Flugwindkraftanlagen: Energie von ganz oben

01.07.2021 – Flugwindkraftanlagen könnten eine Ergänzung zu Onshore- und Offshore-Windenergie bieten. Weiterentwicklungen versprechen Leistungen im Megawattbereich und würden damit die Technologie auch im größeren Maßstab attraktiv machen.

Es schaut so aus, als würde ein großer Lenkdrachen auf und ab gleiten, jedoch ist kein Kind am Boden zu sehen, das den Drachen steuert. An einem anderen Ort wird ein Kleinflugzeug, das von Weitem wie ein mechanischer Vogel aussieht, mit einem Seil ein- und ausgefahren. In beiden Fällen handelt es sich um Systeme der Airborne Wind Energy (AWE) – auch Flug- bzw. Höhenwindenergie genannt. Dabei wird Windenergie mittels automatisierter, an einem Seil befestigter Fluggeräte in Elektrizität umgewandelt. Die meisten Konzepte wandeln die Zugkraft der Fluggeräte über eine Winde und einen Generator am Boden um, während andere Konzepte Generatoren an Bord mit einem leitfähigen Seil kombinieren.

Die AWE nutzt die energiereichen und konstanten Winde in Höhen von bis zu 800 Metern. Daraus resultiere laut Airborne Wind Europe, 2018 als Verband der europäischen AWE-Industrie gegründet, ein hoher Kapazitätsfaktor, dies ist ein Maß für die Auslastung einer Windkraftanlage. Dies rücke die Stromproduktion in den Bereich der Grundlast. Durch günstige Stromgestehungskosten könne die Anwendung der Technologie langfristig zu niedrigen Strompreisen beitragen. Die Anlagen seien skalierbar von einigenKilowatt bis zu mehreren Megawatt Leistung, wie der Verband erklärt.

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Die SkySails Power Flugwindkraftanlage kann in Höhen bis zu 800 Meter aufsteigen. Foto: SkySails Power GmbH/SkySails Group

Weniger Materialien und Lärm bei Flugwindkraftanlagen

Diese Technologie bringe laut Airborne Wind Europe einige Vorteile mit sich: Flugwindkraftanlagen würden wenig Material in der Herstellung und Errichtungslogistik verbrauchen, was zum einen Ressourcen schone, zum anderen geringere visuelle Auswirkungen und landschaftliche Eingriffe mit sich bringe. Durch die schlanke Konstruktion und den damit verbundenen kleiner ausfallenden Schattenwurf sowie im Vergleich zu konventioneller Windkraftanlagen niedrigeren Schallemissionen führe die AWE-Technologie zu weniger Beeinträchtigungen für Mensch und Tier.

All diese Aspekte könnten die Akzeptanz in der Bevölkerung steigern, die bei Bauvorhaben konventioneller Windräder nur begrenzt gegeben ist — Proteste und Bürgerbegehren gegen den Ausbau der Windkraft verzögerten in den letzten Jahren viele Projekte. Die Bauweise erlaube auch das Erschließen von schwer zugänglichen Gebieten, die typischerweise dünner besiedelt sind.

Zahlreiche Akteure bei AWE-Technologien beteiligt

Stand Frühjahr dieses Jahres entwickeln rund 20 Hersteller AWE-Technologien, weltweit sind mehr als 50 Institutionen entlang der Lieferkette aktiv, darunter in Deutschland die Hersteller SkySails Power, EnerKíte, kiteKRAFT und kiteswarms, die Universitäten TU Berlin und TU München, Hannover, Stuttgart, Oldenburg sowie das Institut für Verkehrssystemtechnik am DLR-Standort in Braunschweig und das Fraunhofer-Institut IWES. Darüber hinaus partizipieren Projektentwickler und Energieversorger wie EWE, EnBW, RWE und Teut Windprojekte an Höhenwindenergie-Vorhaben.

