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Leiterin der Geschäftsstelle

Dr. Kirsten Hennrich

KIT Zentrum Klima und Umwelt
Gebäude 9675
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

E-Mail: kirsten hennrichLkk8∂kit edu

Telefon: +49 721 608 28592

Fax: +49  721 608 23949

Sparkassenpreis

Preisträger der 31. Ausschreibung des Sparkassenpreises

Von links: Vizepräsitentin für Personal und Recht Dr. Elke Luise Barnstedt, Dipl.-Ing. Fabian Müller, Dipl.-Chem. Claudia Melanie Diehm, Cand. mach. Aljoscha Göbel, Dipl.-Ing. Thomas Fuhrmann, Dr. rer. pol. Massimo Genoese, Dr.-Ing. Markus Delay, Vorstandsvorsitzender der Sparkasse Karlsruhe Ettlingen Michael Huber.

 

Das Thema Umwelt wird auch in diesem Jahr am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) groß geschrieben. Gemeinsam mit der Sparkasse Karlsruhe Ettlingen wurde der Umweltpreis zum 31. Mal verliehen. Die Stiftung prämierte insgesamt sechs Arbeiten aus den Bereichen Wirtschaftswissenschaften, Architektur, Maschinenbau, Chemie und Biowissenschaften, Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften, sowie Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik. Der mit insgesamt 10.000 Euro dotierte Preis wurde am Donnerstag, 19. Mai 2011 durch den Vorstand der Sparkasse Karlsruhe Ettlingen und die Vizepräsidentin des KIT verliehen.

 

Preisträger und ihre Arbeiten der 31. Ausschreibung des Sparkassenpreises

Übersicht der prämierten Arbeiten

Dr.-Ing. Markus Delay

Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik
Engler-Bunte-Institut Bereich Wasserchemie

„Dynamische versus statische Elutionsversuche zur Beurteilung der Wiederverwertbarkeit von  Abfallmaterialien“

