Energiedrachen – Die Zukunft der Windenergienutzung in Ennepetal ?

Quelle: Enerkite

EK200Sehr geehrte Leser,

dieser Artikel beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Windenergienutzung.

Es geht hier um die sogenannten „Energiedrachen“.

Energiedrachen sind fliegende Windkraftanlagen, die in der Lage sind, mehr Strom als die jetzigen unansehnlichen Stahl-Windräder zu produzieren – zu einem Bruchteil der Kosten. Dabei werden die stetigen Luftströmungen in Höhen von 300 bis 600 Meter für die Stromgewinnung angezapft. Denn in der Windkrafterzeugung wächst der Stromertrag mit zunehmender Höhe überproportional stark.

Diese Anlagen Kosten viel weniger als die jetzigen stationären Anlagen, sie wären Ideal für Ennepetal.

Denn sie verbrauchen weniger Fläche und beeinträchtigen nicht die Landschaft.

Höhenwind

windprofil

Windprofile an Küsten- und Binnenstandort

Wie der Wind im Jahresmittel mit der Höhe zunimmt, zeigen die Windprofile an zwei deutschen Standorten. Am Küstenstandort (Nordholz) herrscht in 100 m Höhe etwa der gleiche Jahreswind wie am Binnenstandort (Lindenberg) in 300 m. In der Ekmanschicht, oberhalb von 200 bis 300 m Höhe, steigt der Wind im Jahresmittel jedoch nur noch schwach an. Für den Ertrag und den effizienten Betrieb einer EnerKíte (Energiedrachen)-Anlage ist neben dem Jahreswind, auch die zeitlich aufgelöste Windverteilung entscheidend. Bild unten zeigt die Zeitreihen für Höhen von 200, 100 und 40 Meter (LIDAR-Messung) und die bodennahen Winde in 6 m Höhe. An thermisch aktiven Sommertagen durchmischt sich die Luft – die Höhenwinde werden abgebremst. Bei stabiler Schichtung in der Nacht ist Windzunahme mit der Höhe dagegen umso stärker ausgeprägt. Ausgehend von 40 m, der typischen Turmhöhe kleiner Anlagen, verdoppelt sich die Windgeschwindigkeit in 200 m Höhe – der Energieinhalt des Windes steigt um den Faktor acht.

LIDAR-Messschrieb

LIDAR-Messschrieb von unserem Testgelände in Brandenburg

Windgutachten sind heute entscheidend für die Standortwahl. Die portablen EnerKíte-Anlagen bestimmen den Wind in großer Höhe direkt während des Betriebs. Dadurch liefern sie Daten für reale Ertragsprognosen am Standort. Sie können mit außerordentlich geringen Kosten an einen neuen Standort verbracht werden. Dadurch können Kosten für Windmessungen oder Risiken einer falschen Ertragsprognose erheblich verringert werden.

Prinzip

zyklus EnerKítes arbeiten zyklisch in zwei Phasen:

  • Phase 1 – Arbeitsphase: Der Flügel fliegt bei maximaler Seilkraft in Achten quer zum Wind. Das Seil wird herausgelassen und treibt eine Generatorwinde am Boden an.
  • Phase 2 – Rückholphase: Hier unterbricht der Flügel den Achtenflug, gleitet auf direktem Weg schnell und mit geringer Kraft zur Ausgangshöhe zurück und geht erneut in die Arbeitsphase über. Dafür wird nur ein Bruchteil der zuvor gewonnenen Energie benötigt.

Ein voller Zyklus dauert ungefähr eine Minute. Anders als bei klassischen Windenergieanlagen wird die elektrische Energie am Boden erzeugt. Von dort erfolgt auch die Steuerung des Flügels, so dass sich in der Luft nur das bewegt, was auch in die Luft gehört. Start, Betrieb und Landung des Flügels laufen vollautomatisch ab. phasen