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Modell des geplanten Testzentrums für Flugwindkraftanlagen. Foto: Ampyx Power B.V. Den Haag

Windkraftdrachen: Pilotanlage erfolgreich erprobt

Ende Juli 2020 hat ein Konsortium bestehend aus den Projektpartnern SkySails Power, EnBW, EWE OSS und der Leibniz Universität Hannover in Schleswig-Holstein den Betrieb eines 120 Quadratmeter großen Windkraftdrachen erprobt. Die Flugwindkraftanlage besteht aus einer Bodenstation mit einer Seilwinde, in die ein Generator integriert ist. Für die Energieerzeugung zieht ein automatisch gesteuerter Drachen das Seil von der Winde und der Generator erzeugt Strom. Wenn das Zugseil seine maximale Länge erreicht hat, beginnt die Rückholphase: Der Drachen wird in eine Position geflogen, in der seine Zugkraft sehr gering ist. Der Generator arbeitet nun als Motor und wickelt das Seil auf, bis die Länge des Seils kurz genug für die nächste Stromerzeugungsphase ist. Dieser Rückholprozess benötige lediglich einen Bruchteil der Energie, die während der Leistungsphase erzeugt wird.

Nachdem das Fluggerät die luftfahrtrechtliche Evaluierung bestanden hatte – diese umfasste unter anderem die Validierung von Betriebs- und Sicherheitskonzepten im Tag- und Nachtbetrieb – konnte die Pilotanlage in den Dauerbetrieb übergehen. Daraus will das Konsortium Erkenntnisse für die Weiterentwicklung und Skalierung von Flugwindkraftanlagen sowie zu Umwelteinflüssen, Sicherheitsaspekten und Genehmigungsvoraussetzungen gewinnen. Dazu gehören z.B. Gutachten zu Geräuschemissionen und Luftverkehrssicherheit.

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Das Kleinflugzeug von Ampyx Power hat eine Spannweite von zwölf Metern. Foto: Ampyx Power B.V. Den Haag

Segelflugzeug-Design-Konzept

Im Mai 2021 kündigte der Energieversorger RWE an, im Nordwesten Irlands ein Testzentrum für Flugwindkraftanlagen errichten zu wollen. Die Baugenehmigung für den Teststandort wurde RWE zufolge jetzt erteilt. Noch in diesem Jahr soll mit der Errichtung der Infrastruktur begonnen werden. RWE entwickelt das Testgelände zusammen mit Ampyx Power, einem niederländischen Unternehmen für Windenergie-Systeme. Gemeinsam soll zunächst eine Demonstrationsanlage mit einer Leistung von 150 Kilowatt erprobt werden. Anschließend wolle man eine Anlage im kommerziellen Maßstab errichten. Diese soll über eine Leistung von einem Megawatt verfügen. Im Verlauf der geplanten achtjährigen Betriebszeit des Testzentrums sollen zudem auch Flugwindkraftanlagen von anderen Herstellern auf dem Gelände getestet werden.

Das Konzept von Ampyx Power, das von RWE als erstes auf dem Gelände getestet werden soll, basiert auf einem Segelflugzeug-Design bestehend aus einem Kleinflugzeug sowie einer entsprechenden Start- und Landeplattform.

Das Kleinflugzeug hat eine Spannweite von zwölf Metern und ist über ein Kabel mit einem Generator am Boden verbunden. Durch den Leinenzug wird gegen den Widerstand des Generators Strom erzeugt. Ist das Halteseil vollständig ausgezogen, gleitet der Flugkörper zurück, während die Winde das Halteseil wieder einzieht. Da das Einholen des Seils nur einen Bruchteil des erzeugten Stroms benötigt, liefere die Ein- und Ausfahrbewegung konstant regenerativen Strom, wie die Projektpartner behaupten.

Airborne Wind Europe fordert Unterstützung

Damit der Höhenwindenergie der Eintritt in die europäischen Strommärkte gelingt, benötige die Technologie Airborne Wind Europe zufolge politische und wirtschaftliche Unterstützung. Dabei gehe es neben Markteinführungshilfen auch um den Abbau administrativer Hemmnisse. Im Hinblick auf die deutsche Energiepolitik wird Höhenwindenergie bisher nicht im EEG berücksichtigt. Pilotwindanlagen, Innovationsausschreibungen und auch das Auktionsdesign sind bislang für konventionelle Windkraft ausgelegt und definiert. Die Vorgaben seien laut dem Verband aufgrund der Besonderheiten der AWE-Technologie häufig nicht anwendbar.

Die angekündigte Revision des EEG 2021 biete die Möglichkeit, Höhenwindenergie im EEG zu berücksichtigen. Airborne Wind Europe spricht sich für die Einführung einer gesonderten Vergütungsregelung und die damit verbundene Anpassung des nachgeordneten Regelwerks aus. (ds)

Airborne Wind Europe AISBL
Stefanie Thoms
thoms@airbornewindeurope.org
www.airbornewindeurope.org

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