Am Lehrstuhl für Wasserchemie und in der DVGW-Forschungsstelle des Engler-Bunte-Instituts des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wurde Dipl.-Geoökol. Markus Delay mit der Arbeit „Dynamische versus statische Elutionsversuche – Ein Beitrag zur Beurteilung der Wiederverwertbarkeit von Abfallmaterialien“ promoviert. Die vorliegende Dissertation liefert grundlegende systematische Untersuchungen zur Anwendbarkeit, Bilanzierung, Modellbeschreibung, Vergleichbarkeit sowie Aussagekraft dynamischer und statischer Elutionstests, um die Wiederverwertbarkeit von Abfallmaterialien zu beurteilen. Die im Rahmen der Arbeit neu und weiter entwickelten instrumentell-analytischen Methoden – insbesondere zur hochempfindlichen Speziierung von Chrom in wässrigen Eluaten und Feststoffen – dienen dem besseren Verständnis des Stofffreisetzungsverhaltens aus Abfallmaterialien und der hierbei relevanten Prozesse.
Zur Bewertung und Beurteilung der Umweltverträglichkeit von Abfallmaterialien, die im Rahmen einer Verwertung auf oder in den Boden gebracht werden sollen, verlangt die Bundes-Bodenschutzverordnung (BBodSchV) die Durchführung einer „Sickerwasserprognose“, bei der die Stoffeinträge über das Sickerwasser in das Grundwasser abgeschätzt werden müssen. Für die Untersuchung und Bewertung von Feststoffen sind bislang sowohl bei bodenschutzrechtlichen als auch bei abfallrechtlichen Fragestellungen statische Elutionstests (zum Beispiel Schüttelversuche) eingesetzt worden. Diese Tests reflektieren die realen physikalisch-chemischen Ablagerungsbedingungen allerdings nicht und lassen keine realitätsnahe Abschätzung der zeitlichen Entwicklung der Stofffreisetzung aus Feststoffen zu.
Im Rahmen der Arbeit wurde ein realitätsnahes dynamisches Säulenelutionsverfahren zur Quantifizierung der zeitlichen Entwicklung der Stofffreisetzung anorganischer Komponenten aus Abfallmaterialien entwickelt. Bei der Verfahrensentwicklung wurden wesentliche Einflussfaktoren der Stofffreisetzung systematisch variiert sowie die natürliche Variabilität von Niederschlagsereignissen berücksichtigt und modellhaft durch Fließunterbrechungen und Wechsel der Fließgeschwindigkeit experimentell simuliert. Als Vertreter für typische und mengenmäßig relevante Abfallstoffe wurden zwei Referenzmaterialien (RM) der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung untersucht: ein Bauschutt-Material und eine Hausmüllverbrennungsasche.
Die unter Variation verschiedener physikalisch-chemischer Bedingungen durchgeführten Säulenelutionsversuche erlauben eine detaillierte Untersuchung der Prozesse, die der Stofffreisetzung zugrunde liegen. Die Ergebnisse der Säulenelutionsversuche zeigen, dass die Stofffreisetzung zeitlich variabel ist. Zu Beginn der Elution werden für die meisten Komponenten durch schnelle Auswaschungs- und Löseprozesse sehr hohe Stoffkonzentrationen in den Eluaten erreicht (mit Überschreitung von Prüfwerten nach BBodSchV), die in der Regel mit fortschreitender Elutionsdauer stark abfallen. Nach langer Elutionsdauer ist die Stofffreisetzung für viele Komponenten stark kinetisch kontrolliert und von der weiteren Nachlieferung aus dem Feststoff abhängig (Diffusionsprozesse, langsame Festphasenauflösung und -umwandlung). Aus den Untersuchungen konnte abgeleitet werden, dass Säulenelutionsversuche im Laboratoriumsmaßstab das zeitliche Stofffreisetzungsverhalten aus Abfallmaterialien abbilden, wie es in (naturnahen) Großlysimetern im Geländemaßstab beobachtet wird. Säulenelutionsverfahren erlauben damit mit einem vertretbaren Aufwand eine realitätsnähere Abschätzung der Stofffreisetzung anorganischer Stoffe aus Abfallmaterialien, als dies mit statischen Elutionsversuchen möglich ist (Abbildung 1). Insbesondere erlauben Säulenelutionsversuche, die unter natürlichen Bedingungen herrschenden Milieuparameter (Lagerungsdichte, pH-Wert, Redoxpotenzial, Ionenstärke, Gehalt an organischer Substanz, Fließgeschwindigkeit des Wassers) gezielt und wirklichkeitsnah zu simulieren. Säulenelutionsversuche eignen sich daher für den praktischen Vollzug einer Sickerwasserprognose.
Das zeitlich veränderliche Freisetzungsverhalten löslicher anorganischer Komponenten in den Säulenelutionsversuchen konnte mit Hilfe einer prozessbasierten halbempirischen Gleichung sehr gut mathematisch beschrieben werden. Die ermittelte Funktion kann daher für lösliche Komponenten als Eingangsfunktion für eine anschließende Transportmodellierung eingesetzt werden. Sie schließt damit eine große Lücke, die bislang bei der Beschreibung der Daten aus Säulenelutionsversuchen bestanden hat. Auch die Freisetzung anorganischer Komponenten bei statischen Elutionsversuchen konnte mathematisch beschrieben werden. Der eluierte Massenanteil nach dem Kontakt einer bestimmten Menge an Lösemittel mit einer bestimmten Menge an Feststoff war im dynamischen Elutionsversuch in der Regel größer als bei statischen Elutionsversuchen. Es konnte gezeigt werden, dass eine Umrechnung der Werte aus dynamischen und statischen Elutionsversuchen ineinander – bedingt durch das unterschiedliche Kontaktverhalten zwischen Feststoff und Lösemittelphase – allerdings nicht möglich ist.


