Verein: Betrieb der Gedser-Windkraftanlage
CVR: 41238992


Das dänische Konzept




Einer von Juuls selbstgebauten Anemometern. Foto: Energimuseet

Im Jahr 1948 begann Johannes Juul mit Windmessungen im SEAS-Einzugsgebiet Südseeland und Lolland-Falster.
Juul benutzte seine eigene Messausrüstung, vgl. Foto auf einem Strommast montiert. Später wurden seine selbstgebauten Anemometer durch Ausrüstungsdarlehen der Electricité de France in Paris und der Electrical Research Association in London ergänzt.
Quelle: "Vindkraftens historie i Danmark, kap. 6", Jytte Thorndahl.

Für die Windmessungen wurde der Standort Gedser ausgewählt. Der Ort liegt in der Nähe des offenen Meeres, umgeben von flacher Landschaft, ohne jeglichen Windschutz. Damit ist Gedser mit der Westküste Jütlands vergleichbar, die als Dänemarks bester Standort für Windkraftanlagen gilt.
Quelle: "Analyse der Daten der Gedser-Windkraftanlage 1977-79".



Foto: Energimuseet

1954. Die Skizze (oben) zeigt Juuls Entwurf einer Mehrrotor-Anlage. Der Selbstkostenpreis pro produzierte kWh wäre bei drei Rotoren am selben Turm am niedrigsten. Juuls zweite Skizze zeigt die Gedser-Windkraftanlage auf einem Gitterturm, der schließlich durch einen Betonturm ersetzt wurde.
Quelle: "Vindkraftens historie i Danmark, kap. 6", Jytte Thorndahl.


Multirotor-Demonstrator auf dem DTU Risø Campus. Foto: Risø/DTU Vindenergi

2016-2018 - Risø und Vestas testen Multirotor-Demonstratoren
"Es ist etwas mehr als zwei Jahre, seit die etwas andere Mehrrotor-Windkraftanlage auf dem DTU Risø Campus aufgestellt wurde. Die Windkraftanlage, die bis zu 4 Rotoren hat, unterschied sich von den gewöhnlichen Windkraftanlagen.
"Aber jetzt ist die Ära vorbei. Denn heutzutage wird die ikonische Windmühle entfernt. Vestas, das für die Installation der Windkraftanlage verantwortlich ist, hat in Zusammenarbeit mit DTU die Tests des Konzepts abgeschlossen, und deshalb wird die Windkraftanlage abgebaut." erklärt Erik Carl Lehnskov Miranda von Vestas:
"Mit der Demontage des Multirotors endet eine interessante und gewinnbringende Projektzusammenarbeit zwischen Vestas und DTU Wind Energy. Wir freuen uns darauf, die Testergebnisse 2019 mit DTU Wind Energy Science zu veröffentlichen", sagt Erik Miranda, Director, Mechanical, Loads & Steuerungstechnologien bei Vestas."

Quelle: farvel-til-multirotoren
Publikation: 2019, "Power curve and wake analyses of the Vestas multi-rotor demonstrator" - orbit.dtu.dk/
en/publications




Foto: Energimuseet

1957. Gedser-Windkraftanlage. Luvläufer. Rotordurchmesser: 24 m. Leistung: Selbststartend bei 5 m/s. 200 kW bei 15 m/s. Typische Jahresproduktion: 350.000 kW/Jahr.

Die Abbildung (oben) zeigt Juuls finalen Entwurf des Turms. Wir sehen hier, wie die Rotorblätter mit ihren Stegen und Drähten sowie die Maschinenkabine auf dem Turm montiert sind. Das vertikale Rohr (1) ist aus Spannbeton, wobei die Strebepfeiler (2) und das Fundament (3) aus Stahlbeton bestehen. Der Messzylinder (4) ist zwischen Turm und Kabine platziert. Die Serviceplattform (5) ist über eine Innen- und Außenleiter (6) zugänglich. In der Nähe des Turms befindet sich ein Transformatorenhaus aus Stahlblech (7).

