Bild des Monats: Windkraft bei Schnee und Eis Untersuchungen im Braunschweiger Eiswindkanal durch das Institut für Strömungsmechanik

Windenergie spielt eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung einer umweltfreundlichen, zuverlässigen und bezahlbaren Energieversorgung. Eine Herausforderung beim ganzjährig unterbrechungsfreien Betrieb der Windkraftanlagen ist die Vereisung der Anlage durch unterkühlte Wassertropfen. Eisansatz durch tiefhängende Wolken oder Nebel ist im Winter auch an deutschen Standorten möglich. Das wirkt sich negativ auf die Stromproduktion und die Betriebssicherheit aus. Im Braunschweiger Eiswindkanal untersuchen Wissenschaftler*innen, wie der Eisansatz vermieden oder die Enteisung vereinfacht werden kann.

Vereister Testzylinder mit verschiedenen mikrostrukturierten Folien im Braunschweiger Eiswindkanal des Instituts für Strömungsmechanik der TU Braunschweig. Bildnachweis: Vickram Singh

Bei Eisansatz müssen an den meisten Standorten Windkraftanlagen abgeschaltet werden und können so folglich keinen Strom mehr produzieren. Durch den Eisansatz ist die Sicherheit der Anlage eingeschränkt – durch zusätzliche, ungleich verteilte Eislasten etwa an den Rotorblättern. Und auch die Umgebung der Anlage ist nicht mehr sicher – durch abgeworfene und abgeplatzte Eisstücken. Viele Anlagen sind deshalb an den Rotorblättern mit Heizungen ausgestattet, deren Einsatz natürlich die ins Stromnetz eingespeiste elektrischen Leistung verringert. Durch eine Reduktion des Eisansatzes oder eine Vereinfachung des Enteisens kann zukünftig im Winter die Stromproduktion durch Windkraftanlagen erhöht werden.

Inspiriert vom Lotus-Effekt

Um dieses Ziel zu erreichen, hat sich das Institut für Strömungsmechanik (ISM) gemeinsam mit der Firma Coldsense Technologies GmbH und dem Institut für Fertigungstechnik der Technischen Universität Dresden zusammengetan. Gemeinsam haben sie das Forschungsvorhaben „MicroIce“ angestoßen. Im Rahmen dieses Projektes wird der Einfluss speziell perforierter Kunststofffolien mit stark wasser- bzw. eisabweisenden Eigenschaften, inspiriert vom Lotus-Effekt, auf die Eisbildung an Windkraftanlagen untersucht.

Nachbildung einer Wolke

Dazu fanden bereits erste Experimente im Braunschweiger Eiswindkanal statt, in denen verschiedene Folien miteinander verglichen wurden. Der Braunschweig Eiswindkanal ermöglicht die Nachbildung einer realistischen Wolke aus unterkühlten Wassertropfen mit Tropfengrößen zwischen 10 und 50 Mikrometer, die dann auf einem Testkörper auftreffen und dort zu Eis gefrieren. Die ersten Ergebnisse der Messkampagne zeigen, dass sich durch die Folien mit Lotuseffekt der Eisansatz verändern und die Haftung des Eises auf der Oberfläche deutlich reduzieren lassen.

Autoren: Inken Knop & Vickram Singh