrahl.
Natürlich sind
auch die Kettenglieder (12) selber noch zu optimieren (hier
nicht gezeigt). In eine Richtung sind die dann stromlinienförmiger ausgebildet,
als in die entgegengesetzte Richtung.
Im
Prinzip ist diese das Fellprinzip. Gegen den Strich schlecht aerodynamisch,
mit dem Strich optimal windschnittig.
Damit
von vorne gesehen keine bis wenig Lücken zwischen den halben Tropfen
(1d) entstehen, zwischen die der Wind ohne Widerstand schlüpfen könnte, sind
die halben Tropfen (1d) der oberen und der unteren Kette
versetz angebracht.
Preiswerte
Vereinfachung durch das Fellprinzip
Der
Ganze beschriebene Aufwand lässt
sich mit dem Fellprinzip wohl einfacher, preiswerter und genauso
effizient, ggf. sogar besser realisieren. Zu diesem Zweck werden
dünne Stäbe auf der
Kette (12) bzw. Kettengliedern (Textilband, Zahnriemen, etc.)
Reihe für
Reihe angebracht. Ohne den Winddruck liegen diese künstlichen "Haare" an der Kette(Band)
an.
Einerseits
können
die „Haare" aus flexiblem biegsamen
Gummi, oder Kunststoff, oder Federstahl sein, Andererseits sind
bei großen
Anlagen mit Federn und Achsen gelagerte Stäbe die bessere Wahl.
Es
macht natürlich
Sinn die Reihen mit den Haaren(Stäben) immer versetz anzubringen,
um Lücken
zwischen die der Wind schlüpfen
könnte
zu vermeiden.
Ggf.
macht es Sinn die Haare (Stäbe)
einseitig rau und anderseitig glatt zu gestallten. Dabei trifft der
schnelle einströmende
Wind auf raue löchrige Flächen, bei
Drehbewegung der Kette werden aber nur glatte Flächen der Haare(Stäbe) der
umgebenden Luft präsentiert.
So werden Reibungsverluste in die entgegen gesetzte Einströmungsrichtung
verhindert.
Im
Prinzip wäre
das so wie in der Zeichnung 38 nur
mit einfach herzustellenden Haaren/Stäben anstelle der aufwendigen
Tropfen-Halbschalen. Selbst komplett und konfus durchlöcherte Stäbe machen
Sinn. Durch diese kann der Wind strömen.
Bartenprinzip (Wale)
So
wie der Wal mit den Barten aus dem Meerwasser seine Nahrung Plankton
heraus filtert, so kann man mit dem Bartenprinzip die Windenergie sozusagen
herausfiltern.
Vorhandenes
preiswertes Material nutzen (3te Weltkonzepte)/Improvisierte Mittel
Das man viele handelsübliche
Gliederketten (Fahrrad, Motorrad usw.) nebeneinander verwenden kann
sei hier noch erwähnt.
Flache Bänder
(12) kann man so preiswert improvisieren.
Derartige
Ketten sind auch leicht abzuändern,
sodass die Haare/Stäbe
darauf angebracht werden können.
Natürlich
sind auch übliche
Zahnräder
einzusetzen.
Als
improvisierte Schaufeln kann man z.B. alte aufgeschnittene Dosen,
oder alte aufgeschnittene Plastikflaschen nutzen.
Somit
sind die aufwendigen, teuren Repeller, mit sozusagen improvisierten
Mitteln in der 3. Welt einfach, billig zu ersetzen. Resultat, weniger
Finanzeinsatz, bei zigfach mehr Ertrag, ergibt Erfolgskonzept.
Auch
die Weitervenrwendung von z.B. alten Auto-Lichtmaschinen als Generator
ist gut möglich. Konzepte
sollen auch in der 3. Welt funktionieren. Perfektionismus ist oft
genug fehl am Platze.
Umweltschutz/Material
immer wieder verwenden
Teure,
handgefertigte Rotorblätter
(Laminate) werden überflüssig, Ausrangierte
Rotorblätter
und gesamte Windkraftanlagen verursachen ein erhebliches Material-Umweltproblem und
gehören
deshalb schon ersetzt.
Ausgeleierte
Stahlketten, Stahlstäbe/Haare, sowie
Zug-, bzw. Druck-Federn demgegenüber
können
wieder eingeschmolzen, und das Material immer wieder verwendet werden.
Der
Maschinenbau ist dem Rotorbau, (siehe so aufwendig und teuer wie
Flugzeugbau), aus Kostengründen
erheblich überlegen.
Das hat besonders in der Dritten Welt besondere Bedeutung.
Mobilitätskonzepte
39 zeigt ein aufklappbares Schubsegel. Angebracht
hinten auf neuartigen Fahrzeugen wird es von dem Wind optimal vorwärts geschoben. Klappt
es zusammen wird der Schub verringert und das Fahrzeug wird langsamer.
Damit sind auf einfachste weise Mobilitätskonzepte ohne Motor realisierbar.
Luftströmungskanäle und Segelfahrzeuge
(keine Zeichnungen)
Aber
auch Konzepte, mit oben offenen Luftströmungskanälen sind machbar. Fahrzeuge
mit dieser Art Segel nutzen die Luftströmung im Kanal zur Fortbewegung.
Alle 50 Meter wird der starke Luftstrom in den oben offenen Kanal
eingeleitet. In jedem Kanal wird nur in eine Richtung gefahren.
Die Fahrzeuge werden im Luftstrom angeschoben.
Mobilitätskonzepte
(weitere Einsatzmöglichkeiten der
Systeme) (keine Zeichnungen)
Nach
dem Beispiel der Rohrpost ist es möglich den von den Anlagen erzeugten,
starken schnellen Luftstrom so zu nutzen, dass in Röhren befindliche
Fahrzeuge angetrieben werden. Somit ist kein Treibstoff oder Motor
zur Fortbewegung notwendig. Der optimierte Windstrom wird dann über Rohre
in die Fahr-Röhren
eingeleitet.
Blatt 15 Zeichnungen
40a zeigt den zylindrischen, oberirdischen Bereich
(D) und den unterirdischen Bereich (E) der Anlage. Anlagen die großteils unterirdisch
untergebracht sind verschandeln nicht die Umwelt und das ggf. auftretende
Lärmproblem
wird zur Nebensächlichkeit
minimiert. Das kleine kompakte Ketten-Windkraft-Schaufelsystem (23)
wird hier gut sichtbar. Natürlich
sind derartige Pyramiden gut in/auf Bergen und Hügeln unterzubringen.
40b zeigt die selbe Anlage (perspektivisch).
40c zeigt perspektivisch wie eine 5 stufige Großanlage
(nur Teilbereich-Schema) aussieht.
Bei 40a und 40b werden
nur 3 Stufen zur Beschleunigung und nicht 5 verwendet.
Dabei
ist es schwierig eine 5 stufige Anlage so zu konstruieren, dass
diese nicht zu tief und groß wird.
Um die Außenflächen optimal
zu nutzen, wurden hier die ersten Stufen (Tropfenhalbschale) verdreht
abwechseln angebracht.
Blatt 16 Zeichnungen
41 bis 44 zeigen
profilierte, oder vorbehandelte senkrechte Oberflächen. Das
können in
diesem speziellen Fall auch Gebäude
sein.
Geht
man davon aus das der Wind immer den kürzesten und unproblematischsten
Weg nehmen will, um ein Hindernis zu umfließen, so kann man das Verhalten
des Windes vorhersagen und ihm den eigenen Willen auferlegen. So
nimmt er dann den Weg denn man will, und man kann vereinfacht die
Windkräfte
ausbeuten.
Am
liebsten „will" der Wind nun also
ein Objekt von der Form eines Tropfens umströmen. Erlässt also die kurzfristige „Teilung/Unterbrechung" des Stromes zu,
es bleibt ihm auch nichts andres übrig. Findet er diese Tropfenform
nicht vor (siehe Gedächtnis
von Wind) so sucht er ähnliche
Strukturen und Oberflächen,
die er dann vereinfacht umströmen kann.
Die
Tropfenhalbschale kann er zwar nicht optimal umfließen, aber
diese Oberfläche
kann ihn bündeln
und beschleunigen. Dieses ist die weit bessere Alternative für den Wind.
Sich in kleine Ströme zu
teilen, die sich kurzfristig beschleunigen, um sich später wieder
zu vereinigen ist die Natur des Windes.
Bei 41 befinden sich vor dem 6eckigen Gebäude Schilder/Segel
(28), welche sehr vereinfacht die Tropfenhalbschalengeometrie
zeigen. Der spitze Bereich des Schildes weist zum Gebäude. Der breite
Bereiche des Schildes ist weiter vom Gebäude entfernt. So trifft der
Wind auf eine leicht schräge
Fläche
und wird dadurch schon nach unten genötigt zu fließen. Unter
dem Gebäude
kann der Wind nun genutzt werden.
