211service.com
Fliegende Windmühlen
In einem Betonkontrollturm eines stillgelegten Marineflugplatzes außerhalb von Oakland, Kalifornien, baut ein Team von Ingenieuren etwas, das man am besten als Hybrid aus einem unbemannten Fluggerät und einer Windkraftanlage bezeichnen könnte.
Das 120-Pfund-Flugzeug hat Rotoren an seinen Flügeln, um es im Hubschrauberstil in den Himmel zu heben; ein dünnes Seil befestigt es an einer Plattform. Sobald es in der Luft ist, beginnt das Fahrzeug wie ein Drachen zu gleiten, wobei seine 6-Fuß-Flügelspanne Kreise von 250 Fuß über seinem Kopf zeichnet. Jetzt werden die Propeller zu Generatoren, die sich frei drehen und Strom erzeugen, der durch das straffe Seil fließt – und eines Tages in das lokale Netz.
Dieses von Makani Power entwickelte Schiff ist ein langfristiger Versuch, eines der schwierigsten Probleme der Welt anzugehen: saubere, billige Energie zu bekommen. Derzeit kostet Windstrom zwischen fünf und zehn Cent pro Kilowattstunde – der Preis für Strom aus der Kohleverbrennung kann jedoch unter vier Cent pro Kilowattstunde sinken. Makini Power strebt jedoch an, den Preis für Windenergie auf drei Cent pro Kilowattstunde zu senken.
Bei der Windenergie werden die meisten Kosten für die Stromerzeugung durch den Bau und die Wartung riesiger Rotorblätter und Turbinen verursacht. Makani geht davon aus, dass sein Fahrzeug weniger kosten wird als konventionelle Turbinen und Windenergie effektiver gewinnen wird, da es aufgrund seines Flugmusters Energie unter stärkeren Windbedingungen erzeugen kann. Die Magie liegt im fliegenden Seitenwind, sagt CEO Corwin Hardham und bezieht sich darauf, wie sich das Fahrzeug wie ein Drachen senkrecht zum Wind bewegt. Wir nutzen Aerodynamik, um die Rotoren um ein Vielfaches schneller als die tatsächliche Windgeschwindigkeit zu bewegen.
Das Unternehmen hat eine Reihe von Testflügen durchgeführt, darunter ein Flug in diesem Herbst Dabei erzeugte der Kohlefaser-Prototyp mit 26 Fuß Spannweite fünf Kilowatt Leistung. Innerhalb von zwei Jahren hofft das Unternehmen, einen 28-Fuß-Flügel zu haben, der 600 Kilowatt erzeugt – etwa ein Drittel dessen, was eine große konventionelle Windkraftanlage erzeugen kann. Ein gigantischer Flügel mit fünf Megawatt Leistung steht auf dem Reißbrett.
Das Projekt des Unternehmens hat einiges Interesse von Geldgebern geweckt. Google hat 15 Millionen US-Dollar in das Unternehmen gesteckt, und im September 2010 erhielt Makani einen Zuschuss von 3 Millionen US-Dollar aus dem ARPA-E-Programm des Energieministeriums, das risikoreiche Ideen finanziert, die zu dem führen könnten, was die Agentur als transformative und disruptive Energietechnologien bezeichnet.
Hardham ist ein begeisterter Kitesurfer und kam Mitte 2006 für das Ingenieurbüro Squid Labs auf die Idee, ähnliche Aerodynamik zur Energiegewinnung zu nutzen. (Beim Kitesurfen steht der Fahrer auf einem Brett und wird von einem großen Nylon-Fallschirm gezogen.) Heute besetzt das 20-köpfige Unternehmen spartanische Militäreinrichtungen mit einer Maschinenhalle im Heck und einem Montagebereich vorne. Verbundwerkstoffe werden in einem Versandbehälter im Freien gebacken; Der Horst des alten Kontrollturms dient als Kantine und gelegentliche Bar. Hardham beschreibt die Situation des Unternehmens als bescheiden und perfekt. Er sagt: Es hat einen offensichtlichen Vorteil, wendiger zu sein als große Unternehmen.