Abbildung 1:  Praxisbezogener Vergleich von dynamischen und statischen Elutionsverfahren.

Zum besseren Verständnis des in den dynamischen Elutionsversuchen beobachteten Verhaltens der Festphase (Stabilität, Umwandlung und Auflösung) wurde die Partikelfreisetzung – insbesondere zu Beginn der Säulenelution sowie nach Fließunterbrechungen – detailliert untersucht. Zu diesem Zweck wurden erstmals Elutionssäulen online mit einem Nanopartikel Analysator auf Basis der Laser-induzierten Breakdown Detektion (NPA/LIBD) gekoppelt (in Zusammenarbeit mit dem Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am KIT, vormals Institut für Technische Chemie (ITC-WGT)). Die eingesetzte Methode erlaubt zuverlässige Aussagen über die Freisetzung von Feinstpartikeln aus Laboratoriumssäulen und die Stabilität von Feststoffen nach verschieden langem Kontakt mit wässrigen Lösemitteln.
Bei den Untersuchungen zur Speziierung von Chrom mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) an der Ångströmquelle Karlsruhe (ANKA) des KIT konnten erstmals auch wässrige Lösungen in Konzentrationsbereichen unter 1 mg/L erfolgreich untersucht werden. In den Feststoffen konnten zwar nur geringe Anteile von Cr(VI) am Gesamtanteil von Chrom in den Feststoffen (< 10 %) festgestellt werden; diese geringen Mengen lassen sich aber mobilisieren und können damit zu toxikologisch relevanten Konzentrationen von Cr(VI) in den Eluaten führen. Sowohl die hydrochemische Modellierung als auch die experimentell-analytische Speziierung von Chrom in den Eluaten der beiden RM durch Kopplung von Ionenaustauschchromatographie und optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (IC/ICP-OES) sowie mit XAS bestätigten, dass das eluierte Chrom überwiegend als Cr(VI) vorliegt. Vor dem Hintergrund dieser Ergebnisse sind die bei den Elutionsversuchen bestimmten Chrom-Konzentrationen mit zum Teil deutlichen und langfristigen Überschreitungen des Prüfwerts für Cr(VI) nach der BBodSchV aus ökotoxikologischen Gesichtspunkten als sehr problematisch einzustufen. Daraus ist abzuleiten, dass aus Gründen des Vorsorgeprinzips eine entsprechende Vorbehandlung der beiden untersuchten Materialien vor einer Verwertung erforderlich ist.
Die vorliegende Dissertation leistet einen wichtigen Beitrag zur Bewertung der Wiederverwertbarkeit von Abfallmaterialien. Dynamische Elutionsverfahren sollten zukünftig sowohl in die bodenschutzrechtlichen als auch in die abfallrechtlichen Gesetze und Verordnungen aufgenommen werden, um eine realitätsnahe und praktikable Untersuchungsbasis zu schaffen. Das erarbeitete Säulenelutionsverfahren ist universell zur Beurteilung granulärer Feststoffe einsetzbar; es wird derzeit im Rahmen einer internationalen Kooperation mit Brasilien zur Untersuchung des Auslaugeverhaltens von Reststoffen aus der Ölschiefergewinnung angewendet. Die im Rahmen der Dissertation erarbeiteten Modellgleichungen dienen dabei der mathematischen Beschreibung der Stofffreisetzung.
Die entwickelte Analysenmethode zur Chrom-Speziierung in flüssigen Proben mit Hilfe der XAS stellt ein leistungsfähiges und hochempfindliches Werkzeug dar, um Untersuchungsergebnisse zu validieren, die mit anderen analytischen Methoden erzielt wurden (zum Beispiel durch Kopplung von Ionenaustauschchromatographie und Massenspektrometrie). Die direkte Speziierung des Chroms in den Feststoffen erlaubt eine Abschätzung der Mobilisierbarkeit des Chroms und damit der Bewertung der Wiederverwertbarkeit von Abfallstoffen.

