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Winddrachen

Windenergie aus Wolkennähe

Sascha Rentzing, 07.01.14
Flugdrachen, die Energie gewinnen, Frachtsegler, die emissionsarm um die Welt schippern – Wind lässt sich auf vielfältige Weise nutzen. Bis zur Kommerzialisierung der neuartigen Technologien ist es aber noch ein weiter Weg.

Hoch über dem Boden toben dutzende Winddrachen. Einige Kites haben eine Höhe von mehreren hundert Metern erreicht und rasen knapp unter den Wolken her. Andere bewegen sich mühsam gegen die Windrichtung und scheinen fast abzustürzen. Doch der chaotische Eindruck am Himmel täuscht: Jeder einzelne Drache zieht über vier Seile eine kleine E-Lok auf einem Schienen-Rundkurs. In den Loks steckt ein Generator, der die Bewegungsenergie in Strom umwandelt.

So soll die Zukunft der Windenergie aussehen, hat sich Uwe Ahrens überlegt. Aus Sicht des Geschäftsführers des Berliner Unternehmens NTS Energie- und Transportsysteme haben die so genannten Höhenwindenergie-Anlagen einen entscheidenden Vorteil: Ihre Materialkosten sind gering, deshalb können sie günstig Strom produzieren. „Wir schaffen drei bis fünf Cent pro Kilowattstunde“, verspricht Ahrens.

Bisher existiert in der Nähe von Berlin nur eine 400 Meter lange, gerade Strecke, auf der die E-Loks zu Testzwecken immer hin und her fahren. Ahrens ist allerdings überzeugt, dass Investoren weltweit bald auch in kommerzielle Rundkurse investieren. Denn neben den niedrigen Kosten sprechen weitere Gründe für die Winddrachen. „Mit ihren 160 bis 200 Quadratmetern erscheinen sie am Himmel nicht größer als ein 20 Cent Stück. Daher beeinträchtigen sie nicht das Landschaftsbild“, sagt Ahrens.

Außerdem arbeiten die Höhenwindenergie-Anlagen sehr effizient. Die Idee ist, dass pro Anlage bis zu 24 Kites in bis zu 500 Metern Höhe unterwegs sind. Dort oben weht der Wind stetig und kräftig. Das macht die Drachen auch für windschwache Standorte interessant, die für die konventionelle Windenergie tabu sind.

Fast unsichtbar

Selbst wenn in 500 Metern Höhe mal kein Wind weht oder die Fahrzeuge auf einem Streckenabschnitt unterwegs sind, auf dem der Wind aus der falschen Richtung kommt, liefert das Höhenkraftwerk Strom. Die Kites werden über die Seile so gesteuert, dass sie wie ein Segelschiff gegen den Wind kreuzen. In Gegenwindkurven übernehmen die E-Loks den Antrieb und ziehen die Kites. Auch wenn das wiederum Energie verbraucht: Um sie in der Luft zu halten, sei nur wenig Strom nötig, versichert Ahrens. Ebenso funktioniert ihr Start: Die E-Loks ziehen sie in die Luft – wie ein Kind, das läuft, um einen Drachen in die Höhe zu bekommen, wo er von alleine fliegt.

Allerdings muss NTS bei der Suche nach Investoren mit viel Konkurrenz rechnen. Weltweit versuchen derzeit 20 Firmen und Forschungsprojekte die neue Energieform zu kommerzialisieren. Mit dabei sind unter anderem das Startup Makiani Power aus den USA, das eine Art Segelflieger zur Stromerzeugung nutzt, oder die Berliner Enerkite. Deren Drachen fliegen am Himmel Schleifen und treiben so einen Generator am Boden an.

Auch auf dem Meer können Winddrachen zum Einsatz kommen. Die Erfinderin der Energie-Kites, die Hamburger Firma Skysails, bietet seit 2001 Lenkdrachen als Hilfs-Antrieb von Frachtschiffen an. Ein rund 300 Quadratmeter messendes Großsegel ist über ein Seil mit dem Schiff verbunden und bewegt sich in 100 bis 400 Metern Höhe computergesteuert in Form einer Acht. Auf diese Weise könnten Frachter bis zu 50 Prozent Kraftstoff sparen, verspricht Skysails. Damit haben die Zugdrachen immenses Klimaschutzpotenzial: Die 90.000 Handelsschiffe, die derzeit über die Weltmeere kreuzen, sind für fast fünf Prozent des weltweiten Kohlendioxidausstoßes pro Jahr verantwortlich. Damit ist die Weltschifffahrt der sechstgrößte Abgasemittent.