Die Versteifung der drei Rotorblätter mit Streben und Drähten ist wahrscheinlich der Grund dafür, dass der Rotor ein Jahrzehnt lang den Dauerbetrieb ohne Probleme überstanden hat.
Quelle:
1977-1979- DTU-Bericht über die Testläufe der Gedser-Windturbine, initiiert von NASA und DOE für das amerikanische Energieprogramm:
"Analysis of Data from the Gedser Windturbine - 1977-1979"


Rotorblatt. Foto: Energimuseet

Zitat aus Johannes Juuls Rede "Design of Wind Power Plants in Denmark" auf der UN-Konferenz, Rom, 1961:
"Die Bremsklappen (1) machen 12 Prozent der Oberfläche der Rotorblätter aus und sind unter normalen Betriebsbedingungen der Anlage ein integraler Bestandteil der Rotorblätter. Jede Klappe ist an einer rohrförmigen Tragstange (2) befestigt, die sich bei Betätigung der Anlage etwa 300 mm entlang der Längsachse des Rotorblatts bewegt und sich im festen Zustand in einer Gelenkbewegung (3) bewegt. In diesem Moment ist die Bremsklappe um etwa 60° aus dem Rotorblatt herausgedreht, wodurch sie dem verbleibenden Teil des Rotorblatts entgegenwirkt und die Anlage zum Stillstand bringt. Die Bremsklappen werden von einem hydraulischen Servomotor (5) betrieben. Der Rotorblattbalken (4) ist viereckig und besteht aus 16 mm und 10 mm geschweißten Stahlplatten.
(...) An der Vorderkante und in der Nähe der Rückseite des Blattes sind Holzleisten angebracht. Bei der Konstruktion der Rotorblätter wie oben beschrieben ist zu bedenken, dass die Produktionsmöglichkeiten eingeschränkt waren. Bei einer zukünftigen industriellen Serien-Produktion könnten die Rotorblätter möglicherweise kostengünstiger aus anderen Materialien, z. B. Aluminium oder glasfaserverstärkter Kunststoff hergestellt werden."
Quelle: 1961 - Johannes Juuls Rede "Design of Wind Power Plants in Denmark" auf der UN-Konferenz, Rom:
"Design of Wind Power Plants in Denmark"







Zu einem Treffen mit dem dänischen Windkraftkomitee im Jahr 1955 brachte Juul einen Schutzhelm aus Glasfaser mit
"Vielleicht war das dänische Windkraftkomitee der Ansicht, dass Glasfaser noch nicht ausreichend getestet wurde. Aber wir wissen, dass Glasfaser diskutiert wurde, denn bei einer Sitzung des Komitees im Jahr 1955 brachte Juul einen Schutzhelm aus Glasfaser mit und berichtete, dass ein englisches Unternehmen ihre Rotorblätter mit Glasfaser beschichten wollte. Die Techniker des Wind Power Committee beschlossen daraufhin, die Bremsklappen der Gedser Windkraftanlage mit Glasfaser statt mit Aluminium auszukleiden, aber das wurde nie Wirklichkeit."

Selbststartend bei 5 m/s
Das Rotorblatt hatte eine Neigung von 3 Grad an der Flügelspitze und 16 Grad am Flügelanfang. Es war diese Neigung, die Juul 1948 bei seinen Windkanaltests für SEAS festgestellt hatte, die den Rotorbl&aumttern einen Selbststart mit 5 m/s ermöglichte.

Stall Control - eines der genialen Steuergeräte von Juul
"Die Gedser-Windkraftanlage musste eine feste Drehzahl haben, in dem Sinne, dass die Leistung mit der Drehzahl ansteigen musste, bis ein Maximalwert erreicht war, und dann konstant bleiben musste. Die maximale Leistung musste 200 kW bei einer Windgeschwindigkeit von betragen 15 m/s. Würde die Windgeschwindigkeit diesen Wert überschreiten, würde die Leistung wegen "Stalling" nicht weiter ansteigen.
Zum Strömungsabriss kommt es, wenn der Anströmwinkel des Windes auf die Flügel zu groß wird. Dadurch kann die Luft schwerer vom Flügel entweichen und die Drehzahl erhöht sich nicht.
Juul hatte das Stalling-Phänomen zur Regulierung seiner beiden vorherigen SEAS-Turbinen genutzt. Eine sehr einfache Methode zur Vermeidung von Überlastungen bei Stürmen und - im Vergleich zu den Auslandsexperimenten - etwas ganz Neues und Einzigartiges auf dem Gebiet der Windkraftanlagen.
Die Stall-Regulierung ist eines der genialen Regulierungsgeräte von Juul. Es könnte schwierig sein, die Bedeutung des Strömungsabrisses zu berechnen, aber wiederholte Experimente mit unterschiedlichen Flügelprofilen und Beobachtungen der Auswirkungen wechselnder Flügel lieferten die Lösung."

Quelle: "Kapitler af vindkraftens historie i Danmark. 2." Jytte Thorndahl, Museumsinspektør, Energimuseet.