Dynamische versus statische Elutionsversuche – Ein Beitrag zur Beurteilung der Wiederverwertbarkeit von Abfallmaterialien, Dissertation von Markus Delay, Gutachter: Prof. Dr. Fritz H. Frimmel, Prof. Dr.-Ing. Matthias Kind. Erschien als Band 50 der Schriftenreihe des Lehrstuhls für Wasserchemie und DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), ISSN 1612-118X.



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Dr. rer. pol. Massimo Genoese

Fakultät für Wirtschaftswissenschaften
Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produkte

Energiewirtschaftliche Analysen des deutschen Strommarkts mit agentenbasierter Simulation

Das energiepolitische Zieldreieck von Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Um-weltverträglichkeit wird maßgeblich von der Liberalisierung der Elektrizitätsmärkte, dem CO2-Emissionsrechtehandel und der verstärkten Förderung erneuerbarer Energien beeinflusst. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik zur modellgestützten, quantitativen Analyse des Einflusses von Marktstruktur, CO2-Emissionsrechtehandel und verstärkter Förderung erneuerbarer Energien auf den liberalisierten Elektrizitätsmarkt. Wesentliche Anforderungen an das Modell sind die differenzierte Abbildung der relevanten Akteure des deutschen Strommarkts und die Berücksichtigung der technoökonomischen Charakteristika des Energiesystems. Die Wechselwirkungen zwischen dem Strommarkt und der Kapazitätsausbauplanung werden ebenfalls berücksichtigt.
Der Einfluss des CO2-Emissionshandels und der Einspeisung von Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen auf den Strompreis wird mit dem entwickelten agentenbasierten Simulationsmodell analysiert und quantifiziert. Darüber hinaus werden die Existenz und die mögliche Ausübung von Marktmacht untersucht. Die langfristige Entwicklung des Strommarkts wird am Beispiel der Auswirkungen unterschiedlicher Allokationsverfahren von Emissionsrechten für Neuanlagen auf den Kraftwerkspark, auf die CO2-Emissionen sowie auf die Strompreise analysiert. Das entwickelte Modell wird eingehend validiert, um dessen praktische Relevanz darzulegen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Simulationsergebnisse sehr gut mit realen Strompreisen übereinstimmen. Darüber hinaus werden auch Stromerzeugung und CO2-Emissionen realitätsnah simuliert. Der CO2-Emissionsrechtehandel führt im untersuchten Jahr 2005 zu einer Erhöhung der Strompreise, allerdings zeigen die Simulationen, dass der CO2-Preis nicht vollständig eingepreist wird. Für die Jahre 2005 und 2006 kann die Existenz struktureller Marktmacht auf dem deutschen Strommarkt gezeigt werden. Die vermutete Ausübung von Marktmacht kann für diesen Zeitraum dagegen nicht bestätigt werden. Die Simulation der langfristigen Entwicklung zeigt, dass eine Auktionierung der Emissionsrechte zum höchsten Rückgang der CO2-Emissionen führt.



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Dipl.-Ing. Fabian Müller

Fakultät für Architektur
Institut für Entwerfen von Stadt und Landschaft

Stadt Verstehen – Visuell orientierte Handlungsstrategien in der Kommunikation von Stadtentwicklung; am Beispiel von Filderstadt.

