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FlugwindenergieanlagenWindenergie von morgen?

Zugdrachen zieht mittels Windenergie ein Containerschiff auf dem Ozean
Windenergie für klimaschonende Mobilität: Mithilfe von Zugdrachen wird der Kraftstoffverbrauch von schweren Cargo-Schiffen erheblich gesenkt. (Foto: Yves Parlier / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0)

Sie sind ein Geheimtipp der Windenergienutzung: Drachensysteme, die den Wind in Höhen ab 300 Metern ernten. Dennoch gibt es bis dato kein kommerzielles Produkt auf dem Markt. Das soll sich in diesem bzw. nächstem Jahr ändern. Ein Blick ins Wolkenkuckucksheim, das technisch gar keines ist.

22.07.2019 – Es gibt sie schon seit einigen Jahren, doch kaum einer kennt die bodenbasierte Windenergienutzung und die wenig beachteten Flugwindenergieanlagen (FWEA). Bei Letzteren steigen Drachen und andere Flugobjekte an einem Seil befestigt hunderte Meter stetig hinauf. Entweder wird die Strömungsenergie direkt an Bord in Wellenleistung umgewandelt oder am Seilende – fixiert am Boden oder auf einer Plattform auf See oder mobil – mit Hilfe einer Trommel das erzeugte Drehmoment in Strom transformiert.

Das klingt futuristisch. Dies bestätigt auch Bernd Ponick. „Die Technik ist aber gar nicht so absurd, wie man auf den ersten Blick erachtet“, sagt der Professor am Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik der Leibniz- Universität Hannover. „Ich bin daher relativ optimistisch, was die weitere Entwicklung dieser neuen Technologien angeht“, fügt er hinzu und verweist zugleich auf SkyPower 100. Dies ist ein mit Bundesmitteln gefördertes Projekt, an dem neben dem Institut aus Hannover auch noch EWE, EnBW und die Hamburger SkySails Power GmbH beteiligt sind. Unter ihrer Regie soll schon im nächsten Jahr ein Zugdrachen mit einer Leistung von 100 kW den Testbetrieb aufnehmen. Drei Standorte sind schon in der engeren Auswahl; welcher es am Ende sein wird, will man jedoch noch nicht preisgeben. Sicher ist nur, dass es ein Ort an Land sein wird.

Es wird munter experimentiert, Konzerne sind interessiert

Unterdessen wird das US-amerikanische Unternehmen Makani mit einem 600 kW Energiedrachen wahrscheinlich schon in diesem Sommer vor der Südwestküste Norwegens in die Höhe steigen. Dieses unbemannte Fluggerät mit fast 30 Metern Spannweite ist bereits seit zwei Jahren In Kalifornien und in Hawaii im Testbetrieb und geht nun erstmals offshore. Damit wird der Marktführer, bei dem vor kurzem der Shell-Konzern eingestiegen ist, einen weiteren Meilenstein in der Stromerzeugung mit Flugwindenergieanlagen setzen. Darüber hinaus plant auch die Firma Ampyx Power BV in Irland mit einem 250 kW Modell namens AP-3 alsbald in eine Testphase zu starten.

Es passiert also derzeit viel. Und dennoch: „Bisher gibt es trotz intensiver Forschungsarbeiten überall auf der Welt noch kein einziges kommerzielles Produkt“, kehrt der Ingenieur Roland Schmehl von der Technischen Universität Delft das große Manko der weltweit  inzwischen rund 60 Firmen und Forschungsgruppen hervor, die seit Jahren versuchen, das Thema global voranzutreiben. Schmehl selbst forscht seit fast einem Jahrzehnt zur Flugwindenergieerzeugung, die im Englischen als Airborne Wind Energy bezeichnet wird. Seither ist er von dem Thema „total“ okkupiert und hat mit seinem universitären Forschungsteam ein 20 kW Drachensystem als Versuchsträger entwickelt. Schließlich gründete er mit anderen Mitstreitern 2016 das Start-up Kitepower BV, das den Prototypen kommerziell auf 100 kW Nennleistung hochskaliert.

