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Freitag, 19.09.2014
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Lenkdrachen sollen Windenergie einfangen

Ungewöhnliche Idee soll Stromausbeute durch Windkraft über dem Land erhöhen

Die Windenergie im deutschen Flachland gilt als ausgereizt. Doch eine Gruppe deutscher Forscher sieht dies anders: Sie wollen zukünftig eine ungewöhnliche Methode nutzen, um auch die Winde der höheren Luftschichten auszunutzen: Lenkdrachen. Die durch das Kitesurfen bekannten Drachen sollen den Wind höherer Lagen einfangen und als "Kite-Kraftwerke" die gewonnene Bewegungsenergie in Bodennähe in Strom umwandeln.

Lenkdrachen für Kitesurfing

Kitesurfen ist zum Trendsport geworden. Die Zahl der Menschen, die sich für die Mischung aus Windsurfen und Drachenfliegen begeistern, wächst rasant. Wenn der Wind den Kite erfasst, trägt er den Surfer meterhoch empor. Extreme Sprünge sind möglich, maximaler Spaß ist gewährleistet. Doch ein moderner Lenkdrachen ist mehr als nur ein Sportgerät – er lässt sich auch als Energieerzeuger einsetzen. Die Flugbewegung des Drachen kann verwendet werden, um einen Generator anzutreiben, der die gewonnene Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt.

Diese pfiffige Idee hatten die Gründer der Berliner NTS Energie- und Transportsysteme GmbH. Für die Realisierung des Vorhabens holten sie das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart mit ins Boot. Mit der neuen Methode wollen die Projektpartner die starken Winde in bis zu 500 Metern Höhe nutzen. "Die Kites fliegen in Höhen von 300 bis 500 Metern, wo sie den Wind einfangen sollen. Über etwa 700 Meter lange Seile sind sie mit Wägen verbunden, die sie über einen Schienenrundkurs ziehen. Aus der entstehenden Bewegungsenergie erzeugt ein Generator Strom. Die Steuerungs- und Messtechnik befindet sich auf den Wägen", erläutert Joachim Montnacher, Diplom-Ingenieur am IPA.

Auf dem Testgelände in Mecklenburg-Vorpommern wird ein Kite auf Jungfernflug geschick

Konstantere Windströme in 500 Metern Höhe


Gegenüber konventioneller Windparktechnik mit Rotoren bieten Kite-Kraftwerke eine Reihe von Vorteilen: Die Windgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Höhe rapide an. In Bodennähe tendiert sie gegen Null. In 100 Metern Höhe liegt sie bei rund 15 Meter pro Sekunde, in 500 Metern beträgt sie schon über 20 Meter pro Sekunde. "Die Energieausbeute eines Kites ist deutlich größer als die eines Windrads, dessen Blattspitzen sich derzeit in Höhen bis ca. 200 Metern drehen. Verdoppelt sich die Windgeschwindigkeit, verachtfacht sich der Energiegehalt", sagt Montnacher. "Acht Kites mit einer Größe von bis zu 300 Quadratmetern entsprechen – je nach Windgebiet – rechnerisch 20 konventionellen 1-Megawatt-Windkraftanlagen."

Anders als Windräder haben Kites nicht mit der Konstanz des Windes zu kämpfen. Denn mit zunehmender Höhe steigt auch dessen Verfügbarkeit. Eine Windgeschwindigkeit von fünf Metern pro Sekunde ist in zehn Metern Höhe nur zu ungefähr 35 Prozent und in 500 Metern Höhe schon zu 70 Prozent des Jahres zu messen. Somit kommen neue Standorte im Flachland für die Stromerzeugung durch Wind infrage. Ein weiterer Vorteil: Die Materialkosten für den Bau einer solchen Anlage sind deutlich geringer. Es wird kein hunderte von Tonnen schwerer Turm benötigt.

Automatisch gelenkte Drachen ziehen Wagen


Gelenkt werden die Drachen der Kite-Kraftwerke mit einer automatischen Steuereinheit, die unter anderem die Messsignale zur Seilsteuerung und Kite-Regelung ausgibt. Eine in jeden Seilstrang eingesetzte horizontale und vertikale Winkelmessung sowie eine in den Seilverlauf integrierte Kraftmessung garantiert die präzise Steuerung des Kites, der sich in der Flugbahn auf einer liegenden Acht beziehungsweise einer sinusförmigen Kurve in der Höhe bewegt. Durch diese Flugmanöver erzeugt er eine hohe Zugkraft, die bis zu 10 Kilonewton (kN) beträgt. Ein 20 Quadratmeter großer Drachen kann also durchaus das Gewicht von einer Tonne ziehen. Jeweils ein Flugsystem zieht einen Wagen, dessen Bewegung erzeugt den Strom.

Auf einem Testgelände in Mecklenburg-Vorpommern konnten die Forscher vom IPA und die NTS GmbH bereits einen Kite auf einer 400 Meter langen geraden Strecke auf Jungfernflug schicken – gesteuert wurde er ähnlich wie ein Modellsegelflugzeug manuell per Fernbedienung. Im nächsten Schritt wollen die Experten die Teststrecke zu einem Rundkurs ausbauen. Computer sollen die Kites dann vollautomatisch steuern.

"Unseren Simulationen zufolge können wir mit einer NTS-Anlage mit 24 Kites 120 Gigawattstunden pro Jahr (GWh/Jahr) produzieren. Zum Vergleich: Eine 2-Megawatt-Windkraftanlage produziert rund 4 GWh/Jahr. Eine NTS-Anlage könnte also 30 2-Megawatt-Windkraftanlagen ersetzen und ungefähr 30 000 Haushalte versorgen", sagt Guido Lütsch, Geschäftsführer der NTS GmbH. Nach den erfolgreichen Testflügen auf der Demonstrationsanlage sind die Projektpartner zuversichtlich, dass ihre Computersimulationen in der Realität Bestand haben. Erste Investoren sind bereits gewonnen.
(Fraunhofer-Gesellschaft, 02.11.2012 - NPO)

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