Das
ganze kann man wie in 43 auch umdrehen. Dort wird
der Wind oben auf dem Gebäude genutzt.
Dort ist die sehr vereinfachte Tropfenhalbschalengeometrie (27)
in die Fassade des Gebäudes integriert.
Oben ist das Gebäude
verjüngt
(hier nicht sichtbar). Der Wind triff damit auf eine leicht schräge Fläche und
wird damit nach oben „reflektiert".
Der
transparente Folienschild (28) wirkt wie ein Schutz für das Gebäude. Einerseits
wird das Gebäude
nicht so schnell auskühlen,
weil der Wind nicht direkt auf der Oberfläche des Gebäudes trifft, andererseits wird
die Windenergie optimal genutzt. Beides sind Kostenvorteile.
Bei 42 wird der Wind genötigt, durch die Tropfenform-Erhöhung (29)
einen Weg nach unten zu nehmen. Weiter ist das Gebäude nach
unten verjüngt
(siehe auch 41), also schmäler. Der
Wind trifft also auch auf eine leicht schräge Fläche. Diese beiden Maßnahmen
zwingen den Wind sich zu bündeln
und sich nach unten leiten zu lassen.
Unter,
bzw. oben auf dem Gebäude
kommen dann die schon beschriebenen Weiterleit- oder Bündelungsmaßnahmen,
bzw. die Ausbeutung des Windes zum Zuge.
Derartige
vereinfachte Windfänger-Geometrien
sind natürlich
auch für
Zeppeline oder Ballone interessant. Dann schwebt der Zeppelin(Blimp) über den
eigentlichen schweren Weiterleit- oder Bündelungssystemen sowie den
Aggregaten.
Das Tannenbaumprinzip
(siehe auch 47b/Zeichnungen Blatt 17)
Wie schütz sich
eine Tanne vor Sturm?
Hier
die Natur nur annähernd
nachempfunden.
Durch
die mit Absicht sehr unaerodynamisch gestalteten Oberflächen wird
der Wind sozusagen in die Irre geführt. Die zugrunde liegende
negative Tropfenform (31) in Verbindung mit der Aushöhlung (30)
stellt sozusagen eine Teiltrichterform dar. Diese kann der Wind
nur durch Bildung eines Luftkissens (wird in der Höhlung (30)
gebildet), sowie nach oben Ausweichen bewältigen. Das seitliche Ausweichen wäre ein Umweg.
So wird der angreifende Wind auf die optimale und schnellste Art
vom Objekt weggeleitet (Schutzfunktion).
Auf
dem Luftpolster wird der Wind optimal reibungsvermindert nach oben
beschleunigt. Das Luftpolster selbst rotiert und wird ständig wieder
neu aufgebaut. Das Ziel ist es ein Luftpolster zu bilden, welches
eine Tropfengeometrie hat. Auf diesem tropfenförmigen Luftkissen wird der
nachfolgende Strom optimal gelagert. Diese Reibungsminderung kann keine
reale feste 3D-Oberfläche so optimal
erzeugen. Die Bildung von stabilen tropfenförmigen Luftpolstern hat deshalb
Priorität.
Allerdings bildet der Wind oft schon mit simplen eckigen Geometrien
diese instabilen Luftpolster (siehe 48m).
Ein leichte seitliches anströmen
der schlechten primitiven Geometrie verhindert die Bildung des stabilen
Polsters und macht den zu lagernden Strom unkontrollierbar.
45 Die auftretenden Windkräfte sind unten stärker als
oben: Damit wir die Tanne nicht so stark gebogen und belastet.
Durch
die nach oben kleiner werdenden Stufen wird der Wind an die Spitze
der Pyramide geleitet und Stufe für Stufe, Luftpolster für Luftpolster
beschleunigt, gebündelt
und hat dort die optimale nutzbare Struktur um die Wind-Ausbeutung,
nach den schon beschriebenen Maßnahmen
zu beginnen.
Ob
sich Gebäude
mit derartig schwieriger Geometrie bauen lassen ist unklar. Kleinere
Strömungspyramiden
oder Zeppeline (Blimps) oder Ballone sind aber sicherlich umsetzbar.
Hier
gilt auch wieder, kommt der Wind abwechselnd aus allen Richtungen
kann die große
Pyramide rund sein (siehe Zeichnung). Die halbe Pyramide muss sich
in den Wind drehen lassen und besitzt dann unten einen Drehpunkt.
Derartige
Oberflächen
kann man sicherlich auch für
lang gestreckte Wände,
Wälle,
Lärmschutzwände usw.
realisieren. Die aufwendige Luftpolsterbildung verhindert Schallentstehung
und Lärm.
Luftpolster
zu erzeugen, um sich damit Beschleunigung und Reibungsverminderungen
des Stromes zu verschaffen, sind eigentlich das Gegenteil von üblicher
Aerodynamik, erzeugen aber noch bessere Resultate.
Dieses
ist ein Beispiel dafür,
dass selbst auf den ersten Blick wenig aerodynamische Oberflächen und
Objekte überaus
strömungsoptimierend
für den Luftstrom
sein können.
Dabei werden auch die Objekte und deren Oberfläche geschützt und geschont.
45b zeigt ein schematisch vereinfachte Zeichnung
eines mehrteiligen energieerzeugenden Zeppelins (bzw. Blimp).
Schwebende Zeppeline (Blimps/Luftschiffe)
als Windkraftanlage
In
der Höhe
herrschen bessere Windbedingungen, deshalb sind kleinere preiswertere,
seriell zu fertigende Zeppeline eine gute Möglichkeit Strom mittels Wind
zu produzieren.
Zwei
in Reihe verbundene Zeppeline (ggf. lange Zeppelinkette), oder ähnliches
(Blimp ohne stabilisierendes Metallgerüst) drehen sich automatisch
in den Wind. Das Seil (48), ggf. mit Mast ermöglicht dieses.
Das Seil dient auch als Kabel und leitet den produzierten Strom
nach unten. Dabei dient der erste komplizierter geformte Zeppelin
(43) zum Optimieren und Beschleunigen des Windstromes,
und leitet diesen in Richtung des zweiten (47).
Die
Vorderen Zeppeline erzeugen mit Absicht einen Windwiderstand. Erst
dadurch, dass ein Bereich des Stromes abgebremst wird, wird eine
beschleunigtes Ausweichstromverhalten kleiner Teilströme provoziert.
Die beschleunigten und optimierten Teilströme werden zum Aggregat (46)
geführt.
Der
Zeppelin besteht aus mehreren Bereichen. Aus stromlinienförmiger Spitze
(43), die tropfenförmig
gestaltet ist, aus dem stufenförmigen
Anströmungsbereich
(44) mit seinen kreisförmig
angeordneten Tropfenerhöhungen
(45), und den damit erzeugten Strömungstälern, die am Ende des Zeppelins
(45b) spitz zusammenlaufen. Dort wird der beschleunigte
Strom zu dem Energieerzeugungs-Aggregat (46) hin fokussiert.
Prinzipiell
können
viele Konstruktionsmöglichkeiten
(Pyramiden-Stufen/siehe 45c)
angewendet werden, die schon beschrieben wurden, um den Windstrom
zu beschleunigen, zu bündeln
und zu optimieren, und dann erst zu dem Aggregat (46) zu leiten.
An
einem Schiff befestig dienen die Anlagen auch als Zugsystem (Segel,
Drachen) für
Wasserstoff erzeugende Schiffe.
Der
hintere Zeppelin (47) teilt sich die Trageaufgabe für das Aggregat
mit dem vorderen Zeppelin. Durch die spezielle Formgebung der Zeppeline kann
die Last des energieproduzierenden Systems in der Mitte gut gehalten
werden. Natürlich
kann man mit diesem Prinzip auch lange Ketten von Zeppelinen realisieren.
Dabei muss aber zwischen den einzelnen Zeppelin-Einheiten genügend Platz
gelassen werden.
45 kann prinzipiell auch als Zeppelin(Blimp) genutzt
werden. Dann wird die Form um 90° bzw.
gedreht (siehe Mehrstufenprinzip). Siehe auch 45c.
Nachteile/Vorteile
Hohe
Wellen bedrohen grundsätzlich
alle auf den Meeresoberflächen
positionierten Windkraftanlagen. Diese Nachteile technisch Auszugleichen
macht die Anlagen zu teuer, um optimal zu sein.
Das
Positionieren auf der Meeresoberfläche ist bei schwimmenden Anlagen
im tiefen Meer nur teuer und aufwendig zu realisieren, weil die
Verankerungen schwer in der Tiefe zu setzen sind.