Die Technologie von Makani wurde entwickelt, um die relativ konstanten Winde zu nutzen, die weit über dem Boden wehen. Herkömmliche Windturbinen erreichen eine Höhe von ungefähr 100 m, wobei die Blattspitzen 150 m erreichen. Darüber hinaus wird es unerschwinglich teuer, stabile Strukturen zu bauen. Bei der Erforschung des Potenzials für Windkraft stieß Hardham auf ein Papier von 1980 von Miles Loyd, der einen angebundenen Flügel vorschlägt, der das Geschäftsende einer Windmühle auf jede beliebige Höhe heben könnte.
Testflug: Ein Zeitrafferfoto zeigt die Flugbahn einer fliegenden Windkraftanlage. Das Fahrzeug ist während eines Tests in einer abgelegenen Gegend von Sherman Island, Kalifornien, an ein umgebautes Feuerwehrfahrzeug (unten links) angebunden.
Die Makani Airborne Wind Turbine besteht aus mehreren Turbinen, die an einem Flügel befestigt sind, der mit dem Boden verbunden ist. Im Flug nimmt das Fahrzeug im Wesentlichen den gleichen Weg wie die Blattspitze einer Windkraftanlage und folgt einem Kreis senkrecht zur Windrichtung. Dank der Seitenwind-Aerodynamik, die die schnellen Kreisbewegungen erzeugt, die jeder kennt, der an einem böigen Tag einen Drachen geflogen hat, kann die scheinbare Windgeschwindigkeit, die auf die Rotoren trifft, bis zum 10-fachen der tatsächlichen Windgeschwindigkeit betragen.
Da der Flügel den Wind effizienter nutzt als eine feste Turbine, sagt Hardham, und aus weniger und leichteren Materialien besteht, sollte er kostengünstigere Energie produzieren. Die Wartung kann auf dem Boden statt auf der Spitze eines Windkraftanlagenturms erfolgen.
Die Windernte in großen Höhen steht immer noch vor Skeptikern. Es ist eine wirklich interessante Idee mit potenziell erheblichen Vorteilen, aber wir sind noch früh dabei, herauszufinden, ob sie funktionieren wird, sagt Fort Felker, Direktor des National Wind Technology Center am National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado. Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit seien jedoch allesamt Bedenken. Luftfahrzeuge zur Gewinnung von Windenergie müssen die meiste Zeit fliegen – und es besteht immer die Gefahr, dass sie in einem Schulbus landen, sagt Felker.
Makani arbeitet an der Beantwortung der Sicherheitsfragen. Um ein Fahrzeug zu landen, wird Batteriestrom an die Rotoren gesendet, damit sie in eine Schwebeposition übergehen, bevor sie zurück zur Erde gewinkt werden. Sensoren, die Faktoren wie Fahrzeugausrichtung und -position sowie Windgeschwindigkeit und -richtung verfolgen, sollten dem Fahrzeug eine autonome Landung ermöglichen, selbst wenn es sich aus dem Halteseil löst. Alternativ könnte ein Windparkbetreiber per Knopfdruck ein ganzes Feld fliegender Turbinen landen.
Da die fliegenden Turbinen über eine Vielzahl von Topographien fliegen können, werden sie höchstwahrscheinlich zuerst in windigen Gebieten eingesetzt, in denen konventionelle Turbinen schwer zu installieren sind – sie könnten beispielsweise über den Ozean fliegen. Offshore-Windturbinen erfordern schwere, teure Fundamente und dürfen nicht zu weit vom Ufer entfernt sein. Die fliegenden Generatoren von Makani könnten an Bojen befestigt werden, die mit Kabeln am Meeresboden verankert sind. Sie könnten viele Meilen von der Küste entfernt platziert werden, sagt Hardham, wo sie außer Sicht und aus dem Sinn wären.
Laut Hardham verhandelt Makani mit potenziellen Partnern über Installationen vor der Küste Großbritanniens, und er hofft, dass seine ersten Kunden große Windparkentwickler wie BP und Shell sein werden, die es sich leisten können, einen explorativeren Ansatz zu verfolgen.