Airborne Wind Energy


Airborne Wind Energy (AWE) Systeme nutzen Windenergie auf unkonventionelle Weise, um damit Strom zu erzeugen. Das Konzept besteht aus einem Auftrieb generierenden Flugsystem, welches durch ein Seil oder Kabel mit der Bodenstation verbunden ist. Aufgrund der flexibel einstellbaren Seillänge kann das Flugsystem grosse Höhen erreichen, in denen der Wind im Allgemeinen stärker und beständiger weht.

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Man unterscheidet zwischen “Onboard Power Generation”, bei welcher der Strom im Fluggerät durch im Wind drehende Propeller erzeugt wird und “Ground Based Power Generation”. Bei letzterer, die auch in unserem Projekt zur Anwendung kommen wird, wird der Strom durch einen Generator in der Bodenstation erzeugt. Das Konzept von Airborne Wind Energy Systemen ist noch sehr jung, weshalb sich noch kein Lösungsansatz bis zur Marktreife durchgesetzt hat.

 

AWE Systeme bieten verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen.

Airborne Wind Energy Systeme können aufgrund besserer Tragflächenausnutzung deutlich energieeffizienter arbeiten als herkömmliche Windkraftanlagen.

In grossen Höhen können stärkere und beständigere Winde genutzt werden, welche mit konventionellen Windturbinen nicht erreicht werden können.

Das System ist kompakt und kann auf einem einzelnen Lastwagen oder Anhänger transportiert werden, was eine grosse Mobilität ermöglicht.

Da kein Betonfundament benötigt wird, ist ein AWE System unglaublich flexibel. Es kann jederzeit, unabhängig vom Gelände, auf und abgebaut werden, was weltweit neue Einsatzorte eröffnet.

 

Unser Ziel

 

Unser Hauptziel im diesjährigen Fokusprojekt ist, zu zeigen, dass unser Ansatz fähig ist Strom zu produzieren. Wir entwickeln ein funktionierendes Gesamtsystem - von der Idee bis zum optimierten Prototypen. Die Arbeitsphase sowie Start und Landung sollen dabei autonom ohne menschliches Eingreifen ablaufen.

Mit unserem Projekt zeigen wir auf, dass die Fragen der zukünftigen Energieversorgung nicht nur von konventionellen Technologien beantwortet werden können.

Unser Ansatz

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Der Ablauf der Energiegewinnung besteht aus zwei separaten Phasen. Während der Traktionsphase wird der Auftrieb des Flügels, ähnlich einem Drachen, über ein Seil auf einen Generator übertragen. Die Seilrolle wird kontinuierlich abgerollt und dadurch Strom erzeugt, bis die maximale Seillänge erreicht wird. In der zweiten Phase – der Einzugsphase – wird der Flügel wieder eingeholt. Dabei wird durch Optimierung von Steuerung und Flügelform weniger Energie verbraucht, als in der ersten Phase erzeugt wurde. Es resultiert also ein Nettoenergiegewinn. Aufgrund der vorgesehenen kreisförmigen Flugbahn kann eine sehr hohe Effizienz erreicht werden. Des Weiteren können dank einer Konstruktion des Flügels aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) viel grössere Kräfte als bspw. bei einem flexiblen Lenkschirm getragen werden.

Mit der Implementierung von Morphing ermöglichen wir den Betrieb bei verschiedenen Windstärken. Morphing erlaubt es, den Flügel während des Fluges kontinuierlich zu verformen und so für verschiedene Flugsituationen zu optimieren, die strukturelle Belastung zu minimieren und Steuerbefehle auszuführen. Mit der Entwicklung einer vertikalen Startsequenz öffnen wir die Türen zum vollautonomen Betrieb, was seit Jahren ein wichtiger Schritt ist.