Bisher sind jedoch nur drei Schiffe im Schlepptau der treibstoffsparenden Skysails-Technik unterwegs. Für Unternehmenschef Stephan Wrage liegt das vor allem an einem strukturellen Problem in der Schifffahrt. „Die Reeder profitieren nicht von Investitionen in Umwelttechnologien, denn nicht sie kommen für die Treibstoffkosten auf, sondern die Charterer der Schiffe. Ihnen reicht aber wiederum die Vertragsdauer nicht, um eine Investition zu amortisieren.“ Dennoch glaubt Wrage noch an einen Durchbruch der Skysails-Technik: „Um Umwelttechnologien in der Schifffahrt an den Mann zu bringen, müssen alle Parteien an einen Tisch und längerfristige Vereinbarungen miteinander treffen. Dies ist ein Bewusstseinswandel, der nicht über Nacht passiert, sondern seine Zeit braucht. Aber er wird kommen.“

Frachter ohne Spritverbrauch

Auf ein Umdenken der Reeder spekulieren auch die Entwickler von Großseglern, die Frachten allein mit der Kraft des Windes transportieren sollen. „Ziel ist die Wiederentdeckung der Windantriebskräfte in der Weltschifffahrt“, sagt Heinz Otto, stellvertretender Landesvorstand Hamburg des Bundesverbands WindEnergie (BWE) und Betreiber der Webseite www.windschiffe.de. Technisch sei eine Umstellung auf die sauberen Segler problemlos möglich. „Das heutige Verständnis der Strömungsvorgänge eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die effektive Gestaltung von Schiffrumpf und Takelage“, erklärt Otto.

Ein modernes Rahsegelrigg sei automatisiert und bedürfe keines Personals. Das Rigg beschreibt die Gesamtheit von Segelflächen, Masten, Spieren, Stagen, Wanten und Rahen. Das Rahsegel ist ein spezielles, rechteckiges oder trapezförmiges Segel, das üblicherweise an einem als Rah bezeichneten, waagerechten Rundholz geführt wird. Seit den ersten Entwürfen des Schiffbauingenieurs Wilhelm Prölss in den 60er-Jahren sind die Rahen vorgekrümmt, das Segel wird in so genannten Nuten von der Mitte des Schiffes zu beiden Rah-Enden hin ausgerollt und mit stärkeren Winden wieder eingerollt (gerefft).

Das früher üblicherweise notwendige Brassen, also die Segelflächen dem Wind angepasst zu führen, wird nun ersatzweise erzielt, indem der Mast selber drehbar gelagert ist. „Wir wissen also, seit Wilhelm Prölss 1958 ein neues, automatisches Rigg vorstellte, dass die Nachteile der früheren Segelschiffe kompensiert werden können“, so Otto. Untersuchungen und ausführliche Tests der Großwerft Bremer Vulkan, im Auftrag von und in Zusammenarbeit mit Kapitän Hartmut Schwarz von der Sailing Ship Society ergaben eine segeltechnisch gute „Höhe am Wind“ und somit ausreichende Zielgeschwindigkeiten. Dieses so genannte „Pinta“-Projekt der 80er-Jahre war eine fertige Konstruktion für die professionelle Schifffahrt und bestätigte Prölss’ Entwürfe.

Den endgültigen Beweis der Funktionstüchtigkeit brachte die „Maltese Falcon“, eine 88 Meter lange Segelyacht, die seit 2006 mit einem Rigg aus drei frei drehbaren Kohlefasermasten von 58 Meter Höhe mit je fünf Rahsegeln auf den Weltmeeren unterwegs ist. „Die Yacht beweist, mit welch hoher Effektivität ein modernes Rigg eingesetzt werden kann“, sagt Otto. Er hofft deshalb, dass derartige Windschiffe bald auch in der Frachtschifffahrt zum Einsatz kommen, zumal Wilhelm Prölss seine Entwicklung für Massengutfrachter dieser Größe beschrieben hat.

Suche nach Investoren

Während Windschiffe derzeit noch als kühne Vision gelten, erscheint ein Erfolg der einfacheren Winddrachen-Technik an Land nicht unrealistisch. So haben die Höhenwindenergie-Anlagen von NTS die Wissenschaftler überzeugt. „Als Ergänzung zu gängigen Windturbinen ist sie sehr interessant“, sagt der Windforscher Adrian Gambier vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES). Viele Standorte böten erst ab 300 Meter viel Wind. „Hierfür sollten wir die Technik weiterentwickeln“, sagt Gambier.