Dieser
Problematik sind kleinere, schwebende Zeppeline nicht ausgesetzt,
wenn sie in flacheren Gewässern,
oder an der Küste
angebracht und positioniert sind.
Je
mehr Wind, desto ertragreicher sind die Systeme. Hohe Wellen sind
bei diesen Konzeptionen gar kein Thema.
Diese
schwebenden Systeme sind zusätzlich
optimal mobil, und können
fast überall
schnell positioniert werden. Natürlich
sind große
Gewässer
und Meere dafür
ideal, weil diese Flächen
nicht sichtbar sind für
Normalsterbliche. Deshalb stellen diese Konzeptionen optisch vertretbare
und tolerierbare Lösungen
dar. Leider verteuern tiefe Meere technische Konzeptionen, und somit
wird die Anzahl der möglichen
Standorte eingeschränkt.
Schiffe die
Wasserstoff produzieren
Um
den auf hoher See produzierten Strom zum Land zu leiten bestehen
wohl wenig Möglichkeiten.
Die Kosten für
Kabel wären
wahrscheinlich zu hoch. Es wäre
wirtschaftlicher ein Schiff zu verwenden, welche elektrische Energie
in Wasserstoff verwandeln. Dieser Wasserstoff ist als pertekter
Energiespeicher mit kleineren Transport-Schiffen zum Festland zu
transportieren. Ob aus dem Wasserstoff wieder elektrische Energie
wird, bleibt jedem überlassen.
Drachenprinzip
Zeppeline
mit Tragflächen
zu versehen (nicht gezeichnet) kann einen starken Auftrieb erzeugen, zumal
das System wie ein Drachen an der Leine hängt. Mit dem Auftrieb kann
der Zeppelin wie gewünscht
in der Höhe
positioniert werden. Es braucht kein Auftrieb durch warme Luft (Ballon)
erzeugt werden. Auch ein Befüllen
mit zusätzlichem
Gas ist nicht notwendig, um ein Steigen zu ermöglichen. Zeppeline können auch
als „Drachen-Zugsystem" für das Wasserstoff
produzierende Schiff dienen. Dabei werden die Zeppeline (Blimps
ect.) am Schiff befestigt.
Blatt 17 Zeichnungen
46 zeigt am Beispiel mit dem Tropfenhalbschalen-Blatt
(1d) mit Öffnung
(1n) wie die Trichter- und
Beschleunigungsfunktion des langsamen Windstromes (32)
realisiert wird.
Hier
wird schematisch dargestellt, wie die optimalen Wunschergebnisse
(nur eine Stufe) aussehen könnten.
Diese werden real nicht erreicht.
Die
Länge eines
Volumenabschnittes des Windstromes (32a) ergibt eine 150mal
so lange optimierte Strömungsstrecke
(32e), siehe Strecke (32d) aneinandergereiht.
Theoretisch
ergäbe
das die 150ig fache Beschleunigung des langsamen Windstromes (32).
Der ursprüngliche
langsame Strom (32) würde
so auf ein 150zistel seines ursprünglichen Durchmessers reduziert.
Ein 150m Strom (Durchmesser) wird also auf 1,5m (Durchmesser) reduziert.
Ein 10kmH Windchen würde
so auf 1500kmH (Superstrom) beschleunigt.
Diese
theoretischen, falschen Werte werden sich aber stark reduzieren,
weil die Reibung in der Tropfenhalbschale, sowie die Bremsfunktion
der langsamen umgebenden Luft im Ausströmungsbereiches (1n)
dieses verhindern.
Der
langsame einströmende
Wind (32) wird durch das Tropfenhalbschalen-Blatt (1d)
und seine Kurvenformgeometrie zu der Öffnung (1n) hin winkelig
umgeleitet und fokussiert.
Durch
das Tropfenhalbschalen-Blatt (1d), das sozusagen ein optimaler
halber, also offener Trichter ist, wird dem Strom ermöglicht einen
Luftdruckausgleich vornehmen zu können. Das wäre bei einem geschlossenen, üblichen
Trichter und einer geraden Einleitung des Stromes (32)
nicht möglich.
Durch
die Größe der Öffnung (1n)
wird vorgegeben, wie der Strom später aussehen soll. Will man
eine größere Öffnung (breiteren
Strom) wird die ideale Tropfenform einfach abgeschnitten und verkürzt, wodurch
sich die Öffnung
automatisch vergrößert.
Durch
die Öffnungsgröße (1n)
und deren Geometrie und die Kombination mit der Tropfenhalbschalengeometrie
(Länge,
Breite, Tiefe, ggf. auch Biegung) wird die Optimierung des Stromes
entscheidend mit beeinflusst (Siehe Magnolienblatt als Vorbild).
Bei
schneller einströmendem
Wind werden ggf. längere
und andere Tropfengeometrien benötigt, als
bei langsam einströmendem
Wind.
Den
Strom in einer Stufe so weit optimieren zu können, wie gewünscht wird
ist eher unwahrscheinlich. Deshalb sind mehrere Stufen zur Optimierung
des Stromes vorgesehen.
Auch
die inneren Oberflächen
der Tropfenhalbschale und die spezielle Gestaltung (hier beides nicht
sichtbar) des Öffnung
(1n) werden die Ergebnisse verbessert. Somit gibt es eine
ganze Reihe von Parametern, die aufeinander abgestimmt und kombiniert
werden müssen.
Über die
Kombination und Addition von mehreren Strömen, und der damit verbundenen
Optimierungen wurde schon berichtet (siehe Fakten/Lösungsansätze/Sepparierungen
und Additionen).
Die
besondere Kunst ist es, innerhalb der Schale (1d) kleine
rotierende Luftkissen (nicht dargestellt) zu erzeugen, auf denen
die einströmende
Luft reibungsvermindert gelagert und geleitet wird. Diesen Effekt
wird mit der speziellen Oberfläche
der Schale realisiert. Die einströmende Luft (32) erhält somit
keinen Reibungskontakt mit der Schale (1d) und wird dadurch
perfekt beschleunigt.
Allerdings
reicht bei kleinen Anlagen auch die Bildung des Luftkissens aus,
welche die Tropfenhalbschale automatisch produziert.
Ein Energiekraftwerk/Gebäude, in
dem man wohnen kann
47b zeigt wie die optimale Tropfengeometrie (v)
in ein z.B. Gebäude
integriert wird. Dabei entsteht etwas, das so ähnlich aussieht wie spezielle riesige
Urwaldbäume
(bzw. Seesternform).
Dabei
müsste
man sich fragen, ob ein sehr großer Baum eine derartige Form
zur Standoptimierung entwickelt, oder ob die Form und die Oberfläche zusätzlich Windbelastungen
verringern kann.
Diese
spezielle Formgebung dient in diesem Beispiel dazu, sechs Trichterbereiche
(w), bei der sechseckiger Geometrie des Gebäudes zu erzeugen.
Da
der Wind nur aus einer Richtung zur Zeit kommt, werden immer drei
Trichterbereiche durch den Wind angeströmt. Immer einer der drei Trichterbereiche
optimiert den Strom am besten, weil er am frontalsten von dem Wind
angeströmt
wird. Es werden also drei Ströme
zur Zeit erzeugt, von denen einer der Energiereichste und schnellste
ist.
Die
Trichterform leitet die Strömungen
unter Bildung mehrerer rotierender Luftpolster zu Spitze und zu
dem Energie erzeugenden System (A). In diesem Falle ist es ein schon
beschriebenes Rundes-Windkraftsystem.
Dadurch,
dass die Ströme
sehr schnell beschleunigt werden (Luftpolsterprinzip), entsteht
weniger Reibung und damit auch weniger Belastung für das Gebäude (siehe
Baumbeispiel/Frage).
Im
System (A) werden die ankommenden Ströme weiter beschleunigt und
zu einem Strom addiert und am Schluss durch das Aggregat ausgebeutet.
Dieses
ist ein weiteres Beispiel dafür,
wie nützlich
und sinnvoll es ist, nicht nur die Rotoren etc. zu verbessern, sondern
die Gebäude;
Umgebung mit in die Planung zu integrieren.
Die
Optimierung der Wind-Strömung
vor den Aggregaten ist wichtiger (siehe „Wind-Laserprinzip").
Im
besten Falle kann ein derartiges Gebäude seinen Energiebedarf selber
decken, weil es auch in der Nacht profitabel arbeitet, wo bekanntlich
weniger Strom verbraucht wird.
Noch
besser ist es, wenn das Gebäude
seine Errichtungskosten, durch die profitable Energieproduktion
im Laufe seiner Existenz wieder hineinbringt.
