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Die fliegende Alternative zu Windrädern

Die Windenergie soll ausgebaut werden. Für erdgebundene Windturbinen fehlt es aber oft an Platz. Zudem sind die Winde am Boden an vielen Orten nicht stark genug, dass es sich lohnen würde. Fliegende Anlagen könnten die Lösung sein.
Andreas Lorenz-Meyer
Künftig könnten Drohnen Windenergie abgreifen und über ein Seil einen Generator in einem Container antreiben. (Visualisierung: Twingtec)

Künftig könnten Drohnen Windenergie abgreifen und über ein Seil einen Generator in einem Container antreiben. (Visualisierung: Twingtec)

Der grösste Windpark der Schweiz steht auf dem Mont Crosin im Berner Jura. Es sind 16 Windturbinen mit einer Gesamtleistung von 37,2 Megawatt. Bei solchen erdgebundenen Anlagen findet die Windenergieerzeugung in Bodennähe statt – es geht aber auch anders.

Das Zürcher Unternehmen Twingtec, eine Ausgründung der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), hat eine fliegende Windkraftanlage entwickelt. Diese besteht aus einer Drohne mit 15 Metern Spannweite, die an ein Segelflugzeug erinnert. Ihre Aufgabe ist es, Windenergie in bis zu 300 Metern Höhe abzugreifen. Dafür treibt die Drohne über eine Seilwinde einen Generator an, der sich am Boden in einem Container befindet. Der Generator produziert dann den Strom. Flaut der Wind ab, landet die Drohne automatisch auf dem Containerdach.

Erst in drei Jahren betriebsbereit

Das erste Twingtec-Produkt, TT100, hat eine Leistung von 100 Kilowatt. Gründer Rolf Luchsinger erklärt die Vorteile: «Für unser System braucht es keinen Turm und keine Fundamente. Zudem spart es bis zu 95 Prozent des Materials einer Windturbine.» Hinzu kommt die Mobilität. Die Anlage lässt sich ohne riesige Kräne aufstellen. Schliesslich die Effizienz: Der «Twing» (tethered wing, angebundener Flügel) kann in grösserer Höhe fliegen, wo die Leistungsdichte des Windes grösser ist als in Bodennähe. Luchsingers unternehmerischer Fokus liegt auf den sogenannten Off-Grid-Märkten ohne Netzanschluss, wo Strom mit Dieselgeneratoren zu hohen Kosten produziert wird. «Weltweit verbrennen wir jedes Jahr Diesel im Wert von 50 Milliarden US-Dollar, um an abgelegenen Orten Strom zu erzeugen.» Diese Orte soll TT100 für die Windenergieerzeugung erschliessen, denn Windturbinen wären dort nicht wirtschaftlich.

Airborne Wind Energy (AWE), wie der Überbegriff für die neue Windenergietechnologie lautet, dagegen schon. In Kanada verhandelt Luchsinger mit Minen und abgelegenen Siedlungen über die ersten kommerziellen Projekte. Ein weiterer möglicher Markt ist Australien. Das System könnte auch auf schwimmenden Plattformen zum Einsatz kommen. Luchsinger: «Damit würden wir auch die Meere, die 70 Prozent der Erdoberfläche ausmachen, für die Windenergiegewinnung erschliessen. Ein enormes Potenzial für nachhaltige Energie, das heute noch nicht genutzt werden kann.»

Twingtecs mobile Kleinanlage reduziert mittelfristig die Gestehungskosten und verbessert die Ökobilanz der Windkraft, so Luchsinger. Nächstes Jahr soll eine 10-Kilowatt-Pilotanlage in der Schweiz in Betrieb gehen. Bis TT100 hierzulande den kommerziellen Betrieb aufnimmt, dauert es aber noch drei Jahre. Es gibt offene rechtliche Fragen rund um die Bewilligungsverfahren, die aber parallel zur Technologieentwicklung abschliessend geklärt werden. Twingtec steht dazu in engem Kontakt mit dem Bundesamt für Zivilluftfahrt und anderen Behörden. In der Schweiz könnte das System den Alpenraum mit grossen Megawatt-Anlagen für die Windkraft erschliessen, meint Luchsinger. «Für den Transport und die Installation braucht es wenig Infrastruktur, die Windverhältnisse an vielen Orten in den Alpen sind sehr gut.» Die Rolle der AWE im Schweizer Energiemix sei aber schwierig abzuschätzen. Die Kernfrage: Wie gross ist die Akzeptanz der Bevölkerung für die neue Technologie? Das werde sich mit den ersten Projekten zeigen.

