Windenergie Windkraftdrachen im Höhenflug

Von Bernd Eberhart 

Zarte Seile statt eines Windkraftturms: Lenkdrachen können in großer Höhe den Wind einfangen und damit Energie erzeugen. Sie ziehen Güterwaggons mit eingebautem Generator im Kreis herum. Erste Tests auf gerader Strecke laufen derzeit.

Die geplante Windkraftanlage von NTS im Computermodell. Foto: NTS
Die geplante Windkraftanlage von NTS im Computermodell.Foto: NTS

Stuttgart - Besucher von Badeseen kennen das Phänomen: an windigen Tagen wird es eng im Luftraum über den Gewässern. Große Lenkdrachen rasen dann durch die Luft – und jeder zieht einen „Kitesurfer“ auf einem Surfbrett hinter sich her. Der Trendsport ist so attraktiv, weil er ein rasantes Fahrvergnügen verspricht. Spitzengeschwindigkeiten von mehr als 80 Kilometer in der Stunde und Sprünge von hundert Meter Weite sind keine Seltenheit. Wer die Kraft des Windes so unmittelbar erlebt hat, den lässt die Leidenschaft für Lenkdrachen nicht mehr los.

Der Luft- und Raumfahrtingenieur Uwe Ahrens aus Berlin teilt dieses Interesse – allerdings mit einem ganz anderen Fokus: Warum diese unbändige Kraft nicht längst zur Stromgewinnung eingesetzt wird, ist dem Gründer der Firma NTS Energie- und Transportsysteme ein Rätsel. „Ich renne schon seit Jahren Investoren hinterher, um  Geld für die Entwicklung von Hö­henwindkraftanlagen aufzutreiben.“ Sein ­Konzept: Lenkdrachen als Energielieferanten. Ahrens ist begeistert von der Idee – und ­konnte schließlich ein Entwicklungsteam zusammenstellen. Auch das Fraun­hofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart ist mit ein­gestiegen.

Erste Tests auf gerader Strecke

Seine Beharrlichkeit zahlt sich aus: inzwischen zieht der erste Energiedrachen seine Bahnen über einem Testgelände in Mecklenburg-Vorpommern. Über lange Seile ist der Drachenflügel an einem Eisenbahnwaggon befestigt. Mit der Kraft des Windes wird dieser über eine Schienenstrecke gezogen. Über einen an den Achsen eingebauten Generator wird die Bewegungsenergie dabei in elektrische Energie umgewandelt. Bei Testläufen wurden bisher Leistungen bis zu 120 Kilowatt erbracht. Zum Vergleich: herkömmliche Windräder hierzulande kommen im Schnitt auf 2,2 Megawatt.

Momentan bewegt sich der Waggon noch auf einer 400 Meter langen Geraden. Die Planungen sehen jedoch einen ovalen Schienenkurs vor, bei dem die langen Seiten im rechten Winkel zur vorherrschenden Windrichtung stehen. Bewegt sich der Wagen im Seiten- oder Rückenwind, kann er vom Drachen gezogen werden – in dieser Phase wird Energie gewonnen. Die kurze Strecke im Gegenwind muss unter Energieverbrauch zurückgelegt werden, der Generator im Zugwaggon wird dann zum Motor umfunktioniert.

Vorteile gegenüber klassischen Windkraftwerken

Bis zur Marktreife dieser Art von Höhenwindkraftanlage ist es jedoch noch ein langer Weg. Sowohl technische als auch ­Finanzierungs- und Genehmigungsfragen müssen geklärt werden. Dass sich der Aufwand lohnt, davon ist Uwe Ahrens überzeugt – bietet die Technik doch gegenüber konventionellen Onshore-Windkraftwerken, also Anlagen auf dem Festland, gleich mehrere Vorteile. Augenscheinlich ist zunächst die große Materialeinsparung: Die riesigen Türme fallen weg, an ihre Stelle treten nur mehrere Halteseile. Auch die Flügel fallen weniger massiv aus.

Die eigentlichen Vorteile der Technik hängen jedoch mit der Höhe zusammen, in der die Drachen ihre Runden drehen sollen. Bis zu 500 Meter hoch könnten die Flügel aufsteigen. Konventionelle Windkraftwerke schaffen es bislang nicht über 200 Meter hinaus. Mit größerer Höhe steigt jedoch nicht nur die Geschwindigkeit des Windes, sondern auch seine Konstanz. Herkömmliche Onshore-Windräder drehen sich im Schnitt bestenfalls 150 Tage im Jahr. An den restlichen 215 Tagen ist der Wind zu schwach – die Windmühlen stehen nutz- und antriebslos in der Landschaft. Die Drachen hingegen sollen während mehr als neunzig Prozent der Zeit Strom produzieren. Auch bei starkem Wind wird geflogen, allerdings in geringeren Höhen. Erst bei zehn Windstärken muss der Flügel ganz eingeholt werden.