Intelligentes
Stromsparen durch z.B. LED Beleuchtungen, die keinen Lebensqualitätsverlust bedeuten
sind eine weitere Möglichkeit
dazu.
Da
das Gebäude
große
Oberflächen
hat, ist die Verwendung von Photovoltaikzellen natürlich auch
vorgesehen um noch mehr Strom zu produzieren.
Somit
entsteht ein Energiekraftwerk, in dem man ohne schlechtes Gewissen
wohnen und arbeiten kann.
Das
mehrere speziell geformte Gebäude
intelligent angeordnet werden können,
und damit ähnliche
Effekte erzielt werden können,
sei hier noch kurz erwähnt.
Man gruppiert dann die einzelnen Gebäude sternähnlich zueinander. Somit kann
man die schwierige Geometrie (siehe 47b)
vereinfachen. Der Bau von z.B. vier, bis sechs gleichen Gebäuden dürfte wirtschaftlicher,
technisch aber eher schlechter sein.
Sicherlich
könnte
die Konzeption auch anders aussehen. Mann stellt das System A auf
den Boden und lässt
den so, oder ähnlich
geformten Ballon (Blimp) oder Zeppelin darüber schweben. Stabile Befestigungen
Seile, oder Rahmen zum Halten des Zeppelins machen natürlich Sinn,
um dem Wind etwas entgegensetzten zu können.
Ziel Selbstreproduktion/Natur
als Vorbild/Windanlagen „reproduzieren" sich selbst
Windenergie-Anlagen
die durch die eigene Energieproduktion, die Schaffung weiterer Anlagen sozusagen
zum Nulltarif ermöglichen,
sind das Ziel. Nach dem Beispiel der Natur ist das ein großes wünschenswertes
Ziel.
Beispiel:
Durch
den Betrieb einer Anlage(Ertrag) kann der Bau von zwei weiteren
Anlagen finanziert und ermöglicht
werden. Mit den 3 vorhandenen Anlagen können darauf 6 weitere Anlagen
finanziert und produziert werden. Somit sorgt sozusagen die erste
Anlage zu deren Vermehrung und „Arterhaltung". Erst wenn Technologie
soweit ist, kann sie sich als perfektioniert betrachten.
Das Feder-Kettenprinzip/Flugzeuge/Autos
sämtliche Oberflächen optimieren
47c zeigt Strömungsverläufe bei
unangeströmten
und angeströmten
Federn(Oberflächen).
Es
geht ja darum, Reibungsverluste durch spezielle Oberflächen zu
minimieren, um optimal viel Strom produzieren zu können.
Natürlich sind
derartige Prinzipien auch in der Luftfahrt/Autobau usw. relevant.
Damit wird schlicht Treibstoff (Energie) eingespart. Man bedenke...Öl ist zu
schade, um es zu verbrennen. Oberflächen (Gebäude-Statik) werden damit geschont.
Will
man also schnelle Ströme
mit mechanischen Mitteln erzeugen, unterliegen diese Luftströme auch
den Gesetzen der Reibung. Allerdings viel weniger als Wasser, weil
sie praktisch kein Gewicht haben.
Je
schneller allerdings der Windstrom ist, desto mehr verhält er sich
wie Wasser (siehe schnell ansteigender Windwiderstand bei Beschleunigung eines
Fahrzeuges). Die Luft wird bei Beschleunigung dichter, hat aber
dabei „kein" Gewicht.
Der
Bereich (f2) zeigt vier anliegende, nicht angeströmte, ruhende
Federn (q2). Beim Losfliegen des Vogels, werden die angeströmten, belasteten Federn
(q3) automatisch in eine Tropfen-Wellenform gebracht (f3).
Dabei
bilden sich Ausfransungen, also sich hochstellende Bereiche (q4)
der Federn (q3). (Siehe dieses Verhalten bei einer Flüssigkeit,
es bildet sich eine Tropfengeometrie). Das selbe Verhalten (siehe Tropfenerzeugung)
zeigen die elastischen flexiblen Federn, die eben nicht bretthart
am Vogel kleben dürfen
(siehe Putzverhalten von flugfähigen
Vögeln).
Durch
diese Verformungen der Federn kann nun der Luftstrom seinen natürlichen
gewünschten, optimalen
Strömungsverlauf
(r) unter Zuhilfenahme der entstandenen Luftpolster (r2) nehmen.
Im
Bereich der Luftpolster (r2) rollt die Strömung sozusagen perfekt gelagert
ab. Die entstehende Reibung wird somit reduziert, weil die Strömung nicht
die ganze Federfläche
reibend und bremsend umströmt.
Dabei reduziert die erste Feder die Reibung für die Zweite, die Zweite für die Dritte
usw..
Der
Bereich (f5) zeigt die Tropfen-Verkettungen (s). Diesen Strömungsverlauf
kann der Strom am besten und einfachsten folgen (siehe Äquivalent
die Mäanderbildung
bei Flüssen,
Sinuswellen usw.).
Weitere
Reibungsverminderungen entstehen durch die rauen rilligen Oberflächen der
Federn (Federaufbau) selbst (siehe auch Lotuseffekt ähnlich).
Bei Geschwindigkeit hat die Luft keine Zeit jede schräg gestellte
Rille sozusagen präzise,
flächig
zu umströmen.
Es bilden sich unzählige
winzige sozusagen festklebende Luftpolster, auf denen die Luftströmung perfekt
abrollen kann.
Somit
steckt in einem Vogel, bzw. jeder einzelnen Feder ein in Jahrmillionen
perfektioniertes Know-how,
welches man einfach durch Nachbauen der Natur nutzen kann.
Mann
erzeugt also einfach schrägrillige,
hügelige/wellige
Oberflächen
mit hoch stehenden Ausfransungen.
Schallreduktion/Lärm verhindern
Das
durch Reibung schal) entsteht weis jeder aus Erfahrung. Je mehr
Reibung, desto mehr Schall entsteht. Das mit dem Feder-Prinzip nicht
nur Reibung, sondern auch gleichzeitig Schall reduziert, bzw. vermieden
wird, ist ein zusätzlicher
und erfreulicher Nebeneffekt. (siehe auch schuppige Haihaut)
Parameter aktiv justieren,
oder passiv justierbar machen
Welche Parameter sind änderbar?
- 1. Langsamer Wind (32) Einlenkwinkel
auf die Tropfenhalbschale (1d) (ggf. änderbar/Justierung, aktiv oder
passiv). Dabei wird natürlich
die Tropfenhalbschale (1d) justiert, und damit der Windstrom.
- 2. Oberfläche
(innen) der Tropfenhalbschale (1d) (Aktiv durch z.B. Aufpumpen).
- 3. Länge,
Breite, Tiefe sowie ggf. die Biegung zur Längsachse der Tropfenhalbschale
(1d). Ggf. aktiv und passiv änderbar.
- 4. Ggf. Abplattung der runden Tropfengeometrie (Flunderform)
- 5. Verformbarkeit der flexiblen Tropfenhalbschale (bei wenig
Wind Form normal, bei viel Wind und Sturm aktives, oder passives
Verändern
der Form, und der Stabilität/Flexibilität.
- 6. Aktives, oder passives Verändern der Größe der Öffnung (1n)
ggf. variabel (schwach Wind und Sturm)
Mit
Aktiv ist gemeint, dass die Geometrie und Form der Tropfenhalbschale
(1d) durch Einstellungsvorgänge (Motor, Spannen, Aufpumpen
etc.) verändert
wird. Mit Passiv ist gemeint, dass das ggf. flexible Material der
Tropfenhalbschale (1d) bei starkem Wind sich selber verbiegt,
verformt. Nach dem Beispiel eines Segels sind dann Justierungen
möglich. Nach
dem Beispiel eine Ballons sind durch Aufpumpen, oder Ablassen von
Luft Justierungen einfach möglich.
Durch
Kombinieren mehrerer aktiver Vorgänge sind dann Resultate zu
optimieren, je nach Windverhältnissen
und nach Wunschresultaten(Energie-Ertrag).
47 zeigt, Volumenverhältnisse. In einen Abschnitt
(32a) des langsamen Stromes passen ca. 150 mal die Abschnitte
des optimierten Stromes (32c). Das wäre ca. die Strecke (32d).
Begriff das Subsegel/subsegeln
(sub-lateinische Vorsilbe für
unter-)
Optimiert
man durch das Segeln, also einstellen des Segels, die Schiffsgeschwindigkeit,
kann man durch Einstellen des „Subsegels" die Geschwindigkeit
und Eigenschaften des Windstromes beeinflussen. Des Begriff kann
man also als „subsegeln" bezeichnen (siehe
Parameter justieren).
