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Thema Mensch und Umwelt

07. Nov. 16

1965 suchte Jugend forscht erstmals nach den Forschern der Zukunft.

Nachwuchsforscher hart am Wind

Auch in der Windenergie ist noch nicht alles erfunden und Deutschlands Nachwuchswissenschaftler forschen hart am Wind. energie-winde.de stellt Projekte vor, die bei Jugend forscht ausgezeichnet wurden.

38 Prozent der Projekte werden mittlerweile von Mädchen eingereicht.

Von Katharina Wolf

Dass an Schulen kluge Schülerköpfe zu Hause sind, weiß man in Deutschland spätestens seit 1966. In diesem Jahr wurden zum ersten Mal Nachwuchswissenschaftler mit ihren Projekten bei Jugend forscht ausgezeichnet. Der damalige Chefredakteur des Stern, Henri Nannen, hatte die Initiative ergriffen und einen Forschungswettbewerb für Jugendliche aus der Taufe gehoben.

Die ursprüngliche Idee kam, wie so vieles in der jungen Bundesrepublik, aus den USA. Bei so genannten „Science Fairs” stellten dort junge Leute wie bei einer Messe ihre Forschungsarbeiten vor. Das Motto des ersten deutschen Wettbewerbs lautete: „Wir suchen die Forscher von morgen!”

Seitdem sind 50 Jahre verstrichen, die Jugend forscht verändert haben. Mittlerweile werden 38 Prozent der Projekte von Mädchen eingereicht. Diese waren in den Anfangsjahren kaum vertreten. Und auch die Themen haben sich verändert: Standen in den 60ern und 70ern vor allem Projekte aus der Raumfahrt im Mittelpunkt, eroberten bald Computer- und Informatikthemen den Wettbewerb.

In den 80er Jahren bildeten Umweltschutz und Ressourcenknappheit neue Schwerpunkte. Und immer mehr Projekte beschäftigten sich mit Klimaschutz und erneuerbaren Energien. Auf 20 Prozent schätzt Dr. Sven Baszio, Geschäftsführender Vorstand der Stiftung Jugend forscht e. V., ihren Anteil. „Die Jugendlichen befassen sich mit den großen Themen der Gesellschaft”, sagt er. Anders als andere Wettbewerbe gibt Jugend forscht keine Themen vor, daher spiegelten die Projekte auch immer den Zeitgeist. „Die jungen Leute stellen sich den Herausforderungen der Zukunft.”

Marvin Hensen präsentiert das Modell seiner neuentwickelten Windenergieanlage, die sich an bereits bestehenden Türmen befestigen lässt.

Eine neuartige Windenergieanlage

Die Windenergie ist dabei auch immer im Wettbewerb vertreten. Und die die jugendlichen Forscher lassen sich einiges einfallen: Eine Windenergieanlage zu konstruieren, die an bereits bestehenden Masten, Türmen oder Schornsteinen installiert werden kann, das war die Idee von Marvin Hensen aus Husum.

Der heute 20-Jährige gewann mit seiner neuartigen Anlage 2015 den Landeswettbewerb Schleswig-Holstein. Begonnen hat Hensen mit einem Savonius-Rotor. Diese Art von Rotor dreht sich nicht horizontal wie die meisten Windenergieanlagen, die man heutzutage in der Landschaft sieht, sondern vertikal. Oft erinnern Windenergieanlagen mit Savonius-Rotoren an Tonnen, in deren Innern sich eine senkrechte Achse dreht. Schaufelförmige, überlappende Rotorblätter werden zwischen kreisförmigen Endscheiben montiert.

Anders die Anlage von Hensen, die sich wie ein Ring um die Bauwerke legt. Sein Rundläufer besteht aus einer festen Grundplatte mit Schienen, auf der die Rollen des Rotors laufen können. Der Rotor wiederum ist an einer weiteren beweglichen Platte angebracht, fängt mit seinen Lamellen den Wind ein und bringt die Platte in Bewegung.

„Der Ringgenerator der Anlage besteht aus 40 Kupferspulen, die um einen Eisenkern gewickelt sind und fest auf der Grundplatte sitzen. Neodymmagneten unter der Rotorenplatte laden die Kupferspulen auf”, erläutert Hensen sein Konzept. Um die Leistung zu erhöhen, können die Lamellen abgedeckt und der Luftstrom durch einen Trichter eingefangen, wieder ausgelassen und so beschleunigt werden.

Leiser Rotor stört die Anwohner nicht

Der Vorteil seiner Anlage läge, außer der Nutzung bestehender Bauwerke, auch darin, dass sie für die Nutzung in Siedlungsgebieten entwickelt sei. „Der Ringrotor ist leise, er muss nicht nachgeführt werden und erzeugt kaum Schwingungen”, erklärt Hensen, der derzeit eine Ausbildung zum Servicetechniker für Windenergieanlagen bei der Deutschen Windtechnik absolviert.

