Eine Multirotor-Windkraftanlage ist eine Windkraftanlage, bei der ein Tragwerk mehrere Rotoren trägt.
Eine Multirotor-Windkraftanlage ist eine Windkraftanlage, bei der ein Tragwerk mehrere Rotoren trägt.
Bereits in den 1930er Jahren schlug der Windkraftpionier Hermann Honnef Windkraftanlagen mit mehreren Rotoren vor. Diese sollten auf 250 m hohen Gittertürmen errichtet werden und bis zu fünf gegenläufige Doppel-Rotoren mit 160 m Durchmesser tragen, die jeweils auf integrierte Ringgeneratoren mit einer Leistung von 20 MW wirkten. Honnef plante die Anlage so, dass der gesamte Turmkopf einschließlich der 5 Rotoren bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten in die Horizontale gekippt werden konnte, um die Konstruktion gegen Windschäden zu schützen. Kernanliegen Honnefs war die Nutzung der Windenergie im großtechnischen Maßstab, um im Verbund mit konventionellen Kraftwerken Windstrom zu wirtschaftlichen Kosten erzeugen. Während diese auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhenden Anlagen nie errichtet wurden, u.a. weil sie weit über die damaligen technischen Möglichkeiten hinausgingen, baute Honnef auf einem Testfeld auf dem nahe Berlin gelegenen Mathiasberg ein Modell eines Multirotors, das über 2 Blätter verfügte. Dieses Testfeld wurde nach dem Zweiten Weltkrieg von den Sowjets zerstört und die Reste der Anlagen eingeschmolzen.
Multirotor-Windkraftanlagen wurden bislang nur als Prototypen realisiert. Mit Stand 2014 wurden Multirotoranlagen im Kleinmaßstab erprobt. Beispielsweise baute Lagerwey 1986 eine Anlage mit sechs 75-kW-Einzelanlagen vom Typ Lagerwey-Multirotor-Windkraftanlage Maasvlakte (LW15/75) in Maasvlakte, welche eine Gesamtleistung von 450 kW hatte.
Eine weitere Multirotor-Windkraftanlage errichtete Vestas 2016 in Risø bei Roskilde in Dänemark (Koordinaten: 55.685103 N 12.096977 O). Sie besaß vier Maschinen des Typs Vestas V-29, von denen jede einen Rotordurchmesser von 29 Metern hatte. Die Gesamtleistung betrug 900 kW. Die Nabenhöhen dieser Anlage waren 29 Meter und 59,5 Meter. 2019 wurde diese Anlage nach zweijährigem Testbetrieb abgebaut. An der Entwicklung, Entwurfsprüfung und der Zertifizierung war auch der TÜV Süd beteiligt.
2024 wurde in China eine schwimmende Windkraftplattform mit dem Namen OceanX zu Wasser gelassen. Sie soll einem Hurrikan der Kategorie 5 mit Windgeschwindigkeiten bis zu 260 km/h widerstehen können. Der darauf befindliche, V-förmige Aufbau trägt zwei Turbinen mit einer Gesamtleistung von 16,6 MW. Eine verkleinerte Ausführung mit ähnlichem Design war im Jahr 2020 unter der Bezeichnung Nezzy2 von dem deutschen Energieversorger EnBW und dem Rendsburger Unternehmen Aerodyn Engineering auf dem Greifswalder Bodden getestet worden.
Der Energieertrag einer Windkraftanlage ist bei gleichen Windverhältnissen proportional zur überstrichenen Rotorfläche. Die Gesamtrotorfläche einer Multirotor-Windkraftanlage ist also genauso groß wie bei einer gleich starken Windkraftanlage in herkömmlichem Design. Bei einer Vergrößerung der Rotorblattlänge steigt die Leistung quadratisch an, die Masse der Rotorblätter jedoch mit der dritten Potenz. Für die Aufteilung eines großen Rotors mit der Masse M in n kleinere Rotoren mit der Gesamtmasse m bei gleicher Gesamtleistung gilt somit im Idealfall
Die Aufteilung eines großen in mehrere kleine Rotoren spart also Material. Auch ist der Transport kürzerer Rotorblätter wesentlich einfacher als bei großen Anlagen, bei denen die Rotorblattlänge heute teilweise schon über 120 Meter beträgt.
Eine Studie der Universität Aarhus und der Universität Durham kam zu dem Ergebnis, dass eine Anlage mit vier je dreiflügligen Rotorköpfen an einem Mast etwa 15 Prozent billiger wäre als eine gleich starke Einzelanlage.
Mathematische und experimentelle Untersuchungen haben außerdem gezeigt, dass bei der Montage mehrerer Rotoren in geringem Abstand zueinander durch die gegenseitige Beeinflussung die Leistung um mehrere Prozent gesteigert werden kann.
Zwar steigt bei Multirotor-Windkraftanlagen durch die höhere Anzahl von Teilen auch die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers an, allerdings führt dieser dann nicht gleich zum Ausfall der gesamten Anlage.
Während bei den (besonders teuren) Rotorblättern durch die Aufteilung in mehrere kleinere Einzelrotoren Masse eingespart werden kann, gilt dies nicht für die tragende Konstruktion, also den Mast und die Ausleger. Durch die außermittige Montage der Rotoren und Gondeln steigen die Biegemomente, was zu stärkeren und damit schwereren und teureren Tragekonstruktionen führt. Damit liegt die Baumasse bezogen auf die Fläche der Rotoren in einem ungünstigeren Bereich als bei herkömmlichen Windkraftanlagen mit nur einem Rotor.
Die gegenseitige Beeinflussung nah beieinander angebrachter Rotoren führt zu verstärkten Vibrationen und zu einer erhöhten strukturellen Belastung der Bauteile. Auch die Steuerung der Anlage wird komplizierter.
