In seiner Forschung war Po Wen Cheng bei GE Wind Energy für Offshore-Windturbinen zuständig. Den ersten großen Meereswindpark in Schweden hat seine Firma schon im Jahr 2000 gebaut. Als leitender Ingenieur war er für das gesamte vom Energieministerium geförderte Forschungsprojekt zuständig. Themen waren zum Beispiel Lastmessungen an den Anlagen, Einflüsse der Anlagen auf das Netz und die Analyse von Fehlerwahrscheinlichkeiten. „Ein kleiner Drehzahlsensor kostet fast nichts. Ist er aber kaputt, schaltet sich die Anlage ab. An Land steigt man dann ins Auto, und drei Stunden später ist das Problem behoben. Auf See aber gibt es Stürme, im Winter Frost. Wenn eine Anlage mit fünf Megawatt eine Woche ausfällt, belastet das die Betriebskosten erheblich.“
Weitere seiner Forschungsthemen sind Optimierungen an Rotorblättern, Regelungstechnik und der mechanischen Struktur der Anlage. Getestet wird von Mitarbeitern des Instituts derzeit ein Verfahren, Windböen einige Sekunden vor der Ankunft am Rotor zu erkennen und den Rotor darauf einzustellen, um die Belastung zu verringern und so die Lebensdauer zu erhöhen oder die Komponenten leichter und kostengünstiger zu bauen. Dazu wird ein Lidar-Sensor eingesetzt, eine Art Lichtradar. Zudem ist der Stiftungslehrstuhl beteiligt an dem bisher größten von der EU finanzierten Windenergie-Forschungsprojekt „Up Wind“.
In Chengs neuer Position in Stuttgart kommen weitere Themen hinzu. Jetzt, da die grün-rote Regierung auch das Land für die Windenergie öffnet, tun sich spezifisch süddeutsche Forschungsfragen auf. Im Norden geht man eher Richtung Offshoreanlagen. An den Küsten ist nicht mehr viel Platz. Im Süden lautet die Frage: Wie kann man Windenergie sinnvollerweise in hügeligem Gelände nutzen?
Wie Windräder im bergigen Land aussehen müssen
Windenergieanlagen sind nämlich für flaches Gelände optimiert. Testfelder gibt es in Norddeutschland, den Niederlanden und in Dänemark. Dort herrschen andere Anströmbedingungen; der Wind ist weniger turbulent und ändert seine Richtung weniger plötzlich als in bergigem Gelände. „Im Gebirge herrschen andere technische Herausforderungen“, sagt Cheng. Häufige Wechsel der Windrichtung, etwa am Albrand, belasten die Struktur der Anlage. Wie der Wind dort weht, will er in einem Projekt „Windcharakteristik in komplexem Gelände“ untersuchen; die Förderung ist beantragt. Kollegen der Universität Tübingen steuern ein fernsteuerbares, unbemanntes Kleinflugzeug bei, mit dem Windverhältnisse, Temperaturverteilung und andere Kenngrößen der Atmosphäre gemessen werden sollen.
Einen sozialen Aspekt hat auch das Studentenprojekt des einfachen Eigenbaukraftwerks. Auf die Idee hat ihn ein Buch gebracht. „Der Junge, der den Wind einfing“ heißt es und ist im englischen Original im Jahr 2009 erschienen. William Kamkwamba aus Malawi, Ostafrika, erzählt dort zusammen mit dem britischen Journalisten Brian Mealer, wie er als 14-Jähriger die Schule verlassen musste, weil seine Eltern 80 Dollar Schulgeld für den Jungen nicht aufbringen konnten.
Und wie er ein Buch über Windenergie fand und für sich und seine Familie aus Schrottteilen ein Kraftwerk baute. Denn er wollte abends Bücher lesen können, um selbstständig weiterlernen zu können. Die Geschichte habe ihn inspiriert, sagt Cheng. Und so bekamen seine Studenten den Auftrag, mit all ihrem universitären Wissen eine Windkraftanlage zu bauen, die im Prinzip auch in einem Land wie Malawi gebaut werden könnte. Studienprojekte dieser Art will Cheng einmal im Jahr organisieren und damit an die Vorarbeit von Martin Kühn anknüpfen, seinem Vorgänger, der Anfang 2010 einen Ruf an die Universität Oldenburg angenommen hat.