„Die Einsatzmöglichkeiten sind sehr vielfältig: Ein Funkturm kann etwa mit Strom aus der Windkraftanlage gespeist werden und muss nicht aufwendig und teuer an fern gelegene Netze angeschlossen werden.” Wartungsarm und kostengünstig sei die Anlage außerdem.

Für den Bundeswettbewerb hat Hensen sein Konzept noch einmal verändert, „weil meine Berechnungen des Energieertrages so ernüchternd waren”. Ein Darrieus-Rotor, dessen Wirkungsgrad deutlich besser ist, sollte die Lösung sein. Der Darrieus-Rotor hat ebenfalls eine senkrechte Rotationsachse, ist aber vom Aufbau anders konstruiert als der Savonius-Rotor. Zusätzliche technische Verbesserungen an der Lagerung des Rotors brachten ihm zwar keine Platzierung im Bundeswettbewerb von „Jugend forscht”, dafür einen Ausbildungsplatz. „Die Idee war da schon der Türöffner.”

Konstantin Balthes erhielt für seine Untersuchung potenzieller Windparkstandort einen Sonderpreis Erneuerbare Energien.

Ein Windpark für Groitzsch

Warum stehen Windräder nicht in meiner Stadt, obwohl doch in der Umgebung einige Windparks gebaut wurden? Dieser Frage motivierte Konstantin Balthes zu seinem Beitrag für Jugend forscht, für den er 2015 den Sonderpreis Erneuerbare Energien Sachsen erhielt.

Nach einer Anfrage an die Stadt Groitzsch, auf die er nur eine knappe Antwort erhielt, ging Balthes der Sache selbst auf den Grund und begann, das Gebiet seiner Heimatstadt südlich von Leipzig auf eigene Faust zu untersuchen. Er untersuchte, welche Standorte prinzipiell geeignet sein könnten und prüfte die Flächennutzungspläne der Gemeinden. Auch zu den Windverhältnisse und der möglichen Anzahl der Windenergieanlagen forschte Balthes – immer auch unter der Prämisse, wie stark die Anwohner von Schattenwurf oder Lärm betroffen und wie groß demzufolge der Abstand zu ihren Häusern sein müsste.

Systematisch arbeitete Balthes diese Fragen ab – zunächst für eine Studienarbeit in der zehnten Klasse, die er dann bei Jugend forscht einreichte. Zwei theoretisch mögliche Standorte identifizierte Balthes, von denen er einen nach einer Voruntersuchung verwarf – Anwohner könnten sich zu häufig in den sich bewegenden Schatten der Anlagen befinden. Auch schien ihm der zweite Standort, eine Fläche auf einer Abraumhalde eines Tagebaus in Wischstauden, unter anderem aus Naturschutzgründen besser geeignet zu sein.

Umfragen und Windmessung

Es folgte eine Umfrage unter der Bevölkerung – von 250 Einwohnern in Wischstauden befragte der Schüler 25, repräsentativ nach Altersdurchschnitt. Das Ergebnis: Windkraft ja, aber bitte mit größerem Abstand als die 300 Meter, die grundsätzlich als genehmigungsfähig gelten. 700 Meter Mindestabstand wünschten sich die Befragten im Durchschnitt.

Nun ging es an die Windmessung. Windstärke und Windhäufigkeit sollten ermittelt werden. Natürlich konnte Balthes keinen 100 Meter hohen Messmast errichten und die Ergebnisse ein Jahr sammeln, wie es professionelle Planer tun. Stattdessen behalf er sich mit einer Wetterstation bestehend aus einem Anemometer zur Messung der Windgeschwindigkeit und einem Windrichtungsmesser sowie weiterer meteorologischer Messeinrichtungen. In einer Höhe von 50 Zentimetern maß er an sieben Tagen im Februar den Wind und berechnete anschließend die Windgeschwindigkeiten in Nabenhöhe einer Windenergieanlage. Als Vergleichsmessung zur Bestätigung der Berechnung dienten Messungen an einer bereits bestehenden Anlage.

Im Ergebnis ergab sich eine mittlere Windgeschwindigkeit von 2,77 Metern pro Sekunde in 100 Metern Höhe – zu wenig, um einen Windpark rentabel betreiben zu können. „Für eine tatsächliche Messung wären die Daten aber nicht ausreichend”, räumt Balthes ein. Wolle man wirklich einen Windpark errichten, müsse länger und in größerer Höhe gemessen werden. Denn die anderen Standortfaktoren sprächen durchaus für einen Windpark auf der Abraumhalde, so Balthes, der inzwischen Betriebswirtschaft und Internationales Marketing an der Hochschule Bremen studiert. Eine Rückkehr in den Bereich erneuerbare Energien will der 21-Jährige aber nicht ausschließen.

Larissa Dieckhoff
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