"Flugwindkraft" - fliegende Kraftwerke ernten Wind - Wissen

Das soll ein Windkraftwerk sein? Ein Flugdrachen, der an einem Seil seine Runden dreht und dabei Strom erzeugt? In der Tat. Allerdings eines, das sich von den bekannten gehörig unterscheidet: Auf dem Dach eines monströsen Lasters ist eine Mischung aus Seilwinde und Generator montiert. Mit der Seilwinde verbunden ist ein Stoffdrachen, der seine Bahnen am Himmel fliegt und dabei kräftig am Seil zerrt und so den Generator antreibt. Ist das etwa 400 Meter lange Seil abgespult, fliegt der Drachen automatisch aus dem Wind, und eine Spule zieht ihn gen Boden - der luftige Tanz beginnt von vorn.

Was nach einem skurrilen Kinderspielzeug klingt, ist eine Testplattform des Brandenburger Start-ups Enerkite und regelmäßig auf einem Flugfeld in Brandenburg zu sehen. Es ist eine neue Form der Windenergie, die die Fachwelt Flugwindkraft nennt. Die junge Branche, global rund 60 Unternehmen und 200 Mann stark, traf sich Mitte Juni im niederländischen Delft auf der "Airborne Wind Energy Conference" zum Austausch.

Die Kraftwerke, die vorgestellt wurden, reichen von heliumgefüllten Ballons, über Stoffkites bis hin zu Hightech-Tragflächen aus Karbon. Was alle Ideen eint, ist die vielversprechende Ausbeute. Flugwindkraftwerke steigen in Luftschichten auf, die konventionelle Windräder nicht erreichen: mindestens 300 bis 400 Meter hoch. Dort oben bläst der Wind kräftiger und beständiger als in Bodennähe. Warum sich das lohnt, zeigt eine einfache Formel: Doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet achtfache Energieausbeute.

Das Gerät der Amerikaner hat die Dimensionen eines Flugzeugs mit acht Propellern

Während gewöhnliche Dreiflügler nur an besonders guten Standorten - etwa Offshore - auf 4000 Volllaststunden pro Jahr kommen (das Jahr hat 8760), sollen Höhenwindkraftwerke selbst im Binnenland bis zu 6000 Volllaststunden erreichen können. Das würde den Strom billig machen: In einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Windenergiesysteme (IWES) aus dem Jahr 2013 ist die Rede von zwei bis vier Cent je Kilowattstunde - damit wäre die Höhenwindkraft günstiger als alle bekannten Energieerzeugungsvarianten. Fort Felker, Direktor des National Wind Technology Center in den USA, führt genau dieses Argument an: "Die Technologie ermöglicht es, mit leistungsschwächeren Anlagen mehr Energie zu ernten."

Damit haben die Flugwindkraftwerke gewöhnlichen Windrädern einiges voraus. Die stoßen mit ihren gigantischen Türmen und Rotordurchmessern allmählich ans Limit. Alles in allem wiegt so eine Turbine aus Stahl, Beton und faserverstärktem Kunststoff mehrere Tausend Tonnen. Dabei erzeugen den Großteil der Kraft die Flügelspitzen. Flugwindkraftwerke hingegen bestehen quasi nur aus Flügelspitzen. Man lässt den Turm einfach weg und die Flügel in einem großen Radius schnell kreisen. Alles in allem, sagen Branchenkenner wie Alexander Bormann, Chef des Höhenwind-Unternehmens Enerkite, komme die Flugwindkraft mit 95 Prozent weniger Material aus als die konventionelle Windkraft.

Doch Fachleute warnen vor zu viel Euphorie. "Die Technik ist das eine, das andere ist die Kostengleichung", sagt Po Wen Cheng, Windkraftspezialist am Institut für Flugzeugbau an der Universität Stuttgart. "Das Verhältnis Kilowatt zu Masse ist zwar besser als bei konventionellen Windenergieanlagen, aber hier geht es nicht nur um Beton und Stahl, sondern auch um sehr teure Hightech-Werkstoffe."

