Energiewende, alternative Energie

Windenergie: Der Energiedrache (Lenkdrache), Meldungen

Der Jo-Jo-Drache sorgt für Energie bei Wind - so das Projekt

Meldungen

präsentiert von Michael Palomino

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31.5.2011: In Holland wird ein "Energiedrachen" entwickelt, der wie ein Jo-Jo funktioniert - am besten in 500 Metern Höhe

aus: Spiegel online: Experiment mit Lenkdrachen: Fliegende Kraftwerke sollen windenergie ernten; 31.5.2011;
http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,763535,00.html

<Von Benjamin Dürr, Groningen

aus: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,763535,00.html

Es klingt wie die Idee eines Phantasten: Mit Lenkdrachen wollen Wissenschaftler die Windkraft revolutionieren. Die Fluggeräte arbeiteten effizienter, leiser und unauffälliger als Bodenturbinen, beteuern die Erfinder. In den Niederlanden ist bereits ein Prototyp in Betrieb.

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Im Wind steckt ein gigantisches Energiepotential, doch der größte Teil davon bleibt ungenutzt. Wubbo Ockels will das ändern. Er gilt in den Niederlanden als Vater einer Idee, die auf den ersten Blick bizarr erscheint: Ockels will Drachen steigen lassen, um Strom zu gewinnen - und den inzwischen allgegenwärtigen Windrädern schließlich Konkurrenz machen.

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Wubbo Ockels, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und vor 26 Jahren der erste Niederländer im Weltall, hat die Technologie schon 1997 zum Patent angemeldet. Inzwischen entwickeln 13 Mitarbeiter und Studenten an der Technischen Universität Delft die Idee weiter. "KitePower" heißt das Prinzip, und seine Entwickler überschlagen sich fast mit ambitionierten Versprechen: Die Lenkdrachen seien billiger als Windräder und machten kaum Geräusche. Sie könnten zuverlässiger Energie liefern - und vor allem in größerer Menge als Windparks heute.

Seit kurzem gibt es in den Niederlanden einen Prototyp, der zeigen soll, dass das Höhenkraftwerk funktionieren kann. Die Idee basiert auf der Funktionsweise eines Jo-Jos: An einem langen Seil steigt der Lenkdrachen in die Luft. Dabei schraubt er sich in der Flugbahn einer liegenden Acht in die Höhe. Durch diese sogenannten Cross-Wind-Manöver, wie sie auch Kitesurfer anwenden, wird eine hohe Zugkraft erzeugt. Das Kabel wird beim Aufstieg durch die Flugbewegung immer wieder kürzer und der Drachen zurückgezogen. Die Drehbewegung beim Auf- und Abwickeln des Zugseils treibt einen Generator an. Er produziert Strom, der in einer Batterie zwischengespeichert wird.

Ist das Seil vollständig abgewickelt, wird der Flugwinkel so verändert, dass sich die Zugkraft wieder verringert ("Depower-Phase"). Der Drachen lässt sich so mit viel weniger Kraft wieder einholen. Unter dem Strich bleibt ein deutlicher Energiegewinn.

Wolken-Kraftwerke sollen günstiger sein als Windparks

Technische Grenzen gibt es dabei fast keine - glauben die Entwickler: Wie hoch der Drachen fliegen kann, hänge vor allem von den lokalen Luftraum-Begrenzungen ab, erklärt der deutsche Ingenieur Roland Schmehl, Leiter der Forschungsgruppe an der TU Delft. Auf dem Testgelände in der Nähe des Flughafens Amsterdam-Schiphol dürfe der Lenkdrachen höchstens 300 Meter hoch steigen. "In Friesland war dagegen eine Höhe von 500 Metern möglich", sagt Schmehl.

In diesen Höhen wird Energiegewinnung interessant: Dort sind die Windströme konstanter, und sie werden nicht durch Gebirge oder Gebäude gebremst. Energiedrachen könnten deshalb zuverlässig Strom produzieren, im Idealfall sogar in großen Mengen. Windturbinen am Boden sind heute maximal 200 Meter hoch, sie ernten nur einen Bruchteil der vorhandenen Energie.

