Hochfliegende Drachen könnten Ihr Zuhause mit Windenergie versorgen

Für Florian Bauer, Co-CEO und Chief Technology Officer von Kitekraft, einem in München ansässigen Unternehmen, das ein fliegendes Windkraftanlagensystem entwickelt, ist die Bekämpfung des Klimawandels eine persönliche Angelegenheit.

"Alles begann während meiner Schulzeit, als ich das Buch von Al Gore las und seinen Dokumentarfilm 'Eine unbequeme Wahrheit' sah. Das hat mich ausgelöst und in meiner Entscheidung bestärkt, Erneuerbare Energien zu studieren, weil ich das Gefühl hatte, als Ingenieur zur Lösung des Problems beitragen zu können," er sagt IE in einem Videointerview.

Heute verändert Bauer zusammen mit André Frirdich, Christoph Drexler und Max Isensee mit Kitekraft die Richtung der erneuerbaren Windenergie. Das Unternehmen baut fliegende Windkraftanlagen, die ein angebundenes Elektroflugzeug namens Kite enthalten. Der Kite hat an BordWindturbinen und fliegt in einer Acht, um aus dem Wind elektrische Energie zu gewinnen.

Obwohl die Technologie der fliegenden Windturbinen noch in den Kinderschuhen steckt, haben es mehrere Firmen auf der ganzen Welt auf sich genommen, luftgestützte Windenergie und fliegende Kraftwerke zu erforschen.

Grünes Signal für Windkraft

Mit Netto-Null-Emissionen in Sicht, die International Energy Association IEA gibt an, dass fast zwei Drittel der weltweiten Stromerzeugung muss bis 2030 erneuerbar sein, um die Ziele des Pariser Abkommens für 2050 zu erreichen. Darüber hinaus wInd Energy wird voraussichtlich bis 2050 um das 11-fache wachsen und wird sicherlich eine Schlüsselrolle bei der zukünftigen Stromerzeugung spielen.

Laut International Renewable Energy Agency IRENA hat sich die weltweit installierte Leistung von Onshore- und Offshore-Windparks in den letzten 20 Jahren fast verhundertfacht, von 7,5 GW im Jahr 1997 auf 743 GW im Jahr 2020, mit 93 GW davonallein 2020 neu installierte Kapazität — eine Steigerung von 53 Prozent im Jahresvergleich.

Der durch die steigende Nachfrage nach saubereren Energiequellen beschleunigte Ausbau hat zu einer Senkung der Kosten für Windkraft geführt, die in den letzten zehn Jahren um rund 40 Prozent gesunken sind und voraussichtlich weiter sinken werden.

Reduzierte Kosten könnten erneuerbare Energien noch zugänglicher machen. Hier kommt Kite-Power ins Spiel.

Nutzung nachhaltiger Energie

Aber was genau ist ein drachenbetriebenes System und wie erzeugt es Energie?

Ein drachenbetriebenes System besteht im Allgemeinen aus ein Drachen mit Rotoren, einem Halteseil und einer Bodenstation. Wenn der Drachen durch die Luft fliegt, drehen sich die Rotoren und ernten die Windenergie, während das Halteseil, das den Drachen an der Bodenstation befestigt, die Elektrizität zum Boden überträgt.Die Bodenstation wiederum speichert die Energie in Batterien oder speist sie ins Netz ein.

„Aus technischer Sicht ist es äußerst interessant. Man kann Aerodynamik, Elektrotechnik, elektronische Steuerung, Softwareentwicklung usw. kombinieren. Es ist auch ein interessanter Business Case“, sagt Bauer.

Im Gegensatz zu festen Windkrafttürmen, die Beton- und Stahlkonstruktionen erfordern, haben drachenbasierte Systeme ein leichtes Halteseil und eine kleine Bodenstation, wodurch 90 Prozent weniger Material benötigt werden. "Die Vorteile ergeben sich daraus", sagt Bauer.

Dies wurde in illustriert eine Studie von Airborne Wind Europe — die ergab, dass eine 50-Megawatt-Drachenfarm über eine 20-jährige Lebensdauer 913 Tonnen Material verbrauchen würde, verglichen mit 2.868 Tonnen für eine typische Windturmfarm.

Drachen von Kitekraft bestehen hauptsächlich aus Aluminium, das leicht recycelbar ist. Im Gegensatz dazu sind die Materialien, die typischerweise in herkömmlichen Windkraftanlagen verwendet werden, wie Stahl und kohlenstoff- oder glasfaserverstärkte Kunststoffe, schwer zu recyceln. Obwohl die Rotoren von Kitecraft bestehenKohlefaser, ihre winzige Größe macht das Recycling der Klingen viel einfacher.