Bei der Gewichtsfrage trennen sich auch unter den Flugwindkraft-Befürwortern die Geister. Das eine Lager will den Generator mit nach oben nehmen und den Strom im Flug erzeugen, das andere will ihn am Boden lassen. Für die erste Variante - Generator an Bord - entschied sich das US-Unternehmen Makani Power. Das lässt im Prinzip ein kleines Motorflugzeug abheben und unablässig Kreise rechtwinklig zum Wind fliegen. In bis zu 300 Meter Höhe drehen sich dabei die Propeller im Fahrtwind und treiben die Generatoren an. Dabei hält es eine Kohlefaserleine, die gleichzeitig als Kabel dient und den Strom zum Boden führt. Das alles macht das System relativ schwer, kompliziert und teuer.

Google investiert Millionen in die Flugwindkraft

Teuer ist für Makani nicht das Problem. Mit dem Internetriesen Google im Rücken, der Makani 2013 kaufte, ist man bestens aufgestellt. Während sich der Konzern selbst in Schweigen hüllt, schätzen Experten, dass rund 80 Mann an dem System arbeiten und die jährliche Investitionssumme bis zu 40 Millionen US-Dollar beträgt. Seit Kurzem fliegt das Team einen 28 Meter großen Flügel, der rund eine Tonne wiegt. An Bord sind acht Generatoren, die zusammen 600 Kilowatt leisten. Die Generatoren dienen nicht nur der Stromerzeugung, sondern - auf Motorbetrieb umgeschaltet - auch zum Starten und Landen.

So steigt das Gerät an Tagen, an denen in Bodennähe nur schwacher Wind weht, an der 600 Meter langen Leine in Luftschichten hinauf, wo es praktisch immer windig ist. Dort dreht es dann Kreise mit einem Radius von 145 Metern. Die Flügel erreichen dabei Geschwindigkeiten von bis zu 200 Meter pro Sekunde - 720 Kilometer pro Stunde. Das macht eine Menge Lärm, weshalb die Amerikaner ihre Kraftwerke für Offshore-Einsatz konzipieren.

Enerkite geht einen anderen Weg. "Unsere Maxime ist: In die Luft gehört nur, was unbedingt mitfliegen muss", sagt Firmengründer Alexander Bormann. Er und sein Team haben das Lkw-Kraftwerk entwickelt. Von den Millionen, die Makani im Rücken hat, kann er nur träumen, weshalb er sich auf kleinere Systeme konzentriert. Aktuell testen die Brandenburger einen 8,8-Meter großen Flügel aus Kohlenstofffasern, der den bislang eingesetzten Stoffkite ersetzt. Die starre Tragfläche fliegt deutlich schneller und erzeugt höhere Kräfte. So lässt sich der 30-Kilowatt-Generator effizienter antreiben. Gehalten wird der Flügel von drei Kunststoffseilen. In einer ausgeklügelten Choreografie werden sie auf der Generatortrommel ein- und ausgespult. Das belastet ihre Fasern enorm, schließlich werden sie rund 60-mal pro Stunde ein- und ausgewickelt. Deshalb arbeiten die Tüftler ständig am Material der Leinen. Eine Menge Entwicklungsarbeit fließt auch in die vollautomatische Steuerung. Bei Sturm, Blitz oder Eis müssen die Drachen allein sicher landen können.

Die Deutschen wollen mit ihrem Drachen bei Naturkatastrophen Notstrom erzeugen

Was die Deutschen von den Amerikanern unterscheidet, ist auch die Flugtechnik. Statt im Kreis zu fliegen und unablässig Strom zu produzieren, arbeiten sie zyklisch. Die Tragfläche fliegt auf einer achtförmigen Spirale immer höher und treibt dabei den Generator an. Nach etwa zehn Achten ist Schluss - dann muss das Seil eingeholt werden. Dazu ändert der Tragflügel den Anstellwinkel und gleitet widerstandsarm gen Boden. Während dieser Rückholphase erzeugt das Kraftwerk keinen Strom, es verbraucht welchen. Um kontinuierlich Strom zu erzeugen, könnten mehrere Drachen im Verbund arbeiten.

Die Ziele der beiden Unternehmen könnten unterschiedlicher kaum sein. Die Amerikaner denken groß, die Deutschen klein. Im Gegensatz zu Makani, das die industrielle Stromproduktion zum Ziel hat, konzentriert man sich bei Enerkite auf kleine, autarke Systeme, die in Standardcontainer passen und mobil sind. Sie könnten abgelegene Industriebetriebe versorgen oder bei Naturkatastrophen Strom bereitstellen.

Makani hingegen plant einen Riesenflieger, zehn Tonnen schwer, groß wie ein Jumbojet und mit fünf Megawatt Leistung - ein richtiges Kraftwerk eben.