2014 will NTS nun mit einer ersten Anlage beweisen, dass sie im Alltagsbetrieb funktioniert. Die rund 150.000 Euro, die dafür nötig sind, will NTS unter anderem über die Kölner Crowdfunding-Plattform Green Crowding und den Online-Marktplatz Deutsche Mikroinvest finanzieren. Ab zehn beziehungsweise 250 Euro können sich Interessierte an dem Projekt beteiligen.

Gelingt der Testbetrieb, stehen schon Investoren für das erste kommerzielle Höhenwind-Projekt der Welt bereit. Etwa drei Millionen Euro sind hierfür bei NTS veranschlagt. Eine Energiegenossenschaft hat zudem bereits erklärt, zwischen 15 und 26 Millionen Euro investieren zu wollen. Auch hier könnte wieder ein Teil über Crowfunding finanziert werden. Für das Projekt prüft Ahrens derzeit Standorte in Mecklenburg-Vorpommern. Es gibt weitere Interessenten: So erwägt ein deutsches Unternehmen, das nicht genannt werden soll, den Strom aus einer Höhenwindenergie-Anlage für seine Produktion zu nutzen. Anfragen kommen überdies aus Kasachstan und Südafrika.

Bis zur Kommerzialisierung müssten allerdings noch einige Fragen geklärt werden, sagt IWES-Forscher Gambier. So sei nicht klar, welche Drachentechnik eingesetzt werden könne. Bisher verwendet NTS einfache Sportkites, doch für den kommerziellen Einsatz sind sie ungeeignet. „Sie zerreißen bei Böen. Es muss ein festerer Drachen entwickelt werden“, so Gambier. Außerdem fehle ein Konzept für die Flugregelung. Pro Anlage müssten bis zu 24 Kites koordiniert werden. Das könnten bisherige Programme nicht leisten.

Auch der Flächenbedarf an Land und in der Luft ist eine Herausforderung. Über den 500 Meter hohen Drachen können Flugzeuge nur eingeschränkt fliegen, denn rein rechtlich gesehen handelt es sich dabei um Luftfahrthindernisse. Damit sich die 24 Kites nicht verheddern, brauchen sie einen Mindestabstand von etwa 400 Metern. Dafür sind 9,6 Kilometer Schienen nötig. Weil der Rundkurs elliptisch angelegt ist, wäre die Anlage also rund 4.000 Meter lang und 800 Meter breit. NTS stellt die Schienen auf Stelzen, damit die Flächen noch landwirtschaftlich zu nutzen sind. Derart große Flächen in Deutschland zu finden und genehmigt zu bekommen, dürfte dennoch nicht leicht werden.

 

Der Artikel „Zur Frage der Wirtschaftlichkeit von windangetriebenen Handelsschiffen“ kann angefordert werden bei: h.otto@bwe-regional.de

Kommentare (1)

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  • 13.01.14 - 11:47, C. Schramm

    Der Traum vom Segelfrachter ist sicherlich ein schöner Traum, jedoch kein derzeit realistischer. Im Zeitalter der niedrigen Frachtraten und des Tonnageüberangebots ist in der weltweiten Schifffahrt kein Kapital vorhanden, diesen Weg zu gehen. Zudem weht der Wind nicht nach dem Wunsch der Schiffsbetreiber. Die Routen der Frachtschiffe sind ziemlich schnurgrade während das Verfolgen der klassischen Handelswinde wie dem Passat und den Westwinden auf den Ozeanen eine andere Kursverfolgung verlangt, die meist einen Umweg zur Folge hat. Im Zeitalter der schnellen In-Time-Lieferung ist das Segeln als Antriebsart einfach nicht effizient genug und der Leidensdruck der Reeder ist nicht groß genug, um diese Antriebsart zu fördern. Leider hört man auch nur wenig Positives von den Feldversuchen. Wie effizient das E-Ship mit den Flettner-Rotoren funktioniert, verät niemand. Und bezüglich der Zugdrachen kann ich aus eigener Anschauung bei Beluga Shipping mitteilen, das auch da noch viel zu tun ist, um ein wirklich idiotensicheres System anbieten zu können. Das muss es nämlich sein, das Segelsystem der Zukunft: Tauglich für jedermann. Ein Segelschiff zu führen verlangt nämlich viel höhere seemännische Qualifikationen, als die heutigen "Gradeausfahrer". Trotzdem mögen alle Idealisten und Visionäre bitte weiter an ihren Ideen arbeiten. Das Öl wird versiegen und die Rückkehr zu Rudergalere ist sicher nicht opportun!

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