Kein Hexenwerk, nur um die Ecke gedacht

Anstelle von Stahl, Beton und gewaltigen Fundamenten verwenden die Drachensysteme leichte Materialien. Im Fall von Kitepower ist das Zugseil nur 14 Millimeter dick, besteht aus der hochfesten Polyethylenfaser Dyneema, „die stärker als Stahl ist“, so Schmehl. Im Nennbetrieb wird eine Zugkraft von fünf Tonnen durch das Seil übertragen. Der 80 Quadratmeter große Flügel selbst ist bisher aus dem Textilmaterial Nylon/Dacron gefertigt – wie sie auch bei Rucksäcken Anwendung finden.

Das ist nicht wirklich technologisches Hexenwerk; sei es auch nicht, wie Bernd Ponick pragmatisch versichert. Das gelte auch für die elektrotechnische Energieumwandlung der Zugkraft. „Vom Prinzip her handelt es sich beim SkyPower 100 um einen Außenläufer-Generator, bei dem sich das Zugseil von einer Trommel abwickelt, die sich wiederum um einen festen Stator im Innern dreht“, erklärt Ponick. „Dies ist vergleichbar mit dem Direktantrieb einer konventionellen Siemens-Windenergieanlage.“

Auch ist die Größe des Generators der Testanlage von SkyPower 100 ziemlich überschaubar: ca. 1 x 1 Meter. Der eigentliche Clou des Systems sei aber, so hebt Ponick hervor, „die hohe Konstanz der Erzeugung“, welche für stabile Netze – wie alle am Boden wissen – von hoher Bedeutung ist und die durch Aufbau und Regelung des Gesamtsystems gewährleistet werden kann.

Rentabilität in Sicht

Mit diesem Vorteil argumentiert auch Schmehl. Weil der Wind in höheren Regionen deutlich stärker weht als in Nabenhöhen gängiger Windenergieanlagen, gehen er und seine Mitstreiter davon aus, dass 4.000 bis 6.000 Volllaststunden möglich sind. Zumal die Phase des Seileinholens, in der kein Strom erzeugt werden kann, durch zeitversetzte Kombination von mehreren aktiven Drachen komplett zu kompensieren sei und somit keine Stromschwankungen entstehen. Ohnehin sei der Energieaufwand für das Einholen des Drachens verhältnismäßig gering; die Kite-Entrepreneure gehen von zehn bis maximal 30 Prozent aus. So überrascht letztlich auch nicht, dass der Koordinator des SkyPower-100-Projektes, Martin Lohss, prognostiziert, dass im Zuge weiterer Entwicklungen schon in wenigen Jahren Gestehungskosten von zwei bis vier Eurocent pro Kilowattstunde durchaus möglich sind.

Wenn sich das tatsächlich so ergeben sollte, dann gebührt der Sicherheit im Luftraum besondere Beachtung; ein Thema, mit dem sich auch der neugegründete Branchenverband Airborne Wind Europe in Gesprächen mit europäischen wie nationalen Behörden intensiv beschäftigt. Angesichts der sensiblen Fragen hinsichtlich des Luftverkehrs sowie der engen Bebauung an Land spricht vieles dafür, dass sich die Airborne Wind-Technologie – zumindest in Europa – wohl eher auf dem Meer abspielen wird. Bevor es soweit ist, da ist sich auch Schmehl ganz sicher, werde noch einiges an Entwicklungsarbeit an Land zu absolvieren sein, um tatsächlich kommerziell aufs Meer gehen zu können. Doch ist Schmehl ganz Optimist. Die Technologie werde kommen und dann müsse sich die „konventionelle“ Offshore-Windindustrie warm anziehen. Dierk Jensen