Windenergie – Ein neuartiges Fluggerät geht in großen Höhen auf Stromernte

Höher, effizienter, mobiler - Studenten der ETH Zürich wollen mit einem speziellen Flugkörper neue Wege bei der Windenergieernte gehen.

Autor Sarah-Indra Jungblut, 29.05.18

Übersetzung Sarah-Indra Jungblut:

Die ETH Zürich, eine Universität in der Schweiz, macht immer wieder durch sehr innovative Projekte von sich reden. Auch das Projekt ftero will neue Wege beschreiten, um Windenergie nutzbar zu machen. Umgesetzt werden soll ein sogenanntes Airborne Wind Energy System (AWE). Das System wird aktuell als eine vielversprechende Möglichkeit gehandelt, das die Effizienz von konventionellen Windturbinen übertreffen könnte.

Ein Airborne Wind Energy System besteht aus einem Auftrieb generierenden Flugsystem, das ähnlich wie ein Drachen durch ein Seil oder Kabel mit einer Bodenstation verbunden ist. Die Länge des Seils ist dabei flexibel einstellbar; das Flugsystem kann so auch große Höhen erreichen, in denen der Wind meistens stärker und beständiger weht.

Stromernte aus heiterem Himmel

Der Strom selbst wird dabei durch einen Generator in der Bodenstation erzeugt. Diese bodenständige Variante nennt sich “Ground Based Power Generation”. Eine andere Möglichkeit der Stromerzeugung wäre die “Onboard Power Generation”, bei welcher der Strom direkt im Fluggerät erzeugt wird, z.B. durch einen im Wind drehenden Propeller.

Wie aber funktioniert die Stromernte genau? Die Energie wird in zwei separaten Phasen gewonnen: Während der Traktionsphase wird der Auftrieb des Flügels über ein Seil auf einen Generator übertragen. Dabei wird die Seilrolle kontinuierlich abgerollt und dadurch Strom erzeugt, bis die maximale Seillänge erreicht ist. In der zweiten Phase – der Einzugsphase – wird der Flügel wieder eingeholt. Durch eine optimierte Steuerung und Flügelform wird dabei weniger Energie verbraucht, als in der ersten Phase erzeugt wurde. Unterm Strich resultiert daraus ein Nettoenergiegewinn. Die Effizient des Systems soll durch eine kreisförmige Flugbahn zusätzlich erhöht werden. Den großen Kräften da oben soll die Konstruktion des Flügels aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) trotzen.

Eine weitere Besonderheit des fliegenden Energieerzeugers ist das sogenannte Morphing. Morphing erlaubt es, den Flügel während des Fluges kontinuierlich zu verformen. Ermöglicht wird damit der Betrieb bei verschiedenen, auch sehr starken Windstärken und die Ausführung von Steuerbefehlen wird erleichtert. Das ganze System ist ein Senkrechtstarter und soll autonom gesteuert werden.

Der energiegewinnende Flugkörper eröffnet neue Einsatzorte weltweit

Gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen hat das System einige Vorteile: Aufgrund einer besseren Tragflächenausnutzung können Airborne Wind Energy Systeme deutlich energieeffizienter arbeiten. Da sie sich auch in größeren Höhen aufhalten können, erreichen sie stärkere und beständigere Winde.

Das AWE System benötigt kein Betonfundament und ist damit sehr flexibel. Es kann leicht auf einem einzelnen Lastwagen oder Anhänger transportiert werden und theoretisch auf jedem Gelände auf- und abgebaut werden. Damit eröffnen sich weltweit neue Einsatzorte.

Alerdings steckt das Konzept von Airborne Wind Energy Systemen noch in den Kinderschuhen. Bisher hat es noch kein vergleichbarer Lösungsansatz bis zur Marktreife gebracht, auf den Weg gemacht haben sich jedoch auch schon einige. Kürzlich haben wir z.B. über Enerkite und Makani berichtet. Doch das junge Team aus ambitionierten Maschinenbau- und Elektrotechnikstudenten der ETH Zürich ist optimistisch. Eingegliedert in die Strukturen der ETH und mit kompetenter Unterstützung  des CMASLab sowie dem Fachwissen anderer Institute stehen sie auch nicht alleine da.  © ftero

Das Hauptziel des Projekts ist es zu zeigen, dass mit dem Ansatz Strom produziert werden kann und für die Energieversorgung der Zukunft noch unkonventionelle Technologien entdeckt werden können. Allerdings gibt es noch einige Hürden zu überwinden, wie z.B. das Problem der Vereisung des Flugkörpers in großen Höhen, der Absturzgefahr und Fragen der Sicherheit im Luftraum. Es bleibt spannend, ob sich die neuartigen Flugkörper bewähren werden.

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