Die Herausforderung
Die Konversion kinetischer Energie einer Strömung in ein Drehmoment durch eine Turbine hat eine durch das Betzsche Gesetz vorgegebene theoretische Obergrenze, die bei etwa 60% (16/27) der in der Strömung enthaltenen kinetischen Energie liegt. Windturbinen erreichen heute einen darauf bezogenen Wirkungsgrad von mehr als 90%. Bedeutet dies, dass es unmöglich ist, aus einer Strömungsröhre mit einem gegebenen Durchmesser noch mehr Energie zu entnehmen?
Die Erfindung
Die RES-Ringflügelturbine entzieht der Strömung Energie mittels eines kreisringförmigen Rotorblatts und mittels von radialen Rotorblättern, die als zugbeanspruchte Speichen das kreisringförmige Rotorblatt mit einer Nabe verbinden. Die Ringflügelturbine nutzt die Expansion der Strömungsröhre als Folge der Energieentnahme seitens der radialen Rotorblätter. Die abgebremste Strömung und der erhöhte Druck in der Strömungsröhre bewirken, dass der Ringflügel mit einem Konuswinkel angeströmt wird und ein Drehmoment an der Rotationsachse erzeugt. Auf der Außenseite des Ringflügels strömt die Luft schneller als an seiner Innenseite. Weil davon auch entfernte Luftschichten betroffen sind, kann für die Leistungsermittlung der Turbine eine erweiterte Strömungsröhre angenommen werden.
Die Vorteile
- Gültigkeit des strömungsdynamischen Prinzips für Turbinen unterschiedlicher Größe
- Konsequente Trennung von druck- und zugbeanspruchten Bauelementen
- Passive Begrenzung der Drehzahl durch Strömungsabriss bei Überschreitung einer bestimmten Drehzahl
- Volle Leistungsentfaltung bereits bei niedrigen Schnelllaufzahlen von 2,0-3,5
- Ruhiger und unauffälliger Rotorlauf
Die Anwendungen
- Wind- und Wasserturbinen unterschiedlicher Größe
- Bauplan für sehr große Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von z.B. 50 MW bei einem Rotordurchmesser von 300 m