Stromerzeugung mit Höhenwindrädern

Anlage bestehend aus 3 Höhenwindrädern

Funktionsprinzip

Jeder Flügel eines Flügelrads besitzt zwei aus einem Akku gespeiste Propellerantriebe und ist über Seile mit drei weiteren Flügeln verbunden. Während des Starts steigt jeder dieser vier Flügel senkrecht in die Höhe und schwenkt anschließend in eine horizontale Kreisbewegung ein. Das nun rotierende Flügelrad steigt, von einem Computer gesteuert, weiter auf bis es durch den Wind in Autorotation versetzt wird und die Propellerantriebe nicht mehr benötigt werden. Wie beim Kitesurfing entsteht durch die Rotation des Flügelrads im Wind eine hohe Zugkraft. Dabei wird ein Seil aus einer am Erdboden befestigten Seiltrommel mit Generator gezogen und erzeugt dadurch Strom. Bei Seilende (z.B. 500m Höhe) sinkt das Flügelrad schnell zur Ausgangshöhe (300 m) ab und steigt dann erneut (wie ein Jo-Jo).

Technisches Konzept

Vier Flügel (l = 13 m, 30 m2) bilden ein durch Autorotation angetriebenes Flügelrad (ø = 86 m, 500 kW). Das ergibt 4-fach mehr Leistung als ein Einzelflügel. Drei durch Seile verbundene Flügelräder bilden eine Anlage mit 1,5 MW Nennleistung. Vier Anlagen bilden eine Gesamtanlage mit 6 MW Nennleistung. Jede dieser Anlagen zirkuliert zeitlich versetzt, um eine unterbrechungsfreie Netzeinspeisung zu ermöglichen. Die Flughöhe für die Stromproduktion liegt zwischen 300 und 500 m. Während der Landung werden die in den senkrechten Flug übergehenden Flügel wieder von je zwei Klapppropellern angetrieben.

Besonderheiten

  • Hohe Windausbeute in 300 bis 500 m Höhe (In 300 m Höhe 8-mal mehr Energie­inhalt als in 50 m)
  • Niedrige Stromgestehungskosten (1,8 Ct/kWh) und niedrige Betriebskosten
  • Hohe Standortflexibilität : Installation auch in Tallagen, an Schwachwind­stand­orten, in Siedlungsnähe oder im Offshore möglich, wenig Platzbedarf durch die dreidimensionale Luft­raumnutzung, sehr geringe optische oder akustische Beeinträchtigung.
  • Einfache und schnelle Installation aus einem Container ohne Spezialkran
  • Hohe Betriebssicherheit und Robustheit
  • Einfache nächtliche Anlagensicherung (Flugsicherung) : Beleuchtung mittels Generator im Flügelradlager, Laser an Bodenstation sichert die Zugseile ab.

Projektstatus

  • Abgeschlossenes Konzept

  • Angebote für Entwicklung sowie Serienfertigung der einzelnen Baugruppen liegen vor

  • Umfangreiche Sicherung der Erfindungen durch vier angemeldete Patente, davon zwei internationale Anmeldungen

  • 6 Abschlussarbeiten an der Uni Stuttgart zu den Themen
    Lastermittlung, Flügelfestigkeit, Flügelmechanismus, Seillager, mechanische Optimierung und ein erster Prototyp

  • Eine Abschlussarbeit an der HS Pforzheim zum Thema Start- und Landung

  • Erfolgreiches automatisches Starten und Landen eines einzelnen Flügels

  • Aufbau eines Demonstrators zur validierung der mechanischen Eigenstabilisierung des Flügelrads durch rotationsabhängige Anstellwinkelverstellung


Animation einer Gruppe Höhenwindräder

Diese Animation soll einen Eindruck vermitteln, wie Höhenwindräder vom Boden aus am Himmel wahrgenommen werden