Airborne Wind Energy

 

Airborne Wind Energy (AWE) Systeme nutzen die Windenergie auf unkonventionelle Weise, um mit ihnen Strom zu erzeugen. Das Konzept besteht aus einem auftrieb-generierenden Flugsystem, dass über ein Seil einen Generator am Boden antreibt. Aufgrund der flexibel einstellbaren Seillänge kann das Flugzeug grosse Höhen erreichen, in denen der Wind im Allgemeinen stärker und beständiger weht.

Strom wird dabei während zwei Phasen produziert. Während der ersten Phase – der Traktionsphase – wird der Auftrieb des Flügels über ein Seil auf einen Generator übertragen. Die Seilrolle wird kontinuierlich abgerollt und dadurch Strom erzeugt, bis die optimale Höhe erreicht wird.

In der zweiten Phase – der Einzugsphase – wird der Flügel wieder eingeholt. Dabei wird durch optimierte Steuerung und Flügelform weniger Energie verbraucht, als in der ersten Phase erzeugt wurde.

Aufgrund der vorgesehenen kreisförmigen Flugbahn kann eine sehr hohe Effizienz erreicht werden. Des Weiteren lassen sich bei der Wahl eines starren Karbonflügels deutlich höhere Kräfte generieren, die beispielsweise von flexiblen Lenkschirmen nicht getragen werden können.

Effizienz

 

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

In grossen Höhen können stärkere und beständigere Winde genutzt werden, die konventionelle Windräder nicht erreichen können.

 

 

Umwelt

 

Airborne Wind Energy garantiert eine besonders umweltfreundliche Stromproduktion, da vor Ort keine Treibhausgase produziert werden.

Aufgrund der diskreten Raumnutzung kommt es zu einer minimalen Beeinträchtigung des Landschaftsbildes.

Das System ist weltweit einsetzbar und unabhängig von der landschaftlichen Topografie.

 

Variabilität

 

Das System ist kompakt, was eine überaus hohe Mobilität ermöglicht.

Das System ist weltweit einsetzbar und unabhängig von der landschaftlichen Topografie.

Die Energie wird direkt vor Ort produziert und ist somit netzunabhängig.

Einzelne Systeme können auch im Verbund (Windpark) genutzt werden.

Professor am Politecnico di Milano

The past few decades have seen an undeniable trend towards renewable energies. The issues of energy security and sustainability are at the top of the agenda of most Countries worldwide, and renewable energy sources clearly play a key role in this respect. In renewable electricity generation, notwithstanding the continuous improvements made in well-established technologies like wind and solar, there is still a need for innovative solutions that can provide large amounts of electricity at competitive cost. Airborne Wind Energy (AWE) represents one family of such innovative approaches.

Conceived in the late ‘70s, the basic idea of AWE is to use tethered aircrafts to convert wind energy into electricity. The structural function of the foundations and tower of conventional wind turbines is replaced by active control systems, able to manipulate the aerodynamic forces developed by the aircraft to stabilize its motion while still generating electricity. The main advantages are lower capital costs, and larger energy yield for the same rated power, thanks to the possibility to reach altitudes between 200 and 600 m above ground, where the wind is stronger and more consistent. This idea remained silent for two decades, before being explored starting from the early 2000s up to today’s existing prototypes and demonstrators realized by a good number of companies and research groups around the world.

On paper, AWE technologies have indeed the potential to provide substantial amounts of electricity at competitive costs with respect to all the other existing options on the market. However, the price to be paid is a very high system complexity, which involves a number of technical issues that have still to be solved. In this respect, I believe that projects like this one, driven by eight, motivated mechanical engineering students, can be very effective at tackling the remaining technical bottlenecks of airborne wind energy, by developing and demonstrating innovative concepts and solution approaches, thus bringing this technology closer to real life.

Prof. Dr. Lorenzo Fagiano