Zeichnungen Blatt 18
Die
Zeichnungen beschäftigen
sich mit Oberflächen
und Anordnungen von Vertiefungen und Erhöhungen. Nötigt der Windstrom eine Flüssigkeit
in die optimale Tropfenform, kann mit der Tropfenform auch der Wind
optimal beeinflusst werden kann.
Bietet
man dem Windstrom mehrere Objekte und Oberflächen an, so „bevorzugt" der Wind die Objekte
und Formen, in denen irgendwie die Tropenkurve vorkommt. Er würde also
dem Tropfenkurvenverlauf einfacher und schneller folgen können als
einer anderen Kurve/Kontur.
Eine
Provokation eines Luftkissens durch eine extra ungünstige Formgebung
ist ein anderes Konzept, das hier nicht berücksichtigt wurde (siehe 44 und 45).
Dieses
Gedächtnis
und Geist von Luftströmen,
hat in der Mäanderbildung
(Kurvenverlauf) von Flüssen
seine Entsprechung.
Damit
es nicht Zufall bleibt, wohin der Wind als Ausweichreaktion um ein
Hindernis fließt (48g), kann die einfache Kerbe (40) als
Minimallösung
schon genügen.
Allerdings nicht, wenn sich der Wind wenig dreht.
48a zeigt wie bei einer angeströmten, ungünstigen
lang gestreckten Fläche
(33d), mit Vertiefungen und Einkerbungen der breite, schlecht nutzbare
Strom (34) in mehrere kleine nutzbare Ströme geteilt
wird. Dabei entstehen präzise
Positionen, an denen z.B. Repeller (Rotoren), oder ähnliches
aufgestellt werden können.
Dieses Kammprinzip hat dabei Bündelungs-,
und gleichzeitig Optimierungsfunktionen.
Die
Vertiefung besteht aus Tropfenkontur (48h(37)),
aber auch eine Tropfenhalbschaten-Vertiefung (48c(38)).
Dabei entsteht auch eine Vertiefung (48h(39))
an der Vorderfläche,
in die der Strom genötigt
wird zu fließen.
Selbst leicht schräg
an die Fläche
(33d) anströmende
Wind wird damit sozusagen eingefangen. Die abgerundete Kannte (48d(42)) verstärkt die Einströmungen in die
Vertiefung.
Auch
bei 48j werden gleiche Effekte
erzeugt, nur mit positiven Tropfenerhöhungen (41).
Mit
den Tropfenerhöhungen,
und/oder mit den speziellen Vertiefungen/Rillen/Kanälen, deren Anordnung,
deren Ausrichtung, deren Länge
können mehrere
Effekte erzielt werden. Einerseits soll die Positionierung der Wellen
auf Flächen
(sehr vereinfacht z.B. 48k)
die Wind-Flächen-Reibung
vermindern, andererseits können
unterschiedlich schnelle Ströme,
die auf die Wellenflächen
geleitet, addiert und durchmischt werden (siehe Additionsproblematik
von unterschiedlich schnellen Strömen).
48e zeigt wie der Wind sich teilt, die Tropfen
umströmt,
sich beschleunigt und sich wieder vereinigt. Dabei kommt es hinter
dem Tropfen nicht zu Verwirbelungen, weil alle Teilströme gleich
schnell sind. Treffen unterschiedlich schnelle Ströme aufeinander
kommt es zu Verwirbelungen, die Windenergie ungünstig auslöscht.
Blatt 19 Zeichnungen
49a zeigt ein elastisches Tropfenhalbschalen-Segel
(54), das mit Zylindern (50) (Hydraulik/Pneumatik)
justiert und verformt wird. Dabei hält der Rahmen (53)
(hier nur die längs
ausgerichteten Gitterstäbe
gezeichnet) die Zylinder und das Segel. Die Ausrichtung (Schrägstellen)
der gesamten Einheit kann ebenso mit Hydraulik realisiert werden (nicht
gezeichnet).
Mit
den vielen Justierungsmöglichkeiten kann
die Wirkung, die das Tropfenhalbschalen-Segel (54) auf
den einströmenden
Wind hat, präzise
eingestellt werden. Wann und ob ein derartiger Aufwand überhaupt
benötigt
wird ist unklar. Derartiger Aufwand macht ggf. für spezielle Segel auf Booten
und Schiffen Sinn, also an Stellen wo nur ein Tropfenhalbschalenelement
verwendet werden soll, und nicht mehrere Stufen.
Weiter
können
auf den Zylindern flächige Elemente
(Schuppen) positioniert sein, welche die Tropfenhalbschalegeometrie,
wie Schuppen nachbilden. Auf das elastische Tropfenhalbschalen-Segel (54)
kann dann ggf. auch verzichtet werden. Damit wird die Belastbarkeit
es ggf. nicht so starken Tropfenhalbschalen-Segels verbessert.
49b zeigt ein netzartiges Justiersystem, welches
aus diversen (Hydraulik/Pneumatik) Zylinderketten (51)
besteht. Gelenke (52) realisieren die Verbindungen zwischen
den Zylindern. Durch Verlängern(Einstellen)
der Zylinderlängen,
werden die Verformungen des Tropfenhalbschalen-Segels (nicht gezeichnet)
realisiert. Das gesamte System muss mindestens an zwei Punkten aufgehängt werden.
Ein Rahmen wie in 49a gezeigt macht Sinn.
Aber
auch Gitterkäfige
und spannbare und aufwickelbare Seile, Kabelaufroller, Ösen und
spezielle Seilführungen
(Rollen) sind zum Justieren und Formverändern der Tropfenhalbschalen-Segel
bestens und als preiswerte Alternative geeignet.
50a zeigt 8 Objekte von der Seite (Perspektive).
Hier wurden die energieerzeugenden Aggregate nicht gezeichnet.
Seesterne
und andere strömungsoptimierte
natürliche
Systeme
Das
auf dem Meeresboden ähnliche
Strömungsverhältnisse
(Wasser-Strömungen)
sind, wie vergleichlicht auf Land (Wind) ist leicht zu verstehen. Wind
hat sozusagen kein Gewicht. Ebenso hat Wasser im Meer sozusagen
kein Gewicht. Das Bedeutet, dass sich die Strömungen am Meeresboden ähnlich bis
gleich, wie Windströme
auf Land, verhalten.
Auch
erwärmtes
Wasser würde übrigens nach
oben Steigen, genauso wie erwärmte
Luft nach oben steigt.
Prinzipiell
wollte ich Wasserkraftnutzung hier nicht behandeln, aber im Verlaufe
der Arbeit haben sich Dinge ergeben, die interessant sind, und die
einfach nicht zu ignorieren sind.
Unklar
ist allerdings, ob sich mit den Wasserströmungen mehr Energieerträge erzeugen
lassen. Vom Kostenstandpunkt sind die Wasserkraft-Systeme sicherlich
etwas problematischer.
Anstelle
von Luft, wie bei den schwebefähigen
Konzepten, können
die Systeme unter Wasser sicherlich Wasser verwenden. Damit sind
die Überwasser-Konzepte,
leicht in Unterwasser-Konzepte umzuwandeln. Wenig Luft könnte eine
einfachen Auftrieb, und somit ein einfaches Ausrichten der Objekte realisieren.
Man bedenke, dass die materialsparenden Konzepte, die Luft und Wasser
als volumengebenden Materialien verwenden, hier einfach mehr überzeugen.
Das
die Natur Seesterne und andere ähnliche
Konzepte (Kleistorganismen, Kakteen, Quallen) so ähnlich wie
in den Zeichnungen gestaltet hat ist kein Zufall der Natur. Schließlich will
ein Seestern bei starken Strömungen
nicht einfach weg geschoben werden. Die Formgebung drückt in mittels
Wasserströmung
energiesparend nach unten zum Boden: Ggf. kann er seine Form auch
zur Tragfläche
verformen und wird so von der Strömung getragen.
Aber
auch seine Nahrung wird über
die Strömung
und seine Formgebung direkt zum Maul befördert. Somit erreicht die Formgebung
genau dass, was wir bei Energieerzeugungssysteme wollen, nämlich die
Konzentrierung und Bündelung,
sowie Beschleunigung des Stromes zu einem Zentrum. Nach dem Beispiel
sind Unterwasser-Gebäude
und Städte realisierbar,
die sich selber mit Strömungs-Energie versorgen.
Kunstobjekte als strömungsoptimierende
Systeme/„nützliche
Energiekunst"
Ob
man die zeichnerisch dargestellten Objekte nun als Kunstobjekte
verstehen will, oder nicht bleibt Geschmackssache. Das energieerzeugenden Systeme
auch wie Kunstwerke aussehen können, macht
die Angelegenheit auch für
Künstler
und Architekten interessant.