In der Theorie kann so mit einem einzigen Drachen (englisch: kite) eine Kraftwerksleistung von mehr als einem Megawatt erzielt werden. Fahren mehrere Waggons über den Schienenkurs, lässt sich die Ausbeute vervielfachen. Weniger Materialkosten, höhere Auslastung, hohe Leistung – unterm Strich rechnen die Ingenieure mit Kosten von zwei bis vier Cent für die Gewinnung einer Kilowattstunde Strom. Bisher eingesetzte Windmühlen kommen auf mehr als sieben Cent.

Auch die Ästhetik spricht für die fliegenden Kraftwerke. „In der Bevölkerung haben wir durchweg positive Resonanzen“, erklärt Ahrens. „Die Kites sind, am Himmel betrachtet, kleiner als ein 20-Cent-Stück, die Seile sind schon aus kurzer Entfernung gar nicht mehr zu sehen.“ Auch Schattenwurf und der störende Discoeffekt entfallen, also die regelmäßigen Lichtreflexionen an den Rotorblättern der Windräder. Die Technik ist auch relativ leise – Anwohner dürften sich also durch Lenkdrachenkraftwerke weniger gestört fühlen.

Höhenwindnutzung hat Zukunft

Bei so vielen Vorteilen stellt sich die Frage, warum die Kraftwerke nicht schon eingesetzt werden. Po Wen Cheng von der Universität Stuttgart sieht kein technisches Problem. „Die Technologie mit den Lenkdrachen funktioniert gut. Dahinter steckt einfache Physik, wie man aus kinetischer Energie Elektrizität gewinnen kann.“ Die Höhenwindenergie sei ein sehr vielversprechender Bereich, sagt der Professor am Stiftungslehrstuhl Windenergie. „Momentan gibt es aber mehrere Technologien, die erprobt werden“ – beispielsweise mit Segelfliegern, Ballons oder Hubschraubern. „Welche sich dann zum Schluss durchsetzt, ist noch nicht absehbar.“ Ernsthafte Probleme könne es für die sich schnell bewegenden Drachen nur mit der Luftfahrt geben: sie müssten für Flugzeuge und Hubschrauber eindeutig sichtbar gemacht werden.

Ob sich eine Technik am Energiemarkt durchsetzt, hängt auch davon ab, wie flexibel sie einsetzbar ist. Dezentrale und mobile Kraftwerke sind im Trend. An diesem Punkt setzt die Firma Enerkite an: Auch das Berliner Unternehmen lässt Drachen zur Stromgewinnung steigen – und zwar im wörtlichen Sinne. Die Halteseile laufen bei ihrer Technik über eine Winde, in die ein Generator eingebaut ist. Der Drachen steigt, vom Wind getragen, immer weiter auf. Dabei wird das Seil abgerollt, die Winde gedreht – und Strom produziert. Hat er seinen höchsten Punkt erreicht, wird der Drachen aus dem Wind geflogen. Dann kann das Seil unter geringem Energieaufwand wieder eingeholt werden. Die Anlagen liefern weniger Energie als die großen Schienenkonstruktionen. Aber sie sind kompakt, beweglich und schnell einsetzbar; ein erstes Testkraftwerk ist auf einem allradgetriebenen Lastwagen montiert.

Einsatz fernab der Stromnetze

Für Alexander Bormann, Geschäftsführer von Enerkite, liegen die Vorteile auf der Hand: „Mit der Technologie können wir auch Inselnetze versorgen, also Selbstversorger, die nicht ans reguläre Stromnetz angeschlossen sind.“ So könnten die Drachen etliche rußende Dieselgeneratoren ersetzen. „In Großbritannien zum Beispiel gibt es viele kleinere Inseln, die nur schwer mit Strom versorgt werden können. Aber auch in weiten Teilen Afrikas ist die Stromversorgung lückenhaft. Weltweit haben geschätzte 1,4 Milliarden Menschen keinen regelmäßigen Zugang zur Energieversorgung.“ Die mobilen Lenkdrachen könnten in diesen Gebieten eingesetzt werden – als Alternative zu teuren Großkraftwerken, aber auch, um nicht von unzuverlässigen Netzbetreibern abhängig zu sein.

Doch auch die deutsche Energiebranche muss die Windkraft weiter ausbauen; soll doch laut Bundesumweltministerium der Anteil der Windenergie bis zum Jahre 2025 auf 25 Prozent anwachsen. Der Südwesten ist hier besonders in der Pflicht: mit einem Windkraftanteil von bisher weniger als einem Prozent ist Baden-Württemberg klares Schlusslicht unter den Flächenstaaten. Vielleicht sind es ja Lenkdrachen, die dem regionalen Ökostrom zu künftigen Höhenflügen verhelfen.