Die weiteren Vorteile liegen für die Forscher in den Niederlanden auf der Hand. So seien die fliegenden Kraftwerke in Bau und Unterhalt deutlich günstiger als Windparks. Erste Studien gingen davon aus, dass ihr Strom ein bis vier Cent pro Kilowattstunde Strom kosten würde. Sollte das stimmen, wären die Drachen günstiger als Windräder. Deren Stromerzeugungskosten liegen nach Angaben des Bundesverbands Windenergie derzeit bei durchschnittlich 6,4 Cent pro Kilowattstunde, bei besten Windverhältnissen an der Küste bei 4,5 Cent.

Beim Drachen-Prototyp in den Niederlanden habe die Herstellung der Bodenstation rund 60.000 Euro gekostet, so Schmehl. In der Serienproduktion könnte dieser Preis auf wenige tausend Euro sinken, sagt der Entwickler. Dazu kämen eine Kontrolleinheit zum Preis von 5000 Euro in der Serienproduktion und die nötigen Bauteile wie Drachen und Kabel für rund 1200 Euro.

"Die Flexibilität ist ein weiterer Pluspunkt", meint Schmehl. Die beste Flughöhe des Drachens könne einfach an die aktuellen Windbedingungen angeglichen werden. Das Konzept der mobilen Kraftwerke könne außerdem auch dort genutzt werden, wo wenig Platz zur Verfügung steht oder gerade Strom gebraucht wird. Die Drachen seien unauffällig, geräuschlos und schadeten der Umwelt nicht.

Theo de Lange vom unabhängigen Energie-Forschungszentrum der Niederlande (ECN) teilt den Optimismus der Entwickler nur zum Teil. Die Drachen könnten in Zukunft durchaus eine Rolle bei der Energieerzeugung spielen. Fraglich sei allerdings, in welchem Maße: "Das hängt davon ab, wie die technologische Entwicklung verläuft - und wie stark die Gesellschaft das Konzept der Energiedrachen annimmt."

Im jetzigen Entwicklungsstadium seien Antworten auf diese Fragen schwierig, meint de Lange. "Deshalb ist es wichtig, dass die Idee verfolgt und ausgetüftelt wird." Allerdings seien die Drachen im Unterhalt eher aufwendiger als Windräder. "Auch über die Risiken von Windturbinen ist heute mehr bekannt als über die von Drachen", warnt de Lange.

Bei Gewitter automatisch zurück zum Boden

Um eine echte Alternative zu Windrädern zu bieten, müssten die Drachen zudem einen weiteren entscheidenden Test bestehen: Sie müssen tagelang selbstständig in der Luft bleiben. Bisher mussten die Forscher den Prototyp immer aktiv steuern. Nun gibt es aber zumindest hier Fortschritte: An einer neuen Version des Lenkdrachens steckt eine Messeinheit, die GPS-Daten, Höhe, und Drehgeschwindigkeit des Drachens zur Bodenstation funkt. Dort werden sie von einem Computer verarbeitet, der sie mit der Windgeschwindigkeit abgleicht und die beste Flugbahn berechnet.

Eine Steuerungseinheit kümmert sich dann um die Umsetzung. Sie hängt etwa zehn Meter unter dem Drachen und arbeitet wie ein kleiner Roboter, der den Drachen durch Zug an den Leinen lenkt. Mit der Technologie könnte das Fluggerät im Prinzip auch automatisch eingeholt werden: Wenn schwere Stürme oder Gewitter aufziehen, würde es zunächst in eine Parkposition mit weniger Zugkräften gebracht. Verschlechtert sich das Wetter weiter, muss der Energiesammler zurück an den Boden.

Die eigentliche Schwierigkeit liegt darin, dass die Niederländer die Drachen gleich in ganzen Schwärmen fliegen lassen wollen. Mehrere Drachen nebeneinander oder gar übereinander sollen die Oberfläche des Gesamtsystems vergrößern. "Laddermill" hat Wubbo Ockels die Konstruktion genannt. Der Prototyp in Delft erreicht bei einer Oberfläche von 50 Quadratmetern eine Leistung von eher mageren 20 Kilowatt. Zum Vergleich: Schon kleine Windkraftanlagen bringen es auf Leistungen von mehreren hundert Kilowatt.