Erfahrungen aus der Industrie
In seiner Forschung war Po Wen Cheng bei GE Wind Energy für Offshore-Windturbinen zuständig. Den ersten großen Meereswindpark in Schweden hat seine Firma schon im Jahr 2000 gebaut. Als leitender Ingenieur war er für das gesamte vom Energieministerium geförderte Forschungsprojekt zuständig. Themen waren zum Beispiel Lastmessungen an den Anlagen, Einflüsse der Anlagen auf das Netz und die Analyse von Fehlerwahrscheinlichkeiten. „Ein kleiner Drehzahlsensor kostet fast nichts. Ist er aber kaputt, schaltet sich die Anlage ab. An Land steigt man dann ins Auto, und drei Stunden später ist das Problem behoben. Auf See aber gibt es Stürme, im Winter Frost. Wenn eine Anlage mit fünf Megawatt eine Woche ausfällt, belastet das die Betriebskosten erheblich.“
Weitere seiner Forschungsthemen sind Optimierungen an Rotorblättern, Regelungstechnik und der mechanischen Struktur der Anlage. Getestet wird von Mitarbeitern des Instituts derzeit ein Verfahren, Windböen einige Sekunden vor der Ankunft am Rotor zu erkennen und den Rotor darauf einzustellen, um die Belastung zu verringern und so die Lebensdauer zu erhöhen oder die Komponenten leichter und kostengünstiger zu bauen. Dazu wird ein Lidar-Sensor eingesetzt, eine Art Lichtradar. Zudem ist der Stiftungslehrstuhl beteiligt an dem bisher größten von der EU finanzierten Windenergie-Forschungsprojekt „Up Wind“.
In Chengs neuer Position in Stuttgart kommen weitere Themen hinzu. Jetzt, da die grün-rote Regierung auch das Land für die Windenergie öffnet, tun sich spezifisch süddeutsche Forschungsfragen auf. Im Norden geht man eher Richtung Offshoreanlagen. An den Küsten ist nicht mehr viel Platz. Im Süden lautet die Frage: Wie kann man Windenergie sinnvollerweise in hügeligem Gelände nutzen?
Wie Windräder im bergigen Land aussehen müssen
Windenergieanlagen sind nämlich für flaches Gelände optimiert. Testfelder gibt es in Norddeutschland, den Niederlanden und in Dänemark. Dort herrschen andere Anströmbedingungen; der Wind ist weniger turbulent und ändert seine Richtung weniger plötzlich als in bergigem Gelände. „Im Gebirge herrschen andere technische Herausforderungen“, sagt Cheng. Häufige Wechsel der Windrichtung, etwa am Albrand, belasten die Struktur der Anlage. Wie der Wind dort weht, will er in einem Projekt „Windcharakteristik in komplexem Gelände“ untersuchen; die Förderung ist beantragt. Kollegen der Universität Tübingen steuern ein fernsteuerbares, unbemanntes Kleinflugzeug bei, mit dem Windverhältnisse, Temperaturverteilung und andere Kenngrößen der Atmosphäre gemessen werden sollen.
Die beiden Universitäten und mit ihnen die TU München, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Hochschule Aachen und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart und Ulm haben sich zum Windenergie Forschungsnetzwerk Süd (WindForS) zusammengetan. Gemeinsam mit Unternehmen der Windbranche wollen sie ein Windenergie-Testfeld in günstiger Hanglage im Land errichten. Zurzeit ist man auf der Suche nach einem geeigneten Standort; das Umweltministerium hat finanzielle Unterstützung für das Forschungstestfeld signalisiert.
„Die Windenergieforschung ist eine praxisorientierte Forschung. Sie muss einen Zweck erfüllen“, sagt Po Wen Cheng. Dafür arbeitet er. Denn seine Maxime ist: „Technik soll dem Menschen dienen. Nicht andersherum.“