Kunstobjekte,
die gleichzeitig Energie liefern, also zu der ästhetischen, noch eine praktische
und profitable Seite mit einbringen, dürfte eine extrem spannende
Angelegenheit sein. Somit werden hässliche, eckige Bauwerke und
besonders Kunstobjekte, die einfach nicht den geringsten praktischen
Sinn haben, in Zukunft anders betrachtet werden müssen.
50b zeigt 8 Objekte von oben. Hier wurden die
energieerzeugenden Aggregate nicht gezeichnet. Die Sternform wird
deutlich. Aber auch die Kuppelform mit den eingedrückten Bereichen (50a) werden sichtbar.
Bei
den Zeichnungen 50a und 50b ergeben
sich unterschiedliche Strömungseffekte.
Dabei kann die Strömung
seitlich, oder von oben anliegen. Dabei können einige Geometrien auch
nur die Spitzen von Zeppelinen oder ähnlichem sein. Auch zum Addieren
und zusammenführen
unterschiedlich schneller Ströme
werden derartige Geometrien eingesetzt.
Schutzfunktionen
Um
große
Anlagen vor extremen Stürmen
zu schützen
sind spezielle Maßnahmen
notwendig.
Eine
Möglichkeit
besteht darin das große Element
zum Windsammeln (z.B. große
Tropfenhalbschale) zu verformen (siehe 49a und 49b).
Klappsysteme
Eine
weitere Möglichkeit
ist das Aufteilen der Fläche
in mindestens zwei, vier oder mehr mit Scharnieren verbundenen Teilen
(nicht gezeichnet). Bei Sturm werden diese Elemente auseinander
geklappt. Schlitze entstehen, und der Wind kann dazwischen durchschlüpfen.
Auch
die Optimierung des Stromes wird dabei verschlechtert.
Zapfenprinzip
Diese
Möglichkeit
sei nur der Vollständigkeit zu
liebe kurz erwähnt.
Ein
sehr großer
Aufwand ist ggf. möglich,
in dem die ganze Tropfenhalbschale sozusagen aus Stäben nachgeformt
wird.
Jeder
kennt das Prinzip (nicht gezeichnet).
Beispiel
Kinderspiel/Designobjekt: Drückt man
mit der Hand auf diese unzähligen
Stäbe formt sich
einerseits das Hand-Negativ, und andererseits das Hand-Positiv auf
den Stäben
ab.
Das
Prinzip kann auch als Anwendung hier verwendet werden.
Dazu
muss allerdings jeder Stab z.B. hydraulisch, oder pneumatisch bewegt
werden, bis die Tropfenhalbschalenform erzeugt wurde.
Durch
Verändern
der Stabpositionen kann die Form und deren Wirkung der erzeugten
Tropfenhalbschalenform verändert
werden.
Derartige
Systeme wären
selbst bei 300kmH und mehr noch gut belastbar.
Weitere grundsätzliche Überlegungen
Kuppelbauten/und Windschatten
Annähern runde,
bzw. ovale, Gebäude
(z.B. Kuppeln), also Gebäude
mit mehr als 5 und 6 eckigen Grundflächen sind optimal, um auf ihnen
Windkraftsysteme (bzw. Teile des System) zu positionieren. Dabei
können
die Oberflächen
der z.B. Kuppel nach einem simplen Kerbenprinzip (siehe Zeichnungen Blatt
18) leicht eingedrückt
werden. Der Wind fließt dann
sicher nach oben zu Kuppelspitze und nicht am Gebäude vorbei.
Das
bedeutet für
alle derartig konzipierten Gebäude,
dass unten am Haus im Windschatten des Gebäudes, mehr Windstille herrscht,
weil der Wind durch die Kuppel nach oben geleitet wird. Das ergibt eine
optimale Nutzbarkeit der Vorgartenflächen. Damit sind auch auskühlende Effekte
des kalten Windes für
das Gebäude
zu minimieren, was Energie zum Heizen spart.
Windenergie-Systeme müssen sich
harmonisch in die Umgebung einfügen
Systeme
die die Landschaft und die Stadt verschandeln sind schwer durchsetzbar.
Deshalb sind Konzepte die aus der Natur stammen unschlagbar. Drehende
Rotorsysteme finden in Städten
zu Recht keine Genehmigung.
Tarnfarben
einsetzen
Ein
System, welches vor einer roten Wand steht, sollte auch rot sein.
Ein System, welches auf einem Baum steht, sollte grün und braun
sein. So kann man das weiter fortführen.
Bei
uns ist der Himmel meisten Grau und manchmal auch Blau, warum heute
Windkraftanlagen meist weis sind bleibt ein Rätsel. Derartige Anlagen gehören getarnt
mit grau-blauen Anstrichen versehen.
Zwei Fliegen
mit einer Klappe
Solarenergie und Windenergie
kombinieren
Die
in alle Richtungen ausgerichteten Sammelblätter (1) (Blatt 1
Zeichnung), aber auch andere Flächen
der Windkraftanlagen (Gebäude)
können flächig mit
Photovoltaikzellen bestückt
werden. Die unterschiedliche Ausrichtung stellt sicher, dass immer
genügend
Zellen optimal zur Sonne ausgerichtet sind, ohne diese ständig zu
Sonne ausrichten zu müssen.
Der Windstrom kühlt
die Zellen effektiv und macht diese optimal einsatzfähig und
effizient.
Schwarze,
dunkelgrüne
Sammelblätter/Tropfenhalbschalen/Oberflächen, können aber auch
Sonnenwärme
sammeln und zumindest Warmluft zum Heizen liefern.
Doppelnutzungen
von Systemen sind effektiv. Die Landschaft einmal mit Sonnenkraftanlagen und
dann auch noch mit Windanlagen zu verschandeln ist keine Lösung.
Windkraftanlagen
die gleichzeitig optimal Sonnenkraft nutzen können sind unschlagbar.
Die
Pyramidenform, bzw. die kugelige Blütenform sind unübertreffbar,
weil sie große
Flächen bereitstellen.
Dabei ist es dann egal, von wo Wind/Sonne kommt. Immer gleich viel
Fläche
liegt im Wind/Sonne.
Konstruktionsgrundlagen
Leichtbau
ist auch hier Thema. Materialsparen macht die Systeme preiswert.
Leichte Systeme sind gut transportierbar. Auch das leichte Zusammenbauen
der Systeme ist vereinfacht möglich.
Für den Bau
des Käfigs
stehen mehrere Möglichkeiten
zu Verfügung
(hier nicht alle gezeigt). 5er und 10er Teilungen sind optimal für den Käfig, aber
auch für
die Sammelblätter
(siehe 5 Beine stehen sicher, siehe Bürostuhl).
Flexible
Sammelblätter,
die wie Segel funktionieren erhöhen
die Wirkung der Anlage. Konzepte, die die Systeme besonders bei
Sturm einsetzbar machen sind gefragt. Bei zu viel Wind geben die
Sammelblätter/Tropfenhalbschalen
wie in der Natur nach, und werden dann nicht vom Wind zerstört. Dazu
sind viele kleine, seriell herstellbare, stabile und teilelastische
Systeme vorzuziehen. Große
Systeme sind zu anfällig,
zu teuer, schwer transportierbar und zu schwer aufzustellen.
Tarnung und Schutz
Ein
Schutznetz (ggf. Tarnnetz) über,
bzw. um die Systeme verhindert Beschädigung (Hagelschlag), sowie
Vogelbrüten,
grobe Verschmutzung usw.. Aber auch Vögel werden damit geschützt. Ein bisschen
weniger Ertrag ist akzeptabel.
Kosten minimieren
Versetz
am Käfig
angebrachte Sammelblätter
(siehe 10 und 12 und 03 und 04)
sind vorzuziehen.
Viele
kleine Systeme (Zellenprinzip) zu großen Anlagen zusammenzuschließen (siehe 18 bis 24)
ist die bessere Alternative. Große Einzel-Anlagen verschandeln
die Umwelt und sind zu teuer.
Die
serielle Fertigung weniger unterschiedlicher kleiner bis mittleren
Anlagen macht die Systeme preiswert, und damit den zu erzeugenden
elektrischen Strom. Allerdings ist die Wartung vieler kleiner Anlagen
ein Problem. Deshalb sind als Beispiel große Flugzeuge normalerweise
wirtschaftlicher als kleine. Die Frage wann eine bestimmte Größenordnung vernünftig, bzw.
wirtschaftlich ist, ist nicht ganz einfach.
Konstruktionsgrundlagen
um die Systeme sehr preiswert zu machen
Einige
weitere wichtige Konstruktionsgrundlagen, wie die Systeme sehr preiswert
zu bauen und aufzustellen sind stehen nur in den Patentansprüchen.