Aufbau und Funktion

Ein Kernstück unserer Technologie sind die ultraleichten und hocheffizienten Flügel. Sie vereinen die aerodynamische Höchstleistung einer vollstarren Bauweise wie bei Segelflugzeugen und das geringe Flächengewicht eines Hängegleiters. Unsere Flügel sind auf einen hohen Auftrieb während des Erntebetriebs hin optimiert. Gleichzeitig kann die Rückholung dieser Flügel nahezu kraftlos erfolgen, da sie im Segelflug einfach zur Anlage zurückgleiten. Das sorgt für nur sehr geringen Energieverlust und sehr kurzen Ertragsausfall in der Rückholphase und damit für eine hohe Effizienz. Die Flügel lassen einen großen Betriebsbereich und einfaches Starten auch bei wenig Wind zu. Die Flügel werden über drei verschleissfeste Hochleistungs-Kunststoffseile vom Boden aus mittels hochdynamischer Seilwinden gesteuert. Eines unserer bereits angemeldeten Patente beinhaltet eine in die Hauptseiltrommel integrierte Generatoreinheit, die eine hohe Ausfallsicherheit und einen extrem großen, variablen Drehzahlbereich bietet. Dafür müssen weder in den Kosten, noch in der Effizienz Kompromisse hingenommen werden. Die industrieerprobte redundante Steuerung regelt die Flugbewegungen, übernimmt die Betriebsführung und die Zustandsüberwachung. Für die Vergleichmäßigung der Energieabgabe, zur Stabilisierung und als Notstromversorgung gehören Batteriespeicher zur Grundausstattung jeder Anlage. Wechselrichter geben den elektrischen Strom an die Verbraucher ab oder speisen diesen ins Netz ein.

system

Überblick über die wichtigsten Systemkomponenten einer EnerKíte-Anlage

Start und Landung

Start und Landung erfolgen vollautomatisch mittels eines rotierenden Mastsystems. Der Flügel ist im Ruhezustand am Mastende angekoppelt. Durch die Drehung des etwa waagerecht auskragenden Mastes wird der Flügel auf eine Bahngeschwindigkeit gebracht, bei der er genügend Auftrieb und Seilkraft entwickelt, dass er vom Mastende gelöst werden kann.

Unter weiterer Rotation wird das Seil ausgelassen, bis der Flügel genügend Höhe und Seillänge erreicht hat, um in die Arbeitsphase übergehen zu können. Für den dann folgenden zyklischen Betrieb wird die Rotation beendet, der Teleskopmast wird eingefahren und verbleibt so bis zur Landung. Dieses Startsystem erlaubt das automatische Starten selbst bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten. Für die Landung läuft der Prozess rückwärts ab: Der Flügel wird in einer Spirale um die Anlage herumgesteuert, an der der ausgefahrene Mast mitrotiert. Die Seile werden eingezogen, bis der Flügel am Mastkopf eingeklinkt werden kann. Die Rotation wird beendet, der Teleskopmast eingefahren und das System kann in Park- oder Wartungsposition geneigt werden.

Alleinstellungsmerkmale

Die EnerKíte Technologie im allgemeinen und die Produkte im speziellen zeichnen folgende Alleinstellungsmerkmale aus:

  • Maximierte Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit durch smarte Redundanzen.
  • Geringe Amortisation von bis zu 4 Jahren je nach Standort und Anwendung.
  • Unterbrechungsfreie Stromversorgung und Energiemanagement.
  • Hoher Auslastungsfaktor bis zu 70%.
  • Einfache Wartung und Reparatur.
  • Einfacher Transport und Errichtung.
  • Fernüberwachung und Steuerung (SCADA).
  • Geringer Landverbrauch.
  • Minimale optische Beeinträchtigung.

Das EnerKíte-Team ist weltweit führend im Bereich zuverlässiger Drachen-Steuerung, effizienter Flügel und ausfallsicherer Generatortechnik, IP und Know-How und Betriebserfahrung.

Download

Broschüre mit Technologiebeschreibung

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Von Energie-Audits zu Effizienzmaßnahmen. Wozu verpflichtet mich die Politik ?