Minimaler «visueller Abdruck»

Rauf und wieder runter und wieder rauf, wie bei einem Jojo. So bewegt sich die Drohne des Tessiner Unternehmens Skypull durch die Luft in Höhen von 200 bis 600 Metern. Auch Skypull hat eine mobile, kleine Windkraftanlage entwickelt. Auch hier ist es ein Seil, das die Drohne mit einem Generator am Boden verbindet. Der Generator wandelt die mechanische Energie, die beim Abrollen des Zugseils erzeugt wird, in Strom um. Ist das Seil ganz abgerollt, leitet die Drohne einen kontrollierten Sturzflug ein. Danach geht es wieder im Gleitmodus nach oben. Seit Oktober laufen die Tests für den «Proof of Concept». Hier arbeitet man mit dem Tessiner Elektrizitätsunternehmen Azienda Elettrica Massagno zusammen. Der strenge Winter brachte Verzögerungen. «Wir testen in den Bergen auf 1600 Metern Höhe», so Chief Executive Officer Nicola Mona. «Da lag im April noch 1 Meter Schnee.» Seit Ende Mai sind die Tests nun abgeschlossen, es folgt die Produktion des Prototyps. In zwei Jahren soll es ein marktreifes Produkt geben.

Was bedeuten Höhen bis 600 Meter für die Stromerzeugung? «Das sind alles noch theoretische Berechnungen, weil noch kein System im Einsatz ist», antwortet Mona. «Aber angenommen, die Drohne fliegt in 400 Metern Höhe. Dort ist die Energiedichte viermal höher als auf 100 Metern am gleichen Ort. Bewegen wir uns konstant auf 400 Metern, hätten wir am Ende doppelt so viel Energie als bei leistungsäquivalenten Windturbinen.» Wegen des Jojo-Prinzips gibt es Einbussen, der Ertrag ist dennoch besser. Zwei Ausführungen sind geplant. Die kleine Drohne mit 6 Metern Spannweite ist für die Off-grid-Nutzung gedacht. Hier kämen abgelegene Regionen, Katastrophengebiete oder wissenschaftliche Projekte in Frage. Die Nominalleistung beträgt 60 bis 100 Kilowatt. Das grosse System mit 17 Metern Spannweite kommt auf 1 Megawatt Leistung und bietet sich für grössere Elektrizitätsunternehmen an. Erstmärkte für Skypull sind Länder mit hohem Energiebedarf, «wo die Regulierungen mehr Spielraum erlauben». Man ist mit einer südostasiatischen Firma im Gespräch.

Natürlich soll die Drohne auch in der Schweiz fliegen. Mona sieht AWE als Lösung für die Windenergie schlechthin. Einmal aus logistischen Gründen: «Schauen Sie auf die Landkarte. Nicht so viele Schweizer Orte sind geeignet für erdgebundene Windturbinen. Die Zufahrt in die Berge funktioniert oft nicht.» Zweiter Grund: An vielen Orten weht zu wenig Wind. «Der Betrieb von Windturbinen ist dort ökonomisch unsinnig.» AWE löse das Problem, denn weit oben wird das «Ernten» der Windenergie wirtschaftlich. «Unsere Simulationen zeigen, dass wir im Vergleich zu konventionellen Windturbinen am gleichen Ort bis zur Hälfte billigeren Strom produzieren könnten.» Zudem lässt sich der Strom nah am Endnutzer erzeugen. Und die Akzeptanz? Mona hofft, dass die Bevölkerung seine mobile Kleinanlage gut findet. Es gibt das Not-in-my-backyard-Phänomen: Die Menschen befürworten zwar grüne Energie, aber die Anlagen sollen bitte nicht vor ihrer Haustür stehen. Bei Skypull sei der «visuelle Abdruck» minimal. Am Boden braucht es nur einen Standardcontainer, 6 bis 12 Meter lang. Die Drohne in Hunderten Meter Höhe bleibt so gut wie unsichtbar.

Bisher gibt es 37 Anlagen

Ende 2017 waren in der Schweiz laut dem Branchenverband Suisse Eole 37 Gross-Windenergieanlagen mit einer Leistung von insgesamt 75 Megawatt installiert. Ihre Jahresproduktion betrug im Jahr 2017 insgesamt 132 Gigawattstunden. Bis zum Jahr 2020 sollen Schweizer Windenergieanlagen laut dem Bundesamt für Energie jährlich rund 600 Gigawattstunden Strom produzieren. Bis 2050 sind jährlich 4000 Gigawattstunden geplant. Dazu braucht es mehr Anlagen. Zu den Kriterien für «geeignete Standorte» gehören Windaufkommen, Siedlungsabstand sowie Verträglichkeit mit Natur und Landschaft. (alm)

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