Rekonstruktion des Rotorblattes. Foto: Energimuseet

Der Rotor und die Maschinenkabine der Gedser-Windkraftanlage wurden 1993 abgebaut und in das Energiemuseum in Jütland gebracht. Insbesondere die Rotorblätter waren in einem schlechten Zustand und konnten nicht ausgestellt werden. Erst im Jahr 2004 gelang es dem Energiemuseum, Geld für die Renovierung zweier Rotorblätter zu sammeln (das dritte wurde hinterlegt) und damit Johannes Juuls Meisterwerk als einen der wertvollsten Schätze des Museums einzuweihen.

Museumsinspektorin Jytte Thorndahl, die die Renovierung und Installation von Juuls Rotor und Maschinenkabine im Energiemuseum initiierte, gibt an, dass jedes Blatt mit bis zu 3000 Schrauben konstruiert ist. Als Mitglied der Projektgruppe "Betrieb der Gedser-Windkraftanlage" empfiehlt Jytte Thorndahl, Juuls vorherigem Antrag von 1957 an den SEAS-Vorstand nach der Herstellung des Rotors aus Glasfaser nachzukommen.




2005. - Aufbau und Ausstellung von Juuls Rotor und Maschinenkabine. Foto: Energimuseet



Maschinenkabine. Foto: Energimuseet

Zitat aus Johannes Juuls Rede "Design of Wind Power Plants in Denmark" auf der UN-Konferenz, Rom, 1961:
"Der Aufbau der Maschinenkabine ist in der Abbildung oben zu sehen. Die Rotorblattträger (1) sind an der Rotornabe (2) befestigt, die über zwei eingebaute Kugellager (3, 4) verfügt. Der Nabe ist auf einer in der Kabine befestigten und gebohrten Spindel (5) montiert. Die Bohrung (6) dient als Leitung für den Öldruck der an den Rotorblätter montierten hydraulischen Servomotoren, die für die operationelle Bremsfunktion zuständig sind."
Laden Sie die Rede von Juul und technischen Zeichnungen herunter von
fachliteratur.html



Die Errichtung des FLS-Zahnradgetriebes von Bogø-Mühle in Gedser ist zu teuer
Das Getriebe zwischen Rotor und Generator war zweistufig. Der erste Zeitlupenschritt vom Rotor bestand aus einem Kettenantrieb mit 2-teiligen Kettenrädern mit 2 Rollenketten. Die innere Hochgeschwindigkeitsstufe (siehe Foto oben) verfügte über einen dreifachen Rollenkettenantrieb für den Generator.
Ursprünglich hätte sich Juul ein Zahnradgetriebe gewünscht, da Juul mit dieser Art von Getriebe aus der Bogø-Mühle zufriedenstellende Erfahrungen gemacht hatte. Das Zahnradgetriebe der Bogø-Mühle wurde von FLS in Anlehnung an die Zahnräder entworfen, die FLS in seinen großen Öfen für die Zementproduktion verwendet. Das gleiche Getriebe wurde auch in der Testmühle Vester Egesborg von Juul verwendet. Der Einbau des Zahnradgetriebes in die Gedser-Windkraftanlage erwies sich jedoch als zu teuer."

Quelle: "Kapitler af vindkraftens historie i Danmark. 2." Jytte Thorndahl, Energimuseet.

Jytte Thorndahl empfiehlt den Einbau eines neueren, nachhaltigen Getriebesystems in den nachgebauten betriebsbereiten Johannes-Juul-Prototyp. Obwohl das Design als Ganzes dem Original ähneln muss, ist es wichtig, den Betrieb an die extremen Wetterbedingungen unserer Zeit anzupassen. Darüber hinaus unterliegt der Prototyp von Juul den geltenden Sicherheitsanforderungen und unterliegt wie andere Windkraftanlagen in Dänemark bereits einem jährlichen Servicebesuch durch zertifizierte Windkraftanlagenunternehmen.




Johannes Juuls einzigartiges Sicherheitsrelais. Foto: Energiemuseum

Zitat aus: "GEDSER WINDKRAFTANLAGE: EINE WICHTIGE DÄNISCHE GESCHICHTE DER NEUEN TECHNOLOGIE"
Von Jytte Thorndahl, Museumsinspektorin im Energiemuseum


"Auf dem Weg zu einem Treffen in Stockholm im Jahr 1974 besuchten die beiden Amerikaner Louis Divone und Joseph Savino Dänemark. Sie hatten die Aufgabe, die Möglichkeiten der Einführung von Windkraftanlagen als alternative Energiequelle für die amerikanische Weltraumforschungseinrichtung NASA und die American zu untersuchen Wissenschaftsstiftung namens NSF.

