Fliegendes Kraftwerk aus Zürich

Mit Drachenfliegern Windenergie gewinnen. Wie das geht und welche Vorteile es bringt.

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Sanft gleitet der Flieger von der Rampe. Drei kleine Motoren in der Mitte und an den Enden der Flügel bringen ihn in die Höhe. Er lässt sich treiben – bis ihn der Wind packt. Die Motoren schalten sich ab, der Flieger wird zum Drachen, der sich in Kreisschlaufen durch die Luft bewegt. Er ist über ein feines Kunststoffseil mit der Bodenstation verbunden. Die Leine rollt sich beim Aufstieg von einer Winde ab, die wiederum einen Stromgenerator antreibt. «Willkommen in der nächsten Generation der Windenergie», sagt die Stimme im Werbefilm von Twingtec.

Das Start-up-Unternehmen gründeten Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf und der Fachhochschule Nordwestschweiz vor drei Jahren. Nun ist die Firma mit ihrem Produkt so weit, dass im nächsten Jahr eine Pilot­anlage gebaut werden kann. Sie soll in Kanada in Betrieb gehen.

Angefangen hat die Entwicklung allerdings bereits früher – und das am Boden. So kommt der CEO von Twingtec aus der Leichtbautechnologie. Rolf Luchsinger und sein Team vom Center for Synergetic Structures der Empa machten vor acht Jahren Schlagzeilen mit ultraleichten Konstruktionen aus beschichteten Polyesterfasern, die Brücken- oder Dachträger ersetzen können. Doch bereits damals liessen die Forscher durchblicken, dass das Prinzip auch für Flügelstrukturen im Drachenbau anwendbar sein könnte. Auch die Idee, mit Drachenfliegern Energie zu gewinnen, war damals bereits geboren.

Schub von der Drohnentechnik

Das erste Modell sah denn auch aus wie ein Lenkdrachen von Kitesurfern. Spätere Arbeiten glichen einem grösseren Modellflugzeug. Bereits das erste Forschungsprojekt war interdisziplinär: Wissenschaftler der Empa konstruierten den Flügel, ETH-Forscher die elektronische Steuerung und Ingenieure der Fachhochschule Nordwestschweiz die Bodenstation. Das war vor fünf Jahren.

Inzwischen hat sich einiges getan: Der aktuelle Prototyp hat nun auch Drohnentechnologie integriert. «Wir haben viel profitiert vom enormen Fortschritt bei den zivilen Drohnen in den letzten Jahren», sagt Physiker Rolf Luchsinger. Das betrifft vor allem die Sensorik und die Steuerung dieses Fliegers, der vom Start-up auf den Namen Twing getauft wurde. «Der Flügel muss optimal quer zum Wind fliegen, um die grösste Kraft auf das Seil zu bringen», sagt Luchsinger. Und je schneller die Leine abgerollt wird, desto mehr elektrischen Strom produziert der Generator. Ist das Seil einmal abgewickelt, geht der Flieger in den Gleitflug über und fliegt zurück zur Bodenstation – um dann wieder hochzusteigen und das Seil von neuem abzuwickeln. So erhält man eine zyklische Stromproduktion. Damit das Flugwindkraftwerk dennoch bei guten Windverhältnissen kontinuierlich Strom liefern kann, fliesst die Energie zuerst in eine Batterie als Zwischenspeicher.

Tests in Kanada

Noch ist Twingtec erst am Anfang. Die erste Pilotanlage wird eine Leistung von 20 Kilowatt (kW) aufweisen. Zum Vergleich: Die einzelnen Windturbinen auf dem grössten Windpark der Schweiz auf dem Mont Crosin leisten weit mehr als 1000 kW. «Die Idee ist, die Anlage bei einer Mine in Kanada unter realistischen Bedingungen während zweier Jahre zu testen», sagt Rolf Luchsinger. Später soll dann eine 100-kW-Anlage folgen. In dieser Dimension wird sie laut Luchsinger 100'000 Liter Diesel und 240 Tonnen CO2 pro Jahr einsparen. Die weitere Steigerung, das 500-kW-Flugwindkraftwerk, wäre dann schon ein Twing mit einer Flügelspannweite von 20 Metern.