"Infolgedessen ist es einfacher herzustellen und zu transportieren, und der CO2-Fußabdruck ist wesentlich geringer. Das ist eines der Probleme, mit denen die Windindustrie derzeit konfrontiert ist. Stahl ist ziemlich energieintensiv in der Herstellung und emittiert CO2. Preise für Beton undStahl sind ebenfalls hoch“, erklärt Bauer. „Wir verbrauchen 10-mal weniger Material im Vergleich zu herkömmlichen Windkraftanlagen, um die gleiche Energieeinheit zu erhalten.“

Drachen neu denken

Drachen von Kitekraft sind mit acht Motoren ausgestattet, die das Gerät bei Start und Landung antreiben. Sie werden dann während des Fluges als Generatoren verwendet. Eine leistungselektronische Steuereinheit stabilisiert den Drachen und erzeugt effizient Strom.

„Im Grunde genommen ist der Drachen ein angebundener Multikopter“, sagt Bauer. Das Achtermuster des Drachens stellt den effizientesten Teil einer herkömmlichen Windkraftanlage dar. „Die Blattspitzen erzeugen den größten Teil der Energie aus dem Wind.“Windenergie kann bereits mit einer relativ geringen installierten Leistung ab 100 Kilowatt erzeugt werden.

Das Unternehmen hat erfolgreich durchgeführt autonome Flugversuche letztes Jahr, das als „großer Meilenstein in Richtung unseres ersten 100-kW-Produkts“ beschrieben wurde.

Obwohl sich der Drachen noch in der Prototypenphase befindet, könnte er letztendlich ein Segen für abgelegene Regionen sein, indem er erneuerbare Energie zu denen bringt, die vom Stromnetz leben. Darüber hinaus könnten die Drachen an Orten zu Hilfe kommen, an denen riesige Windkraftanlagen errichtet werdenunmöglich.

In Anbetracht aller Vorteile eines drachenbetriebenen Systems mag es so aussehen, als gäbe es keinen Grund, eine herkömmliche Windkraftanlage zu bauen.

Aber „es ist viel schwieriger, den Drachen zu bauen“, sagt Bauer. „Im Vergleich dazu ist die Windkraftanlage viel einfacher – es ist nur ein Turm. Man muss die gesamte Technologie verstehen, um den Drachen zu bauen. Viele unserer Konkurrenten haben dasversuchen seit vielen Jahren, die Probleme zu lösen. Insgesamt gibt es mehrere technologische und kommerzielle Hürden."

Aber wird es abheben?

"Wir sind mit vielen potenziellen Kunden im Gespräch, die erwarten, dass wir Zuverlässigkeit und Effizienz beweisen. Was uns freut, ist die Tatsache, dass die Menschen sich der Vorteile und der Kosteneffizienz bewusst sind. Es hilft auch, dass es einegeringe Sichtbarkeit, wodurch es fast unsichtbar wird", sagt er.Dies könnte Gemeinden helfendie sich gegen Windkraftanlagen gestellt haben weil sie sie für Schandflecken halten.

Innerhalb des nächsten Jahres hofft Baur, das Problem der Autonomie zu lösen, um die Aktoren und Sensoren bereit zu machen. „Wir wollen auch Software-Redundanzen reduzieren, damit wir keinen Single Point of Failure haben“, sagt er. Darüber hinaus ist es auch die Technologiebesser geeignet für orkangefährdete Gebiete, da der Kite auf den Boden gesenkt werden kann, anstatt bei starkem Wind Schaden zu riskieren.

Aber natürlich ist die Skalierung nicht einfach. Obwohl kleinere Drachen billiger und einfacher zu entwickeln und einzusetzen sind, funktionieren sie bei etwa 300 Metern 984 Fuß nicht effizient, wo die Winde oft am stärksten sind. Entwicklung größerer Drachenmit mehr Leistung geht ein Risiko einher, das sorgfältig kalkuliert werden muss.

"Unser Markteintrittsprodukt wäre ein 100-Kilowatt-Drachen mit einer Flügelspannweite von 10 Metern, den wir bis 2024 ausliefern wollen. Wenn alles gut geht, werden wir skalieren. Der nächste Drachen hätte es getaneine Leistung von 500 Kilowatt bei einer Flügelspannweite von 20 Metern. Eine Verdoppelung des Flügels würde nicht nur die Leistung verdoppeln – stattdessen würde man fünfmal mehr bekommen", sagt er.

„Eine Möglichkeit, die wir uns ansehen, sind Drachenfarmen, genau wie Windparks. Es könnte sowohl Offshore als auch Onshore sein“, sagt er. Um sie offshore zu verwenden, alles, was benötigt wird, ist eine Bodenstation, wie eine Schwimmboje. Die Drachen können heruntergelassen werden, wenn der Wind zu stark wird. "Wir könnten sie auch auf Microgrids in Regionen wie Wüsten einsetzen“, fügt Bauer hinzu.

Es bleibt unklar, wie weit verbreitet die auf Drachen basierende Windenergie sein wird. Sobald Ingenieure jedoch die technischen und Computerprobleme lösen, die verhindern, dass Drachen eine weitere Verbreitung finden, könnte die luftgestützte Windenergie die Antwort auf die Elektrifizierung der Zukunft sein.