Fliegende Windfarmen: Ballone, Drachen und Luftschiffe als Energielieferanten

Windturbinen könnten in Zukunft auch in höheren Lüften schweben, um die dortige Windgeschwindigkeit auszunutzen und heutigen Standortproblemen auszuweichen. Was bisher als verrückte Idee von Ingenieuren und kleineren Start-ups galt, untersucht nun auch die NASA mit Förderungen der US-Regierung. Geprüft wird derzeit, wie Schwärme von Flugdrachen, Luftschiffe oder Ballone für die Stromerzeugung eingesetzt werden können.

Die Idee beruht auf der Nutzbarmachung der Winde in der Höhe, wobei Seile mit Nanoröhren den erzeugten Strom zurück auf die Erde schicken. Intelligente Software passt die Flugobjekte optimal an die Windbedingungen an. Die Flugobjekte können das ganze Jahr über am Himmel schweben und werden nur im Falle eines Sturmes oder zur Wartung eingeholt.

Ausbeute bis zu 27 mal höher

Für den NASA-Techniker Mark Moore liegen die Vorteile fliegender Windkraftwerke auf der Hand. „Bereits in 600 Meter Höhe ist die Windgeschwindigkeit zwei- bis dreimal höher als am Boden. Da die daraus erzielbare Leistung die dritte Potenz des Windes ist, kann man damit acht bis 27 mal mehr Strom erzeugen. Zudem ist der Wind in diesen Höhen auch gleichmäßiger“, so der Experte.

Am besten würden sich laut Moore derartige Systeme für den Offshore-Einsatz eignen. „Einerseits gibt es über dem Meer kaum Anrainerprobleme, andererseits gibt es 20 Kilometer von der Küste entfernt in niedrigen Höhen kaum mehr Bedarf an Luftwegen.“

Wettlauf der Systeme

Derzeit wird weltweit an verschiedensten Verfahren gearbeitet, die Höhenwinde nutzbar zu machen. Hier eine kleine Auswahl:

Kite Gen

Die Firma Kite Gen Research betreibt nahe Turin bereits den Prototypen eines Windkraft-Flugdrachens für Höhen bis 10.000 Meter, der mit neun Generatoren 27 Megawatt Spitzenleistung erreicht. Das italienische System beruht auf einem elektromagnetischen Generator, der vom Wechsel von Auf- und Abspulen angetrieben wird. Die Windturbine steht dabei am Boden, was einiges an Material und Fundamentarbeiten erspart. Der Kite Gen ist am Boden nahezu unsichtbar und lautlos.

Hinzu kommt der mit einem Radius von 1.000 Metern vergleichsweise geringe Platzbedarf, da beim traditionellen Windpark ein höherer Mindestabstand zwischen den Turbinen eingehalten werden muss. Allein in Europa stünde theoretisch ein Produktions-Äquivalent von 100.000 Kernkraftwerken zur Verfügung. Die bei einem Kernkraftwerk übliche Flugverbotszone biete allein Platz für ein Gigawatt Höhenwindkraft, so die Hersteller.

Eine Konfiguration mit 100 Megawatt Spitzenkapazität ermöglicht laut Hersteller die Produktion von 500 Gigawattstunden im Jahr, was zur Versorgung von 86.000 Haushalten reichen würde. Längerfristig sollen auch karussellartig zusammengesetzte Konstruktionen bis 1.000 Megawatt Gesamtleistung mit Gestehungskosten von 0,03 Euro je Kilowattstunde sowie Anwendungen im Offshore-Bereich angeboten werden. Bei Flughöhen von 10.000 Metern seien sogar Windkraftwerke mit 6.000 Megawatt Spitzenleistung möglich.

http://www.kitegen.com/en/

Video-Animation: http://www.youtube.com/watch?v=Zl_tqnsN_Tc

Magenn Air Rotor System (MARS)

Einen ganz anderen Ansatz verfolgt die Firma Magenn: Sie setzt auf ultraleichte Gasballons, die sich durch Rippen an der Außenfläche drehen und so Strom erzeugen. Ein erster kleiner 9-Meter-Prototyp wurde schon 2008 erfolgreich getestet und lieferte 2KW Strom.

Seither wurde das Konzept in zahlreichen Versuchen komplett überarbeitet und 2011 soll nun bereits die 100KW-Variante in die Produktion gehen, der Preis wird sich um die 500.000$ bewegen.

Die Vorteile des MARS-Systems liegen in seiner Transportabilität, die es auch für den Einsatz z.B. in Katastrophengebieten attraktiv macht, seine gute Verträglichkeit für Vögel und die große Spanne der Windgeschwindigkeiten: 3m/sec – 30 m/sec.

Bei einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 7 Metern pro Sekunde liefert ein MARS-System etwa 50-100 GW Strom im Jahr.

Webseite: http://www.magenn.com

Video: http://www.youtube.com/watch?v=JDJhhGJwSuA

Makani Power

Die Firma Makani Power, erzeugt wie KiteGen Strom mit Lenkdrachen. Das Unternehmen wurde von Kite-Surfern gegründet und wird mit 20 Millionen Dollar von Google unterstützt. Derzeit experimentiert die Firma mit einem 20KW-Prototyp, bis 2012 soll eine 1GW-Anlage in Betrieb sein und 2015 soll das Produkt auf den Markt kommen.

Der Makani-Drache ähnelt einem Flugzeug. Die kleinen am Drachen angebrachten Propeller erzeugen den Strom noch in der Luft, so dass ein eigenes, inzwischen patentiertes Kabel entwickelt werden musste, um diesen zum Boden zu übertragen. Trotz der Technik wiegt der Prototyp gerade mal 50 Kilo – der 1GW-Drache soll dann eine Spannweite von 35 Metern haben und rund zwei Tonnen wiegen.

Das System ist für den Einsatz in Windparks geplant, die etwa doppelt so effektiv sein sollen, wie Parks mit herkömmlichen Windrädern.

Webseite: http://www.makanipower.com