Die Stadt Filderstadt arbeitet seit 2008 an einem integrierten Stadtentwicklungskonzept (ISEK), einem Prozess in dem Planer, Politiker und Bürger gemeinsam eine Vision für die Zukunft ihrer Stadt entwickeln. Obwohl alle Beteiligten hochmotiviert sind, traten im Laufe des Prozesses immer wieder kleinere Probleme auf. Durch das unterschiedliche fachliche Wissen der Mitwirkenden kam es zu Verständigungsschwierigkeiten und die mehrere Aktenordner füllenden Protokolle und Ausarbeitungen, ließen sich schwer zur konstruktiven Arbeit nutzen. Zudem sind manche Altersklassen, wie zum Beispiel Schüler und Jugendliche so gut wie nicht vertreten.
Meine Diplomarbeit nahm den Prozess des Filderstädter ISEKs als Anlass, die Rolle und die Möglichkeiten von visuell orientierten Handlungsstrategien, in der Kommunikation von Stadtentwicklung zu untersuchen. Ziele meiner Arbeit waren: (1) Das Erkunden von Möglichkeiten zur Aktivierung von „beteiligungsfernen Schichten“ durch alternative Medien- und Kommunikationsbausteine. (2) Der Einsatz von Visualisierungen und der Aufbau einer geeigneten Bildsprache als Vermittler zwischen den verschiedenen Verständigungshorizonten der Beteiligten. (3) Die Sensibilisierung der Beteiligten für die Funktionsweise ihrer Stadt durch die Verknüpfung von Sachdaten mit räumlichen Darstellungen in einem Geoinformationssystem. (4) Die Transformation, der in einem solchen Beteiligungsprozess entstandenen Ergebnisse in eine vermittelbare, konsensfähige planerische Vision.
Im Laufe der Arbeit entstanden unter anderem eine Broschüre, zwei Internetplattformen und ein Plansatz. In der Broschüre, findet sich eine Bestandsaufnahme zum Thema Kommunikation und Visualisierung in der Stadtentwicklung, sowie daraus entwickelte Empfehlungen um die Arbeit im Prozess zu optimieren. Die zwei  Internetplattformen („INFRAINSPEKTOR - übernehmen sie“, „WE LOVE FILDERSTADT – der schönste Ort der Stadt“) sind Werkzeuge zur Beteiligung im Internet. Eine davon („WE LOVE FILDERSTDAT“) wurde im Feldversuch mit Schülern einer Filderstädter Schule getestet und lieferte wertvolle Erkenntnisse darüber, wie die Kinder und Jugendliche ihre Stadt benutzen und wahrnehmen. Im Plansatz wurden Informationen zu den entsprechenden ISEK-Arbeitsphasen von der Analyse bis hin zu den Ergebnissen aufbereitet.  Die verwendeten Visualisierungen erwiesen sich als ein geeignetes Mittel um komplexe Zusammenhänge in kurzer Zeit anschaulich zu vermitteln. Dies hat die gemeinschaftliche Diskussion in den Projektgruppen um einiges erleichtert. Die von mir entwickelte Zukunftsvision bekam sehr positive Rückmeldungen von Bevölkerung, Politik, Verwaltung und Presse. Auch nach meinem Diplom, habe ich meine Zusammenarbeit mit der Stadt Filderstadt fortgesetzt und das Projekt als wissenschaftlicher Mitarbeiter am KIT weiter tatkräftig begleitet.



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Dipl.-Ing. Thomas Fuhrmann

Fakultät für Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften
Geodätisches Institut

Zum Potenzial von GNSS-Referenzstationen am Beispiel von PPP-Auswertungen des GNSS Upper Rhine Graben Network GURN

