Kategorie:Industrielle Anwendung

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The kite is back and it is in dire need of attention from the scientific community in order to make the next leap.
A leap which aircraft took well over a century ago. (Breukels 2011, S. 12)


Kites finden zunehmend Anwendung in industriellen Kontexten; als (zusätzliche) Antriebshilfe in der Hochseeschifffahrt und zur Erzeugung von Strom. Die Technologie der Energienutzung/-erzeugung durch luftgestützte Windenergiesysteme/Airborne Wind Energy (AWE) oder auch Höhenwind Energiesysteme/ High Altitude Wind Energy (HAWE) ist eine moderne Form der Windenergienutzung durch Kites. Die Begriffe der AWE/ HAWE stehen beide für die Nutzung der Windkraft, die in großen Höhen auftritt. Sie umschreiben viele unterschiedliche technologische Prinzipien, Ansätze und Technologien, die sich in Funktion und Bauweise teilweise stark unterscheiden.

Die folgenden Videos machen die Technologie der AWE deutlich.


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Demonstration des Kite Power Systems der TU Delft
in der Sendung "Die große Show der Naturwunder"

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SkySails Zugdrachen

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Schematischer Ansatz zur Stromerzeugung durch AWE


Weltweit sind über 40 Firmen und akademische Forschungsgruppen mit der Entwicklung neuer Technologien zur Nutzung der Windkraft mithilfe von Kites beschäftigt. Im Folgenden wird eine Übersicht über den aktuellen Stand der Forschungs- und Entwicklungsfortschritte in diesem Bereich gegeben.
Informationen zu dem Thema der Airborne Wind Energy aus der Perspektive der beruflichen Bildung finden Sie in den weiterführenden Links unter Bachelorarbeiten oder direkt in der Bachelorarbeit.

Die sogenannte Energiewende und der Fortschritt der AWE-Technologien werden bald auch qualifizierte Fachkräfte für Service und Wartung erfordern. Dabei entstehen unterschiedlichste Qualifikationsanforderungen sowie ändernde Kompetenzprofile, die hier arbeitende Techniker aufweisen müssen.
Weitere Informationen finden Sie in den weiterführenden Links unter Bachelorarbeiten oder direkt in der Bachelorarbeit .



Konventionelle WKA und AWE-Technologie 

Konventionelle Windkraftanlagen (WKA) nutzen im Vergleich zur Energieerzeugung durch AWE bodennahe Winde. Es gibt aber auch Gemeinsamkeiten im Hinblick auf die Nutzung der Windkraft zwischen der AWE-Technologie und den WKA. Daher werden zunächst Parallelen und Unterschiede beider Technologien dargestellt. Hierbei wird auch ein Leistungsvergleich zwischen einem Ansatz der AWE-Technologie und einer konventionellen WKA dargestellt. Vergleich der AWE-Technologie mit konventionellen WKA 

Als Höhenwindkraft wird hier Windkraft bezeichnet, die in größeren Höhen, ab etwa 200 m auftritt. Sie ist das essentielle Merkmal der AWE-Technologie. Durch die verschiedenen Systemvarianten soll diese Windkraft „geerntet“ werden. Hierbei spielt sowohl der Energiegehalt als auch die globale Verfügbarkeit der Höhenwindkraft eine Rolle.


Prinzipien der Stromerzeugung durch Höhenwindkraft 

Die Technik der Stromerzeugung ist bei den einzelnen Ansätzen unterschiedlich. Es wird unterschieden, an welcher Position des Systems sich der Generator zur Umwandlung der Energie in elektrischen Strom befindet. Zum einen gibt es Systeme, bei denen der Stromgenerator direkt an dem Fluggerät angebracht ist und der erzeugte Strom über ein Kabel direkt zum Boden geleitet wird. Zum anderen werden aber auch Prototypen getestet, bei denen sich der Generator in einer Bodenstation befindet. Bei diesen Systemen wird die durch den Wind erzeugte mechanische Energie zum Boden geleitet und dann in elektrische Energie umgewandelt[1]