Für richtige Höhenwindkraftwerke müssten also auf jeden Fall mehrere Drachen zusammengeschaltet werden - oder man entscheidet sich für ein besonders großes Modell: "Mit einem Drachen von 500 Quadratmetern Größe würde man mit heutigen Materialien schon in den Megawatt-Bereich kommen", vermutet Schmehl.

Inzwischen haben auch andere Wissenschaftler die Idee aufgegriffen, Wind in großen Höhen einzufangen. In den USA forscht eine Firma mit finanzieller Unterstützung der Google-Stiftung an ähnlichen Drachen. Ein Unternehmen im niederländischen Den Haag, das aus dem Projekt von Wubbo Ockels hervorgegangen ist, will 2013 ein Drachenkraftwerk mit einem Megawatt Leistung auf den Markt bringen.>

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28.10.2017: Energiedrache löst Windräder ab
Windkraft mit dem Drachen ernten – Deutsche Firma will Windräder überflüssig machen
https://de.sputniknews.com/wirtschaft/20171028318064383-deutschland-windkraft-energie/

"Mit Drachen Windkraft ernten, mobil sein und auf teure Türme verzichten – das ist das Konzept des deutschen Windkraftanlagenherstellers „Enerkite“. Dabei soll nicht nur Material eingespart werden und die Anlage mobil sein. Auch die Stromproduktion kann auf diese Weise verdoppelt werden, so die Entwickler.

Die Windstärke steigt mit der Höhe und stärkere Windkraft erzeugt mehr Strom. Deswegen strecken sich Windräder immer mehr in die Höhe: Waren sie Anfang der 80er-Jahre noch im Bereich von 20 Metern, so erreichen die Windräder von heute eine Höhe von etwa 220 Metern. Dabei verschlingen sie immer mehr Material und werden immer komplizierter in der Wartung. Außerdem gilt: Einmal hingepflanzt, bleibt ein Windrad für immer an Ort und Stelle – ob sich die Wetterverhältnisse in der Gegend nun als günstig oder ungünstig für eine Stromerzeugung erweisen.

Das deutsche Unternehmen „Enerkite“ hat das Konzept noch einmal gründlich überdacht. EDabei entstand eine Anlage, die auf das Windrad gänzlich verzichtet: Stattdessen verwenden die Entwickler einen Drachen, der sich in immer weitere Höhen hochschraubt. Die Windenergie wird „abgeerntet“, in dem die durch die Bewegungen des Drachens gewonnene Energie an eine mobile Station am Boden übertragen wird. Mit dieser Art Windkraftanalage kommen die Hersteller höher als das aktuell höchste Windrad.

Funktionsweise des Drachens im Video:

Nach „Enerkite“-Angaben soll auf diese Weise im Vergleich zu einem Windrad jährlich der doppelte Stromertrag geliefert und darüber hinaus 90 Prozent Material eingespart werden. Aber vor allem die Mobilität bilde ein „Alleinstellungsmerkmal“ dieser Windkraftanlagen, erklärte Alexander Bormann, Ingenieur und Unternehmer bei „Enerkite“. So könnten gezielt Orte angesteuert werden, an denen die Windverhältnisse besonders günstig sind und Orte verlassen werden, wo sich kaum etwas bewegt.

Bleibt die Frage, ob ein solcher Drache für Umstehende nicht gefährlich werden könnte, indem er beispielsweise abstürzt. Laut Bormann besteht eine solche Gefahr aber nicht: „Die Gefahren werden für jeden Einsatz analysiert und Risiken für Mensch und Werte am Boden oder in der Luft ausgeschlossen. Das ist Teil der Genehmigungsverfahren.“

Das Konzept stößt über die deutschen Grenzen hinaus auf Interesse. So hätten Kunden in den Philippinen nach einem Hurrikan die Demonstrationsanalage kaufen wollen, teilte der Ingenieur mit. Und auch in der Welt kommt das Team von „Enerkite“ herum. Dieses Jahr war der Drache auch auf der Expo 2017 in der kasachischen Hauptstadt Astana, einer Messe rund um regenerative Energien, vertreten. Gefördert wird das Projekt unter anderem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Nach Angaben von „Enerkite“ soll eine Markteinführung schon 2019 möglich sein.

Valentin Raskatov"

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