Aufgeblasene Ballone
haben
genau die Eigenschaften die benötigt werden,
um fast alle Elemente der Anlage zu realisieren. Durch Steuern der
Luftmenge in den Systemen können
Elastizität
aber auch aerodynamische Eigenschaften beeinflusst werden. Bei Sturm
kann Luft abgelassen werden und die Systeme können sich durch mehr Elastizität sozusagen
selber schützen,
weil sie im Sturm nachgeben. Ggf. ist aber auch das Gegenteil sinnvoll
(siehe Autoreifen). Bei mehr Zuladung wird der Reifendruck erhöht. Derartige
Systeme können
leicht transportiert, zusammengefaltet und vor Ort erst aufgeblasen
und im Boden verankert werden. Damit werden die Anlagen mobil und
flexibel.
Auch
der Drachenbau und Leichtflugzeugbau, Flugzeugbau, Segelmacherei
werden eingesetzt. Moderne Papierbautechniken, siehe Airbus Fußboden kommen
zum Einsatz. Wabenartige Strukturen machen die Systeme (Teilbereiche)
leicht, aber durchaus sehr stabil. Spannbare Segel und Masten sind
die einfachste Optimierungsalternative für viele Bauelemente der hier
beschriebenen Anlagen.
Wasserproblematik
Die
Tropfenhalbschalen sind Schalen, können sich also bei ungünstiger
Ausrichtung auch mit Regenwasser füllen. Das muss natürlich durch
vernünftige
Konzeption der Anlage verhindert werden. Deshalb können in
Nähe das
Standfläche
(6) (4) keine nach oben weisende
Tropfenhalbschalen (1d) verwendet werden. Diese würden sonnst
mit Wasser vollaufen.
Schwimmfähige Systeme
Diese
Leichtbautechniken machen die Systeme schwimmfähig und prinzipiell auf Kanälen, Seen,
Flüssen
und Meeren einsatzfähig.
Boots- und Schiffbautechniken wird ebenso in die Konstruktion integriert.
Fachgebiete und Zusammenarbeit
Hiermit
wird deutlich, dass diese vielen Möglichkeiten, für spezielle
Systeme, auch viele Fachgebiete betreffen. Die Zusammenarbeit vieler
Fachabteilungen wird notwendig, um die diversen Systeme zu entwickeln
und für
alle Einsatzbedingungen einsatzfähig
zu machen.
Lärmschutz
Durch
strömungsoptimierte
Systeme wird Lärm
vermieden. Sämtliche
Komponenten müssen also
strömungsoptimiert
(siehe z.B. Tropfenform/Tropfenhalbschale) sein, um Lärm zu verhindern.
Dieses ist wohl das komplizierteste Detail dieser Anlagen. Strömungen sind
schon kompliziert, diese aber in Verbindung mit Strömungs-Akustik, dann
wird deutlich, dass die Anlagen nicht so banal sind, wie auf den
ersten Blick ggf. gedacht wird.
Das
Beispiel mit dem Mikrofon kennt jeder. Bläst der Wind nur schwach hört man nichts.
Bläst der
Wind mit 250kmH auf das Mikrofon wird es laut. Jede angeströmte Fläche erzeugt
Schall, mal viel mal wenig. Wird die angeströmte Oberfläche und Geometrie schall-,
und strömungsoptimiert
wird der Schall gegen Null reduziert. (siehe Haihaut).
3te-Welt-Tauglichkeit
Serienprodukt
Fahrraddynamo nutzen
Oft
sind Konstruktionen nur in 1te und 2te Weltländern herstellbar und verkaufbar.
Die Konstrukteure wollen zeigen was sie können, und machen Dinge oft
unnötig
kompliziert und teuer. Technisch oft wenig schlechtere Alternativen,
die aber machbar und besser finanzierbar sind, werden nicht berücksichtigt.
Manchmal ist Perfektionismus ein Fehler.
Erst
wenn Konzepte auch in 3te Weltländern funktionieren
sind sie wirklich gelungen.
Es
gibt leistungsstarke Fahrraddynamos (Lichtmaschine, Autobatterien),
oder ähnliche
Bauteile, welche ggf. bei kleinen Anlagen genutzt werden können, um
simples LED-Licht zu produzieren.
Je
nachdem wie Stark die Anlage ist, werden dann mehrere gleiche Dynamos
eingesetzt. Bei Sturm zu schnell drehende und lärmende Rotoren(Repeller), Schaufelsysteme
werden dann durch Zuschalten weiterer Dynamos soweit abgebremst, dass
der Lärm
sinkt und sich die Stromausbeute erhöht. Systeme die nur bei bestimmten
Windverhältnissen
Strom liefern können
sind fehlkonstruiert. Systeme die bei Sturm zu schnell drehen und
damit Vibrationen und Lärm
erzeugen sind fehlkonstruiert.
Konstruktionsprinzip...
immer erst nutzen was schon vorhanden und brauchbar ist, erst wenn es
nicht anders geht aus dem Vollen schöpfen.
Sparen von
teuren Stromleitungen und Material
Strom
sollte dort produziert werden wo er gebraucht wird., nämlich vor
Ort, bei den Menschen, oder bei den Fabriken usw.. Windenergieanlagen müssen also
ins tägliche
Leben integriert werden. Hässliche
Strommasten, bzw. lange Leitungen sind nicht mehr notwendig. Derartige
Material- und Energieverschwendungen sind Relikte aus einem vergangenem
Energieverschwendungs-Jahrhundert.
Will man aber Vorhandenes nutzen, können die Masten als Sockel
zum Aufstellen der neuen Windanlagen dienen.
Das Segelprinzip/optimierbare
Boote und Schiffe
Lässt sich über das
Segel ein Boot mit dem Wind antreiben. Kann man mit dem feststehenden Segel
natürlich
auch den Wind antreiben und beschleunigen.
So
kommt man zu der Tropfenhalbschale als optimierte Segelform für Boote
und Schiffe. Abgeleitet davon wird die Tropfenhalbschale als Optimierungsinstrument
für unseren
Wind (Wind-Laser) verwendet.
Einsatzorte Liste (ggf.
nicht vollständig)
Kleinere Anlagen
Die
Anzahl macht den Ertrag. Siehe am Beispiel der Photovoltaikzellen,
dort macht auch der Verbund aus vielen Zellen die Wirtschaftlichkeit
aus. Auch die serielle und preiswerte Herstellung ist damit realisierbar.
Macht bei Windlasern und Rotoren nur Sinn, wenn wenig bis keine
Wartung anfällt.
Im
Prinzip kann jeder Stromproduzent werden, ganz gleich ob Mieter,
Hausbesitzer oder Unternehmer.
Beispielstandorte
für kleine
Anlagen
- • Einfamilienhaus
(Mehrfamilienhaus, Gartenlaube, Schrebergarten, Garage)
- • Balkon/Terrasse
- • Garten
(z.B. auf Rasen)
- • auf
einzelnen Gartenbäumen
und großen
Büschen
- • Wald/Park
- • Straßenlaternen
- • Lärmschutzwall
mittelgroße Anlagen
- • Hochhausnutzung
- • Hochwasserschutzdeich
- • Türme/Schornsteine/alte
Strommasten
- • schwimmende
Anlagen Kanäle
(siehe nur Kanäle
mit passender Windeinströmung
nutzen/siehe vorherrschende Windrichtung)
- • Schwebende
Zeppeline (Blimp/Luftschiffe) als Windkraftanlage
Große Anlagen (Einzelanlagen und
Windparks)
- • brachliegende
Felder
- • genutzte
aber stark gefährdete
Felder (siehe Erosion-Wind-Wasser)
- • schwimmende
Großanlagen
Meer (See, Fluss) (ersetzen hässliche
Anlagen auf dem Land)
- • Wüsten/Steppen
- • Urwälder
- • Berganlagen
- • nicht
zu nutzende Steilhänge
- • Hügelanlagen
- • Müllberganlagen
Jeder wird Stromproduzent/Forschungsprojektziele
Erträge von mehreren
tausend EURO pro Tag für
gelieferten Strom sind möglich.
Hier
wird Beispielhaft aufgezeigt, wie es derzeit aussieht, und wie es
aussehen könnte.
Hier
sind keine präzisen
Berechnungen Grundlage des nachfolgenden Textes. Es soll nur zeigen,
wie lukrativ die Angelegenheit sein kann, teilweise aber auch schon
ist (siehe übliche
Windkraftanlagen).
Präzise fundierte Zahlen zu liefern
ist Gegenstand des Forschungsprojektes.
Energieproduktion der Öffentlichkeit
zugänglich
zu machen ist die übergeordnete
Aufgabe.