Vergleich der Stromerzeugung am Boden und in der Luft

Stromerzeugung in der Luft Stromerzeugung am Boden
Vorteile - Start- und Landevorgang auch bei Windstille möglich und automatisch realisierbar
- Kein großer Aufbau am Boden nötig
- Höhe und Flugfeld sind bestimmbar
- Ideale Nutzung der Luftströme, auch bei wenig Wind
- Kleinere Drachen haben mehr Mobilität und sind flexibler
- Mechanische Teile befinden sich sicher in der Bodenstation
Nachteile - Schwere Konstruktion
- teure Technik in der Luft -> anfällig für Gewitter oder Stürme
- Mögliche Kollisionsgefahr
- Stromerzeugung in der Einrollphase unterbrochen, sogar Verbrauch vorhanden
- Start- und Landevorgang sind schwer zu automatisieren
- Stationär



Prinzipielle Ansätze und Beispiele der AWE-Technologie 


Stromerzeugung in der Luft:


WindpowerTech.png Flugwindkraftwerke [Sky Windpower]

Das Unternehmen Sky Windpower ist eine der wenigen Firmen mit dem Ziel, mit ihrem System in Jetstream-Höhe zu operieren.


MakaniTech.png Tragflügel-Systeme [Makani Power]

Für den Ansatz der Stromerzeugung durch Tragflügel-Systeme hat die Firma Makani Power vielversprechende Prototypen entwickelt.


MagennTech.png Leichter-als-Luft-Systeme [Magenn Power]

Die Firma Magenn Power steht mit ihrem Prototypen für die sog. Leichter-als-Luft-Systeme. Laut Firmenangaben sind die ersten Exemplare kurz vor der Markteinführung.



Stromerzeugung/Energienutzung am Boden:


LadermillTech.png Pumping-Kite-Systeme [TU Delft]

Für die Pumping-Kite-Systeme wird hier der Laddermill-Prototyp der Technischen Universität Delft vorgestellt.
SkySailsTech.png Kites als Antriebshilfe [SkySails]

Die Firma SkySails ist im Bereich der Nutzung von Kites als Antriebshilfe für die Schifffahrt weltweit Marktführer. Dieser Ansatz der Energienutzung durch AWE wird hier vorgestellt.


NTSTech.png X-Wind-System [NTS]

Die Firma NTS erforscht und entwickelt die so genannte X-Wind-Anlage (XWA). X-Wind steht für Crosswind (Seitenwind) und kombiniert erprobte Technologien zu einer innovativen Höhenwindenergieanlage. Eine marktreife Serienanlage ist laut Firmenangaben im Bau.



Weitere Akteure der AWE-Technologie

Qualifikationsanalyse im Bereich der AWE-Technologie 

In Hinblick auf die zukünftigen Beschäftigungsanforderungen und den anhaltenden berufswissenschaftlichen Forschungsbedarf im Bereich von AWE-Systeme gibt es erste Ergebnisse für Qualifikationen einer angepassten Aus- bzw. Weiterbildung in Bezug auf die Instandhaltung solcher Systeme.

Ergebnisse der Qualifikationsanalyse für die Instandhaltung von AWE-Systemen


Weiterführende Links 

(Weitere Quellen finden sich in den einzelnen thematischen Abschnitten)






  • Bachelorarbeiten von FH-Münster Studenten 
    - Qualifikationsanalyse für die Instandhaltung von AWE‐Systemen - am Beispiel der NTS Energie‐
      und Transportsysteme GmbH in Berlin: Media:Bachelorarbeit_Damian_Zdanowicz.pdf
    - Airborne Wind Energie zur Stromerzeugung und als Antriebshilfe - Funktionsweise der Techniken
      und exemplarische Anwendung in der beruflichen Bildung: Media:Bachelorarbeit_Bernd_Oettigmann.pdf



Fußnoten

  1. Archer, C. L.; Caldeira, K. (2009): Global Assessment of High-Altitude Wind Power. In: http://www.awec2010.com/public/img/media/archer_caldeira.pdf