EnergieeffizienzAm 16 März 2015 fand in der Firma ALANOD die „4. Energiewerkstatt Produktionswirtschaft“ statt. Dort ging es um das neue Energie-Audit nach DIN EN 16247 . Auch wurde dort die Frage diskutiert, ob es sinnvoller ist gleich ein Energiemanagementsystem nach DIN 500001 einzuführen. Das Beratungs- und Dienstleistungsunternehmen B.A.U.M. Consult hatte zu diesem Thema einen interessanten Vortrag den ich hier veröffentliche. Folien Energieaudit A.Harbach B.A.U.M.-page-001 Hier der komplette Vortrag zum  Download

Beton liefert Sonnenstrom – Uni Kassel entwickelt neuartigen Baustoff „DysCrete“

D800_7311Quelle: Universität Kassel

Ein Forschungsteam der Universität Kassel entwickelt einen Baustoff, der zugleich eine Solarzelle ist. Wichtige Bestandteile sind leitfähiger Beton und Flüssigkeiten wie beispielsweise Fruchtsäfte. „DysCrete“ soll künftig unter anderem zum Bau von Fassaden dienen und zugleich Sonnenenergie in Strom umwandeln.

„DysCrete“ besteht aus einem speziellen leitfähigen Beton, der mit Lagen aus Titandioxid, einer organischen Flüssigkeit, einem Elektrolyt, Graphit und einer transparenten Oberfläche beschichtet ist. Das Ergebnis ist eine sogenannte Farbstoffsolarzelle, der Beton selber übernimmt dabei die Funktion einer Elektrode. Die Umwandlung der Sonnenenergie in Strom folgt dem Prinzip der Photosynthese. Das Materialsystem ist besonders umweltfreundlich.

Die Entwicklung von „DysCrete“ ist ein Projekt der interdisziplinären Lern- und Forschungsplattform „Bau Kunst Erfinden“ von Prof. Heike Klussmann, Leiterin des Fachgebiets Bildende Kunst an der Universität Kassel, und Thorsten Klooster, Projektleiter Forschung am Fachgebiet. Das Projekt wird vom Bundesbauministerium mit rund 150.000 Euro gefördert und läuft zunächst noch bis Mitte 2015. Projektpartner sind das Fachgebiet Werkstoffe des Bauwesens und Bauchemie (Leitung Prof. Dr. Bernhard Middendorf) und Partner aus der Industrie.

Prototypen des Sonnenstrom-Betons existieren bereits. „Unser Ziel ist es, ein Material zu entwickeln, das in Zukunft in der Bauwirtschaft eingesetzt werden kann, beispielsweise für Fertigteile im Hochbau, Fassaden-Elemente und neuartige Wandsysteme“, erklärt Prof. Klussmann. „Zugleich liefert es als Solarzelle einen Beitrag zu einer nachhaltigen und dezentralen Energieversorgung.“

Farbstoffzelle ist günstig in der Herstellung

Die Farbstoffsolarzelle selber ist keine Kasseler Erfindung; neu ist die Verschmelzung von Solarzelle und Baustoff. Die Farbstoffsolarzelle oder auch Grätzel-Zelle ist eine Alternative zur herkömmlichen Silicium-Solarzelle. Sie beruht auf einer Entwicklung des Schweizer Chemikers Michael Grätzel und ähnelt im Prinzip der Photosynthese der Pflanzen.

Um mit dem Solarstrom-Beton bei der Umwandlung von Sonnenenergie einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, optimiert die Gruppe um Prof. Klussmann und Klooster die Beschichtungen. Ein Beispiel: Verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise anfangs noch Johannisbeersaft, so wurde dieser inzwischen durch andere Flüssigkeiten ersetzt.

Ziel ist ein Wirkungsgrad von rund zwei Prozent. „Das rechnet sich deswegen, weil die Herstellungskosten von Farbstoffzellen deutlich geringer sind als die von Silicium-Solarzellen“, sagt Klooster. Zudem sind die Ausgangsmaterialien einfach zu beschaffen, umweltfreundlich und leicht recycelbar. Titandioxid etwa ist ein häufig verwendetes Material, das sich auch in Zahnpasta findet. Und: Farbstoffsolarzellen und damit auch „DysCrete“ reagieren auch auf diffuses Licht und können daher auch auf Gebäude-Nordseiten angebracht werden.

„Bau Kunst Erfinden“ zeigt „DysCrete“ und weitere Innovationen auch auf der BAU 2015, der nach eigenen Angaben Weltleitmesse für Architektur, Materialien und Systeme. Die Messe findet vom 19. bis zum 25. Januar in München statt. Mehr Informationen unter http://www.baukunsterfinden.org.