Twingtec will erst einmal in den sogenannten Offgrid-Markt einsteigen, der Produkte für eine netzunabhängige Stromproduktion anbietet. Minen in ­Kanada bieten sich dafür betriebswirtschaftlich an. «Die Gestehungskosten für eine Kilowattstunde Strom aus einem Dieselgenerator können in abgelegenen Gebieten 30 bis 50 Rappen betragen», sagt Luchsinger. Das Twingtec-Kraftwerk kann laut dem CEO bei einer Leistung von 100 kW für 15 bis 30 Rappen Strom produzieren, bei 500 kW sind es 5 bis 10 Rappen.

Für Luchsinger sind Flugwindkraftanlagen eine Ergänzung zu den Wind­rädern; sie können überall dort Windenergie nutzbar machen, wo Letztere nicht wirtschaftlich sind. Die Vorteile liegen auf der Hand: Der Materialeinsatz pro Kilowatt Leistung ist laut Twingtec zehnmal kleiner; Flugwindkraftwerke sind mobil, sie brauchen keinen Turm und keine Fundamente. Das würde zum Beispiel in der Karibik helfen, wo keine Windkraftanlagen stehen, weil das Hurrikanrisiko zu gross ist. Zudem ist der Unterhalt auf dem Meer einfacher, weil die Anlage auf eine schwimmende Plattform gestellt werden kann, die jeweils für Reparaturen an Land gezogen würde. Weiter können die «fliegenden Kraftwerke» variabel in der Höhe eingesetzt werden. Die grössten modernen Windräder ragen heute im Durchschnitt gut 150 Meter in die Höhe. Die Twings fliegen aber in einer Höhe zwischen 100 und 300 Metern. «Je höher, desto bessere Windverhältnisse», sagt Luchsinger.

Die Drohne ist derzeit bei Betrieb noch unter Beobachtung. Doch in Zukunft wird sie vollautomatisch funktionieren. Sie wird ab einer Windgeschwindigkeit von 5 Metern pro Sekunde hochsteigen. Bei allzu starkem Wind nimmt sich die Drohne selbst aus dem Wind. Einen Fortschritt erhofft sich Twingtec in der Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Das Unternehmen wurde zusammen mit zwei anderen Firmen für das neue Business Incubation Program der ESA und der Schweiz ausgewählt. Mithilfe von Satellitennavigation soll künftig die Position der Drohne im Wind optimiert werden, was zu einer effizienteren Stromausbeute führen wird.

Kraftwerke auf dem Meer

Dennoch: Trotz den offenkundigen Vorteilen gegenüber den Windturbinen bleibt die Frage, ob man langfristig mit diesem Prinzip in grossem Massstab Strom produzieren kann. Die Vorstellung, in der engen Schweiz einen Schwarm von Drohnen am Himmel zu beobachten, wäre gewöhnungsbedürftig. Luchsinger sieht denn auch keine solchen Anlagen im Mittelland: «Aber vielleicht auf einer Höhe von 2500 Metern, wo grundsätzlich guter Wind vorherrscht, zum Beispiel für den Betrieb von Bergbahnen.»

Das mobile System mit der beweglichen Bodenstation sei einfacher zu installieren als eine grosse Windturbine, die mithilfe von Kränen aufgebaut wird. Auch ästhetisch hätte es, so der Physiker, wohl eine grössere Zustimmung – zumal es bei Windstille von weitem nicht sichtbar ist.

Luchsinger denkt aber bereits in anderen Dimensionen, auch wenn das vielleicht erst in 20 oder 30 Jahren der Fall sein wird. Zum Beispiel sieht er grosse Flugwindkraftwerke draussen auf dem Meer, wo diese schwimmend mit Megawatt-Leistung Strom produzieren.

Wie auch immer: Noch stehen einige Testjahre bevor, und schliesslich wird der Markt entscheiden. Der Glaube an diese Technik scheint jedenfalls gross. Unternehmen, die mit ähnlichen Produkten auf den Markt kommen wollen, gibt es unter anderem in Deutschland, in den Niederlanden und den USA.

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 20.11.2016, 21:56 Uhr

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