Globale Satellitennavigationssysteme (GNSS) werden heute von unterschiedlichen Nutzergruppen in vielfältigen Anwendungen eingesetzt. Neben klassischen geodätischen Anwendungen wie Positionierung und Navigation mit GNSS gewinnt die GNSS-basierte Analyse von originär störenden Einflussfaktoren immer mehr an Wichtigkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Fokus auf die Interaktion von GNSS-Signalen und Erdatmosphäre gelegt. Da GNSS-Signale auf ihrem Weg von einem der aktuell 31 aktiven GPS-Satelliten zu einem GNSS-Empfänger auf der Erde die Atmosphäre durchlaufen, wird ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit aufgrund der Anwesenheit von Masse in der Atmosphäre beeinflusst. Allein in Deutschland existieren aktuell ca. 300 GNSS-Referenzstationen, an denen permanent GNSS-Daten aufgezeichnet werden. Eine im Rahmen dieser Diplomarbeit entwickelte innovative und leicht auf andere GNSS (z. B. GLONASS,  GALILEO) übertragbare GPS-Analysestrategie ermöglicht die Bestimmung des atmosphärischen Wasserdampfgehalts aus GNSS-Beobachtungen. Das Treibhausgas Wasserdampf stellt einen für Klimaforschung und Meteorologie grundlegenden Bestandteil der Erdatmosphäre dar. Der entwickelte Auswerteansatz verfügt insbesondere über ein großes Potenzial, da kostengünstig präzise Werte für den atmosphärischen Wasserdampfgehalt in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung bestimmt werden können.

Abbildung: Interaktion GNSS – Wasserkreislauf



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Dipl.-Chem. Claudia Melanie Diehm

Fakultät für Chemie und Biowissenschaften
Institut für Technische Chemie und Polymerchemie

Katalytische Partialoxidation von ethanolhaltigen Kraftstoffen an Rhodium

Die katalytische Partialoxidation (CPOX) von Kraftstoffen in CPOX-Reformern dient der Erzeugung von Wasserstoff zur Speisung von Brennstoffzellen in mobilen Stromerzeugern. Diese effiziente Art der Stromerzeugung ist ein Ansatz zur Verringerung des Verbrauchs von fossilen Brennstoffen und der Emission von Treibhausgasen. In der vorliegenden Arbeit wird die CPOX mit der Verwendung von Biokraftstoff aus nachwachsenden Rohstoffen verbunden, wodurch zum Klimaschutz und zur Unabhängigkeit von limitierten fossilen Brennstoffen beigetragen werden kann. Als Surrogate für ethanolhaltige Kraftstoffe dienen 2-Komponenten-Gemische aus Ethanol und i-Oktan (2,2,4 Trimethylpentan), wobei Mischungen mit 5, 10, 50 und 85 Vol.-% Ethanol verwendet werden. Die ergänzende Untersuchung der Reinstoffe Ethanol und i-Oktan erlaubt einen Vergleich der Ergebnisse der Mischungen mit den Ergebnissen der Reinstoffe.
Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass für alle untersuchten Mischungen innerhalb von wenigen Millisekunden Kontaktzeit eine Selektivität zu Wasserstoff von über 80 % erreicht werden kann. Des Weiteren kann erstmals nachgewiesen werden, dass sich das Verhalten der 2-Komponenten-Gemische nicht additiv aus dem Verhalten der Einzelkomponenten zusammensetzt. 
Die Betriebsbedingungen von CPOX-Reformern in mobilen Stromerzeugern mit ethanolhaltigen Kraftstoffen können aus den durchgeführten Untersuchungen abgeleitet werden. Der Betrieb eines mobilen Stromerzeugers, der eine herkömmliche Brennstoffzelle enthält, ist ausschließlich mit der Mischung möglich, bei der eine Konzentration von 10 Vol.-% Ethanol vorliegt. Für alle anderen untersuchten Mischungen ist eine modifizierte Brennstoffzelle erforderlich, die für die Toleranz von Kohlenwasserstoffen in geringen Konzentrationen ausgelegt ist.