Bezeichnungen und Teileliste
(Qez. 2005)
Zeichnungen Blatt 01 bis
19
- Sammelblätter
(1) wie Blütenblätter mit
der Spitze (1e) auf Zentrum/Fokus gerichtet, mit tropfenförmigen Kern
(1d) und Flächenbereichen
(1f)
- gebogenes Sammelblätt
(1a) blütenblattähnlich
- gebogenes Sammelblätt
(1b) einfach als Profil
- gebogenes Sammelblätt
(1c) mit verjüngtem
Bereich
- Tropfenhalbschalen-Blatt (1d) ohne Öffnung (1p) und mit
Diffuserelementen (1e)
- Tropfenhalbschalen-Blatt (1d) mit Öffnung (1n)
- Stehen gelassener Bereich (d) des Tropfenhalbschalen-Blatt (1d)
- Einströmender
Wind (a)
- Restlicher reflektierter Wind (b)
- Ausströmender
Wind (c)
- Tropfenhalbschalen Reflektor (1f)
- Justierbarer, länglicher
Tropfenhalbschalen Reflektor (1g)
- Löffel-Tropfenhalbschalen
Reflektor (1h)
- Tropfentrichter-Wand (1j)
- Windstromverbinder (1k)
- Trichterbereich (1m)
- sHalbrund-System (B) Windkraftsystem
- Rundes-System (A) Windkraftsystem
- oberirdischen Bereich (D)
- unterirdischen Bereich (E)
- Repeller (2) (bzw. Rotor, oder H-Rotor)
- Wind-Nutzflächen
(kreisförmig)
(3)
- Ungenutzte Flächen
(kreisförmig)
(3a)
- runder Käfig
(4) für
große
Systeme
- schwenkfähiger,
halbrunder Käfig
(5)
- Schwenkbereich, Achse, Gelenk (5b) des Halbrund-Systems
(B)
- Standfläche
(6) des Käfigs
(4 bzw. 5)
- Masten (7) und Seile (8)
- Windstrombündler
(9)
- Windstromteiler, bzw. Windstromaddierer (10)
- Strömungsbarrieren
(11)
- Kette mit Kettengliedern (12)
- Gehäuse
(13) für
Windkraft-Schaufelrad (14) mit beweglichen steuerbaren
einfachen Tropfen-Profil-Schaufeln
(15)
- Berg (16)
- Achsen (17)
- Walzenrad (18)
- Gelenk mit Feder (19) für Tropfenschalen-Blatt (1d)
- Pyramidenstufen (20)
- Bebauung (21) (Bäume
Hecken Büsche
usw.)
- Windkraft-Schaufelsystem (22) mit Schaufel (22a) (30 , 31)
- Gehäuse
(22b)
- Rad (22c)
- Schaufel (22a) quergestellt (22d)
- Schaufel (22a) stromlinienförmig ausgerichtet zur Raddrehrichtung
(22e)
Zeichnungen Blatt 01 bis
19
- Ketten-Windkraft-Schaufelsystem (23)
- Verwirbler/Rotierer (24) mit tropfenförmigen Erhöhungen (24b)
(28b)
- Optimierter Wind-Strom (25)
- Wind (26)
- Gebäudefassade
mit Tropfenhalbschalengeometrie (27)
- Schild (28)
- Tropfenform-Erhöhung
(29)
- Aushöhlung
(30)
- negative Tropfenform (31)
- langsamer Windstrom (32)
- Volumenabschnitt des Windstromes (32a)
- Länge
(32c) des optimierten und beschleunigten Windstromes (32c)
(ca. 150 mal)
- Strecke (32d)
- Hauswand (33)
- oben (33a), rechts (33b) links (33c)
- lang gestreckte Fläche
(33d)
- langsame Wind (34)
- Luftkissen (35)
- Tropfenkontur (37)
- Tropfenhalbschalen-Vertiefung (38)
- Vertiefung (39)
- Kerbe (40)
- positiven Tropfenerhöhungen
(41)
- abgerundete Kannte (48d(42))
- Vorderer Zeppelin (43) mit Anströmungsbereich (44) und
Tropfenerhöhungen
(45)
- Fokussierbereich (45b)
- Energieerzeugungs-Aggregat (46)
- Hinterer Zeppelin (47)
- Befestigungsseil (48)
- Integrierte Tropfengeometrie (v)
- Drei Trichterbereiche (w) bei sechseckiger Geometrie
- Nicht angeströmte
ruhende Feder (q2)
- Angeströmte
belastete Feder (q3)
- Sich hochstellender Bereich (q4) der Feder (q3)
- Optimaler Strömungsverlauf
(r)
- Luftpolster (r2)
- Tropfen (s)
- (50) Zylinder (Hydraulik Pneumatik)
- (51) Zylinderketten
- (52) Gelenkverbindung
- (53) Rahmen-Gitterstäbe (Längsausrichtung)
- (54) elastisches Tropfenhalbschalen-Segel
Zeichnungen Blatt 01 bis
19
Ende Bezeichnungen und
Teileliste vom (Dez. 2005)
Bezeichnungen und Teileliste
(Dez. 2006)
Zeichnungen Blatt A
- Strömungsteilfläche (55)
- gebogenen Verstrebungen (56a) lang
- gebogenen Verstrebungen (56b) kurz
- Schirmmast (57)
- Rohr (58),
- Mast (59)
- Mastsockel (59b)
- Stelzen (60)
- Halteseile (61)
- Verstrebungen (62)
- Blütenblätter (53)
- Spirale (64)
- Ringelementen (65)
- Sockel (66)
Zeichnungen
Blatt B
- Rahmenträger
(67)
- leicht konkav nach innen gewölbter
Bereich (68),
- leicht konvex nach außen
gewölbter
Bereich (69).
- Canyonseitenleitflächen
(70)
- einfließende
Strömung
(71)
- Tropfen (71b)
- innerer schwererer Kern (72),
- flexible federnde Elemente (73)
- speziell geformte Abrollflächen
(74)
- obere Mastbereich (74b) ggf. mit Behältnis für Wasser
- Schallschutzgehäuse
(75)
- bürstenähnliche
Elemente (76).
Zeichnungen
Blatt C
- Mega-Strömungsflächen (77)
- Säulen
(Türme)
(78)
- Zentrale große
Basissäule
(Turm) (79)
- Trägerelemente
(80, 81)
- Mit Löchern
(83) versehener Würfel
(82)
- im Zentrum befindlicher Würfel
(82c),
- am Rand befindlicher Würfel
(82d),
- Säulen
(Türme)
(83)
- Schienensystem (83c) oder Magnetschwebesystem
- verkürzter
Mast (83b)
- Ringschienensystem (83d)
- Grundgerüst
(83e)
- Lückenbereiche
(84)
- schwimmfähige
Ponton (84a),
- breiter Aushöhlungsbereich
(84b)
- schmaler Bereich (84c) oder auch eine Durchgangsbohrung
Zeichnungen
Blatt D
- Schaufeln (86) des Bandes (oder Kette) (87)
- Einleittrichter (88)
- Schlitz (89)
- Verschlusselemente (90),
- Achsen (91)
- Walze, Laufrad (91b)
- Auffangrinne (92).
- halber Tropfen (92b)
- kleiner konvexe Radius (R1)
- großer
konkave Radius (R2)
- halber Tropfen (92c)
- kleiner konkave Radius (R1)
- großer
konvexe Radius (R2)
Zeichnungen
Blatt E
- Steg (93)
- wulstige Randbereiche des Magnolienblütenblattes (93b)
- runde wulstige Seitenbereiche (93c)
- Oberflächen
des Magnolienblütenblattes
(93d) in eine seesternähnliche
Formgebung integriert
- Längsrippen
(94)
- schlauchähnliches
System (95)
- Rahmen (96)
- Querrippen (97)
- Mehrere Längsrippen,
bzw. ein solider Holm (98)
- Seile mit tropfenähnlichen
Perlen-Elementen (99).
- Blütenblattgeometrie
(100)
- Löcher
(101)
- Löcher
(101)
- trichterähnlicher
Auslass (102)
Zeichnungen
Blatt F
- Strömungsfläche (f01)
(1. Stufe)
- Reflexions-Strömungsfläche (f02)
(1. Stufe)
- Strömungsflächen (f03)
(2. Stufe)
- Reflexions-Strömungsfläche (f04)
(2. Stufe)
- Strömungsfläche (f05)
(3. Stufe)
- Reflexions-Strömungsfläche (f06)
(3. Stufe)
- konkave Brandungsbereich (K2)
- konvexe Flächenbereich
(K1)
- Bandsystem (f07)
- Einstellwinkel (W1)
- Radius (R1 und R2)
- Mittelpunkt (M)