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TU Berlin

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Forschungsprojekte für die Wissenschaftskommunikation im Rahmen der internationalen Aktionswoche „Covering Climate Now“

Aufwind für die Energie

Medieninformation Nr. 162/2019

Fliegende Windkraftanlagen versprechen klimafreundlichen Strom – Strömungsforschung der TU Berlin schafft Grundlagen

Wind beschäftigt den Wissenschaftler Alexander von Breitenbach im Sport wie im Beruf. Der leidenschaftliche Kitesurfer gehört zur Forschungsgruppe der TU Berlin „Airborne Wind Energy Systems“.
Wind beschäftigt den Wissenschaftler Alexander von Breitenbach im Sport wie im Beruf. Der leidenschaftliche Kitesurfer gehört zur Forschungsgruppe der TU Berlin „Airborne Wind Energy Systems“.
Lupe

Das Kitesurfen ist für einige Wissenschaftler der TU Berlin mehr als ein sportliches Hobby. Die fünfköpfige Forschungsgruppe „Airborne Wind Energy Systems“ verfolgt einen großen Traum: Fliegende Windkraftanlagen sollen „frischen Wind“ in die Energiewende bringen.

„Diese Technologie könnte in naher Zukunft Millionen von Menschen klimaneutralen Strom liefern – kostengünstig und quasi unabhängig vom Standort“, sagt Alexander von Breitenbach. „Das wäre ein evolutionärer Schritt in der Geschichte der Windkraft.“ Er forscht am Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik von Prof. Dr.-Ing Oliver Paschereit an der Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme der TU Berlin.

Windintensivste Standorte Deutschlands bereits erschlossen

Seit den 1990er Jahren ist Windenergie fester Bestandteil des Deutschen Strommixes. 2018 lieferte sie rund 20 Prozent des hierzulande erzeugten Stroms. Doch der weitere Ausbau stößt an seine Grenzen. „Die windintensivsten Standorte Deutschlands sind bereits erschlossen und die Giganten können auch nicht unbegrenzt in windigere Höhen wachsen“, so Alexander von Breitenbach. Abhilfe könnten fliegende Windkraftanlagen schaffen, sogenannte „Airborne Wind Energy Systems“. Derzeit liegen die Naben der dreiblättrigen Windradanlagen, die heute weite Landschaftsteile in Europa überziehen und Menschen von fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas oder Erdöl unabhängig machen sollen, in etwa 130 Metern Höhe. Doch da die Winde mit dem Abstand zum Erdboden zunehmen und stabiler sind, könnten fliegende Windkraftanlagen, die Höhen zwischen 300 und 700 Metern erreichen, eine sehr viel höhere und stabilere, ganzjährig verfügbare Energieausbeute bringen.

Doch wie funktioniert so eine fliegende Windkraftanlage? Der Drachen schraubt sich mit dem Wind in die Höhe, wickelt dabei das Halteseil ab und treibt den Generator in der Bodenstation an, der auf diese Weise Strom erzeugt. In luftiger Höhe fliegt der Drachen Kurven in unterschiedlichen Höhen, steigt dabei immer wieder auf und erzeugt per Seilverbindung immer weiter Strom.

Riesige Einsparungen bei Material und Investitionskosten

Ein weiterer Vorteil: Flugwindkraftanlagen versprechen immense Einsparungen bei Material und Investitionen: Die tonnenschweren Rotorblätter, massiven Türme und Fundamente aus Stahlbeton, die die an der Rotorfläche entstehenden aerodynamischen Kräfte aufnehmen, machen derzeit mehr als 50 Prozent der Investitionskosten aus. Sie werden überflüssig, denn die Bodenstation einer Flugwindkraftanlage mit dem Generator muss nicht größer sein als ein LKW und kann zudem mobil und damit standortunabhängig sein. Die fliegenden Anlagen könnten auf eine jährliche Volllast von 75 Prozent kommen, während konventionelle Anlagen derzeit nur bei etwa 35 Prozent liegen. Im Off-Shore-Bereich könnten sogar die Fundamente der derzeitigen Windanlagen wiederverwendet werden. Denn etwa alle 20 Jahre müssen die Türme der dort arbeitenden Windräder zurückgebaut werden – eine weitere riesige Einsparung von Beton und Rohstoffen.

„Die fliegenden Windkraftanlagen, seien es Drachen, Zeppeline oder andere Luftschiffe, stecken heute noch in den Kinderschuhen“, sagt Dr. Christian Nayeri, der die „Airborne Wind Energy Systems“-Gruppe leitet. „Wir schaffen vor allem wissenschaftliche Grundlagen für diese Zukunftstechnologie.“ Dazu gehören die aerodynamische Optimierung, die Auslegung und Berechnung der optimalen Flugrouten, Computersimulationen und Experimente mit Modellen in den Windkanälen der TU Berlin und – unter Wasser – in der 250 Meter langen Schlepprinne der TU Berlin, die zu einem der größten wissenschaftlichen Schleppkanäle Europas gehört, sowie vor allem auch die Auslegung der automatisierten Selbststeuerung der fliegenden Anlagen, die selbstständig Höhen oder ihre Ausrichtung zum Wind regulieren müssen – denn ein Pilot ist nicht an Bord. Auch die Industrie hat bereits „die Nase im Wind“. Denn schließlich arbeitet die Forschungsgruppe aktiv an der regenerativen Energiewende von morgen.

Weiterführende Informationen

Patricia Pätzold

Kontakt:

Dr. Christian Nayeri
Leiter der Forschungsgruppe „Airborne Wind Energy Systems“
TU Berlin
Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik
Tel.: +49 30 314-24660

M. Sc. Alexander von Breitenbach
Forschungsgruppe „Airborne Wind Energy Systems“
TU Berlin
Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik
Tel.: +49 30 314-76650

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