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Cand. mach. Aljoscha Göbel

Fakultät für Maschinenbau
Fachgebiet Strömungsmaschinen

Konzept einer Aufwind-Windturbine

Die Leistung eines Luftstroms steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Die maximale Leistung, die dem Luftstrom entzogen werden kann, ist auf 59,3 % beschränkt. Eine Windkraftanlage kann sich diesem Wert nur durch die optimale Ausnutzung der Auftriebskraft annähern, für reine Widerstandsläufer liegt der maximale Leistungsbeiwert bei 0,2. In der bodennahen Schicht nimmt die Windgeschwindigkeit mit der Höhe näherungsweise nach einem logarithmischen Profil zu. Die Zunahme des Windprofils hängt von der Oberflächenrauhigkeit des Geländes und somit von den Hindernissen in der Umgebung ab. Die lokalen Umströmungen von Gebäuden ergeben eine Beschleunigung der Windgeschwindigkeit an den Dachspitzen, wenn das Gebäude frei angeströmt wird. Hinter dem Gebäude kommt es zu einer starken Verwirbelung des Windes. Falls höhere Gebäude in der Umgebung stehen, wird die Anströmung folglich stark beeinflusst. Die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit lässt sich nur mithilfe langfristiger Daten feststellen.
Kleinwindkraftanlagen sind anderen Problemen ausgesetzt als Großanlagen: Bei horizontalen Kleinwindkraftanlagen müssen mehr Strömungsverluste in Kauf genommen werden und die Lärmgrenzen sind aufgrund der geringen Nabenhöhe schwerer einzuhalten. Im Bereich der Kleinwindkraft gibt es eine hohe Vielfalt an unterschiedlichen Lösungen und somit grundlegend verschiedene Anlagentypen. Savoniuskonzepte versuchen, mit der Einfachheit des Systems zu überzeugen. Darrieusanlagen kommen gut mit urbanen Wechselwinden zurecht und versuchen, so den Durchbruch am Kleinwindkraftanlagenmarkt zu erreichen. Bei der Bewertung von vorhandenen Lösungen mit vertikaler Rotationsachse wurde ein sehr geringer Leistungsbeiwert festgestellt. Dreiblattrotoren erzielen dagegen die besten Energieerträge, haben aber Probleme bei der Einbindung in Gebäude. Aufgrund der teuren Komponenten und der durch die Nabenhöhe schlechteren Windbedingungen bieten all diese Anlagen aber aus heutiger Sicht wirtschaftlich keine Anreize. Die Angaben der Hersteller über Energieerträge sind geschönt und geben nicht die Leistung unter realen Bedingungen wieder. Mit einem Vergleich der Anlagen im Testfeld lassen sich jedoch schnell fehlerhaft entwickelte von zuverlässigen Konzepten unterscheiden.
Da große Windkraftunternehmen keine Forschung auf dem Gebiet der Kleinwindkraft betreiben, wird die Weiterentwicklung der Lösungen vor allem von Pionierunternehmen und universitären Forschungsprojekten vorangetrieben.
Auf dem im Rahmen dieser Arbeit erstellten Zielsystem für eine Kleinwindkraftanlage wird ein neuartiges Konzept einer Durchströmturbine gestaltet. Das Konzept beruht auf dem Prinzip der umgekehrten Durchströmung eines Querstromventilators. Es sind keine Untersuchungen der Windenergieumwandlung mit diesen zweimalig durchströmten Laufrads bekannt. Die Gehäusekonstruktion ist auf Basis eines Keilzungengehäuses ausgeführt und wird an eine Dachschräge angepasst. Beim Test im Windkanal zeichnet sich die Konstruktion durch einen gleichmäßigen und einwandfreien Betrieb aus. Die erreichten Leistungen liegen bei einem 30 cm langen Laufrad im Bereich bis 1 Watt. Die Drehzahl der Anlage verläuft linear zur Windgeschwindigkeit und die Leistung steigt annähernd mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Auffällig ist eine ungleichmäßige Abströmung am Laufradaustritt, welche auf Spaltverluste hindeutet.
Die durchgeführten Messungen stellen eine Grundlage zum Verständnis der Durchströmturbine dar und geben einen ersten Eindruck über die Größenordnung der entnommenen Leistung. Der Leistungsbeiwert ist gering und lässt somit bei einer größeren Ausführung auf niedrige Energieerträge schließen. Durch die einfache Einbindung und mit angepassten Komponenten ist ein Betrieb auch im realen Wind möglich.



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