Energie aus 300m Höhe
Drachen ernten den Wind
Doppelter Ertrag, halbierte Kosten, ressourceneffizient und weltweit wirtschaftlich - das sind die schlagkräftigen Argumente von Flug-Windkraftanlagen. Mit Unterstützung aus der Steuerungstechnik steht diese neue Art der Energiegewinnung kurz vor der Serienreife. Dann soll sich konkurrenzlos preiswerter Öko-Strom erzeugen lassen.
Bild: Bachmann Electronic GmbH"Herkömmliche Kleinwindanlagen sind weltweit an weniger als zwei Prozent der möglichen Binnenstandorte konkurrenzfähig", erklärt Dr. Alexander Bormann, CEO des Unternehmens EnerKíte, den Hintergrund seiner Bemühungen.
Bild: Bachmann Electronic GmbH
High-Tech mit wenigen Komponenten
Kernstück dieser neuen Technologie sind ultraleichte und hocheffiziente Flügel. Sie sind für einen hohen Auftrieb konzipiert und verfügen durch eine starre Bauweise über die Flugfähigkeit eines Segelflugzeugs. Das sind grundlegende Voraussetzungen für den produktiven Betrieb der Flug-Windkraftanlage. Über drei verschleißfeste Hochleistungs-Kunststoffseile sind die Flügel mit Seilwinden am Boden verbunden. In der Hauptseiltrommel befindet sich ein Generator. "Auf diese Eigenentwicklung sind wir stolz. Wir haben eine integrierte Generatoreinheit patentiert, die einen extrem großen, variablen Drehzahlbereich bietet, ohne dass dafür Kompromisse bei Effizienz oder Kosten hingenommen werden müssen", so Bormann. Eine M1-Steuerung von Bachmann Electronic regelt die komplexen Flugbewegungen. Zudem gehört ein Batteriespeicher zur Grundausstattung jeder Anlage. Wechselrichter geben den elektrischen Strom an die Verbraucher ab oder speisen diesen ins Netz ein.
Bild: Bachmann Electronic GmbHVollautomatischer Betrieb
Die Funktionsweise der Flug-Windkraftanlage ist denkbar einfach: Die EnerKítes arbeiten zyklisch in zwei Phasen. In der Arbeitsphase steigt der Flügel in Achten in die Höhe. Das dabei ausgezogene Seil treibt eine Generatorwinde am Boden an. In der Rückholphase gleitet der Drache auf direktem Weg mit geringer Kraft - unter Verwendung eines Bruchteils der zuvor gewonnenen Energie - zur Ausgangshöhe zurück und geht erneut in die Arbeitsphase über. Ein Zyklus dauert circa eine Minute, wobei die Rückholphase nur 10 Sekunden beträgt. "Anders als bei klassischen Windenergieanlagen wird bei unserem System der Strom am Boden erzeugt", sagt Bormann. "Von dort erfolgt auch die Steuerung des Flügels, wodurch sich nur das in der Luft bewegt, was auch in die Luft gehört. Start, Betrieb und Landung des Flügels laufen vollautomatisch ab." Der Flügel ist an einem rotierenden Mastsystem befestigt und wird dort auf die notwendige Bahngeschwindigkeit für den Aufstieg gebracht, ehe er vom Mastende gelöst wird und seine Arbeit beginnt. "Dieses System erlaubt uns das automatische Starten selbst bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten", macht Bormann deutlich. Der Teleskopmast wird im Anschluss eingefahren und verbleibt dort bis zur wieder endgültigen Landung des Flügels. "Dazu fährt der Mast erneut aus und rotiert mit dem Flügel mit während die Seile eingezogen werden", so Bormann. "Klinkt der Flügel am Mastende ein, wird dieser wieder eingefahren und in Park- und Wartungsposition geneigt."
Bild: Bachmann Electronic GmbHKomplexe Steuerung
Die EnerKítes können auf der ganzen Welt eingesetzt werden. "Egal ob sie in ein Netz einspeisen oder im Inselbetrieb Anwendung finden, als Ersatz für Blockheizkraftwerke in Gewerbe- und Landwirtschaftsbetrieben dienen oder bei fehlender Versorgungssicherheit in Krisengebieten aufgebaut werden - überall dort können die Kites genutzt werden", schildert Alexander Bormann. Er ist fest davon überzeugt, dass im Jahr 2017 die Markteinführung gelingt. "Davor müssen wir noch einen einjährigen Probebetrieb absolvieren und die letzten Schritte angehen", so Bormann weiter. "Jetzt gilt es vor allem, das automatische Starten und Landen ausgiebig zu testen." Auch daran arbeiten Enerkíte und Bachmann intensiv zusammen. Das M1-Automatisierungssystem kommt zur Regelung der Flugbewegungen, zur Betriebsführung und Zustandsüberwachung zum Einsatz. "Wir hatten uns zunächst an den Aufbau einer eigenen Steuerung gewagt, mussten allerdings erkennen, dass dies nicht zu unseren Kernkompetenzen zählt", gibt Max Ranneberg, Simulation & Control bei EnerKíte, offen zu. "Umso besser, dass wir mit Bachmann einen Partner fanden, mit dessen Hilfe die Steuerung schon nach einer Woche problemlos funktionierte und unsere Kites seither zuverlässig fliegen."
Hohe Sicherheit
Die Flüge der Kites werden mit Matlab/Simulink modelliert und simuliert. Die Ergebnisse daraus fließen dann unmittelbar in die Steuerungsalgorithmen ein. "Wir müssen sicherstellen, dass unter allen Umständen, selbst wenn alle Hauptfunktionen versagen, die sichere Landung der Drachen gewährleistet ist", unterstreicht Ranneberg. Auch die geforderte Flexibilität gegenüber den verschiedenen Betriebssituationen wird mit der Bachmann-Steuerung abgedeckt: "Die M1-Automatisierung kann eine Vielzahl an Signalen direkt verarbeiten. So können wir unter anderem auch auf Umwelteinflüsse wie Witterung und Klima reagieren und den Betrieb entsprechend anpassen", zeigt sich Ranneberg erfreut. Beim Brandenburger Start-up ist man sich auch der Tatsache bewusst, dass die Industrialisierung der Höhenwindtechik noch viele Herausforderungen an das Team stellen wird. "Die Idee alleine genügt nicht, sondern es gilt ein komplexes System zu verstehen."
Doppelter Ertrag, halbierte Kosten, ressourceneffizient und weltweit wirtschaftlich - das sind die schlagkräftigen Argumente von Flug-Windkraftanlagen. Mit Unterstützung aus der Steuerungstechnik steht diese neue Art der Energiegewinnung kurz vor der Serienreife. Dann soll sich konkurrenzlos preiswerter Öko-Strom erzeugen lassen.
Bild: Bachmann Electronic GmbH"Herkömmliche Kleinwindanlagen sind weltweit an weniger als zwei Prozent der möglichen Binnenstandorte konkurrenzfähig", erklärt Dr. Alexander Bormann, CEO des Unternehmens EnerKíte, den Hintergrund seiner Bemühungen.Bild: Bachmann Electronic GmbH
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Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 9 2015 - 09.09.15.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