Ihre dänischen Gastgeber luden die amerikanischen Ingenieure ein, sich die Gedser-Windkraftanlage genauer anzusehen, die damals die einzige große moderne Windkraftanlage der Welt war, die seit mehr als zehn Jahren ohne Zerstörung in Betrieb war. Die Mühle war modern, weil sie Wechselstrom produzierte. Frühere dänische Windkraftanlagen waren Gleichstromturbinen. Als die beiden Amerikaner im Mühlenhut aufstanden und sich gegen den rostigen Generator lehnten, entdeckten sie etwas und begannen zu lachen.

Es handelte sich um das Sicherheitsrelais von Johannes Juul, das aus einem wasserdichten Schalter bestand, der verkehrt herum montiert war und an dessen Kontaktarm eine Kugel mit einer Schnur befestigt war. Die Kugel befand sich auf einer kleinen Anhöhe. Bei starken Vibrationen in der Windkraftanlage würde die Kugel herunterfallen und die Stromversorgung des Stromnetzes unterbrechen. Dann würde die Mühle stehen bleiben. Dass es einfach, günstig und absolut genial war, fanden die beiden Amerikaner schnell heraus und das Lachen verstummte und verwandelte sich in Bewunderung und Anerkennung. Genau solche Lösungen waren in der Windenergieanlagen-Technologie der Zukunft gefragt."








1957 - Zu Juuls Schutz gegen Geschwindigkeitsüberschreitung gehörten: Zwei Bremssysteme und Relais
"Die Gedser-Windkraftanlage war mit zwei Bremssystemen ausgestattet: den Aerodynamische Bremsen an den Rotorblättern und einer mechanischen Bremse. Ein ausgeklügeltes Relaissystem sorgte dafür, dass die Mühle bei zu hoher Geschwindigkeit und in anderen Situationen, in denen es nötig war, gebremst werden konnte.
Als der Turm heftigen Erschütterungen ausgesetzt war, sorgte ein herabfallendes Gewicht dafür, dass ein Wipprelais auslöste und die mechanische Bremse aktivierte, sodass die Turbine stoppte. Die verschiedenen Sicherheitssysteme verriegelten sich selbst, so dass die Turbine nur nach einer manuellen Betötigung gestartet werden konnte. Alle Sicherheits- und Relaiskonstruktionen waren das Werk von Juul."
Quelle: "Kapitler af vindkraftens historie i Danmark. 2." Jytte Thorndahl, Energimuseet.

1979 - Nach mehreren Unfälen gibt die dänische Organisation für erneuerbare Energien (OVE) ein Sicherheitsmerkblatt heraus. Auf Juuls Bremskonzept basiert.
"Es wurde oft erwähnt, dass die Gedser-Windturbine die Mutter der dänischen Windturbinen ist. Aber in einem einzigen Punkt brach die neue Generation von Turbinenbauern mit dem Ursprung. Sie ignorierten oder vergaßen, aerodynamische Bremsen an den Turbinen zu installieren - d. h Wichtigster Teil der Sicherheitsausrüstung. Die Behörden stellten hierfür auch keine Anforderungen, obwohl an der Gedser-Windkraftanlage unter Beteiligung von Risø mit amerikanischen Mitteln Forschungen durchgeführt wurden.

Bis 1978 glaubte die neue Generation der Windkraftanlagenbauer, dass es möglich sei, sichere mechanische Bremsen herzustellen, die unter allen vorhersehbaren Bedingungen verhindern könnten, dass die Windkraftanlagen außer Kontrolle geraten, was jeder, der mit Windkraftanlagen arbeitet, zu Recht befürchtet. Doch mehrere Unfäle mit den 5-m-Flügeln der dänischen Firma Økær im Jahr 1978 brachten die Sicherheit der Bremsen ernsthaft auf die Tagesordnung.
Die Rotorblatt- und Windkraftanlagenhersteller machten sich schnell daran, die Technologie so umzustellen, dass die Anlagen den Sicherheitsbestimmungen von OVE entsprachen. Der Eigentümerverband von Windkraftanlagen, Danske Vindkraftværker (gegründet 1978), riet seinen Mitgliedern direkt vom Kauf von Windkraftanlagen ohne aerodynamische Bremsen ab, die auch an bestehenden Turbinen nachgerüstet wurden.
Die Regeln wurden von Risø bei der Genehmigung der Windkraftanlagen mehr oder weniger als Norm übernommen und trugen bedingungslos dazu bei, den guten Ruf der dänischen Windkraftanlagen zu sichern."
Quelle: "Das Rotorblatt ist der Kern von allem", Preben Maegaard, Direktor des Nordic Folkecenter for Renewable Energy. 2005


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