Door gebruik te maken van de kracht van sterke wind op grotere hoogte dan de turbines bereiken, windenergie in de lucht zou een andere belangrijke bron van hernieuwbare energie kunnen zijn, maar het zal een combinatie van succesvolle ontwerpen nodig hebben, robuustere software en goede storytelling om echt van de grond te komen.

De vierkante drone schudt in de wind met de Zwitserse Alpen op de achtergrond. Op het eerste gezicht, dit lijkt op een vakantievideo van een drone-liefhebber, behalve dat de drone energie genereert wanneer hij vliegt. Een kabel verbindt het met de grond en wanneer de wind de drone optrekt, het maakt de kabel los via een lier, en energie wordt geproduceerd. Dit is een test van een windenergiesysteem in de lucht door het bedrijf Skypull uit Zwitserland, en het kan een sleuteltechnologie zijn bij het vormgeven van de toekomst van hernieuwbare energiebronnen.

In pogingen om klimaatverandering aan te pakken, windenergie zal waarschijnlijk de sleutel zijn. tegen 2027, het Internationaal Energieagentschap schat dat windturbines de belangrijkste energiebron in de EU zullen zijn. Maar dat heeft ook een aantal nadelen:turbines zijn groot, duur en moeilijk te bouwen.

Daarom experimenteert een scala aan wetenschappers en startups nu met zogenaamde airborne windenergie. Ontwerpen verschillen sterk, maar over het algemeen betekent het een luchtballon gebruiken, vlieger of drone, die met een kabel aan de grond is bevestigd, energie te produceren. Dergelijke installaties in de lucht hebben toegang tot sterkere wind door hoger te vliegen dan conventionele windturbines, terwijl ook, in theorie, goedkoper en gemakkelijker te installeren zijn, compenseren voor enkele van de zwakke punten van wind op de grond.

inzetbaarheid

"Airborne wind zal minder kosten in vergelijking met traditionele windenergie, " zei Nicola Mona, mede-oprichter van Skypull. "Er is een economische drijfveer. Maar er is ook de inzetbaarheid. Traditionele windturbines lopen tegen ruimtegebrek aan, terwijl systemen in de lucht op een grotere verscheidenheid aan plaatsen kunnen werken."

Het ontwerp van Skypull is een hybride tussen een multicopter-drone, en een normaal vliegtuig met vaste vleugels. Het vaartuig ziet eruit als een doos, met vier vleugels aan elkaar bevestigd in een vierkant en rotoren op de hoeken. Hierdoor kan hij op moeilijke plekken opstijgen, maar op grotere hoogte vliegen als een gewone zweefvliegtuig, die lift genereert door zijn vleugels. Op dit moment test het team het concept nog uit met kleinere ontwerpen van ongeveer 1,25 meter spanwijdte, maar uiteindelijk willen ze een drone bouwen met een totale spanwijdte van 17 meter.

De startup ging van start toen de drie oprichters, Mona, Marcello Corongiu en Aldo Cattano—met. "Toen ik Aldo voor het eerst ontmoette, hij presenteerde het idee aan mij, Ik herinner me dat mijn eerste reactie was:"Dit is gek, dit gaat nooit werken, "' zei Mona, een ruimtevaartingenieur die al eerder bij verschillende startups was betrokken. Nog, na verloop van tijd raakte hij meer overtuigd van het potentieel. "Ik keek naar de documenten en nummers, en alles gecontroleerd, die mij overtuigde."

Daarna, het bedrijf nam deel aan verschillende startup-wedstrijden, het winnen van een hele reeks van hen. Momenteel voltooit het team het ontwerp van hun vaartuig. "We hebben een paar werkende prototypes, "zei Mona. "Ze zien er niet uit als het eindproduct, maar ze zijn goed genoeg om het concept te bewijzen."

Die, als het lukt, een aanzienlijke hoeveelheid energie kan opwekken. Mona merkt op dat ze momenteel een piekvermogen van 3 kilowatt per meter spanwijdte bereiken, terwijl hun eerste commerciële product, gepland voor 2022, 100 kilowatt zal bereiken voor ongeveer 6 meter spanwijdte. Van dit, er komt een groter systeem dat 1 megawatt opwekt, lager dan een windturbine op land, die gemiddeld zo’n 2,5 tot 3 megawatt bedraagt, maar interessant voor afgelegen locaties en off-grid operaties over de hele wereld.

Een ander team dat gokt op wind in de lucht is Ampyx Power uit Nederland. Ze hebben ongeveer 50 mensen in dienst om hun ontwerp in de lucht te krijgen. Net als Skypull produceren ze een vaste vleugel, drone-achtig ontwerp. Maar Ampyx Power's vaartuig stijgt op met een katapult vanaf de grond, en lijkt meer op een vliegtuig. Hun pre-commerciële demonstrator AP3 heeft een spanwijdte van 12 meter, met twee rompen eraan bevestigd, achterroeren en een stabilisator. Dit testvaartuig zou 150 kilowatt aan vermogen kunnen genereren.

"Dit is een geheel nieuwe generatie windenergietechnologie, zei Pim Breukelman, commercieel directeur van Ampyx Power. "We vliegen met een aerodynamische vleugel die is verbonden met een kabel, die op zijn beurt is verbonden met een generator op de grond. We vliegen op een hoogte tussen 200 en 450 meter, waar we constante en krachtige winden vinden."

De ontwerpen van Ampyx Power en Skypull zien er misschien heel anders uit, maar beide werken volgens vergelijkbare principes. Ze stijgen gemechaniseerd op, klimmen met behulp van motoren, totdat ze een bepaalde hoogte bereiken, meestal rond de 200 meter. Daar gebruiken ze het hefvermogen van hun vleugels om zich meer als een vlieger of zweefvliegtuig te gedragen, door de wind omhoog getrokken worden. De kabel die het vliegtuig vasthoudt, is bevestigd aan een lier, die wordt uitgetrokken wanneer de wind de drone optrekt. Dit genereert rotatie, en dus energie. Wanneer de lier tot het uiterste is uitgerekt, de drone stuurt zichzelf automatisch naar beneden om het proces opnieuw te starten.

Ampyx Power zal eind dit jaar hun negende prototype testen in Spanje, die zal worden gevolgd door tests in Ierland. Ze werken ook aan een commercieel product van 2 tot 3 megawatt, voor aan land, offshore en uiteindelijk drijvende opwekking van energie.

"Deze vliegtuigen kunnen (uiteindelijk) worden gevlogen vanaf drijvende platforms, en zijn geschikt voor plaatsen op zee waar de huidige windtechnologie niet rendabel of technisch niet haalbaar is, " zei Breukelman. "Over een paar jaar moet dit systeem operationeel zijn."

complementair

Maar ondanks alle voordelen van de luchtversie, Skypull en Ampyx Power willen de reguliere windenergie niet vervangen. "Ons systeem begint waar windturbines eindigen, zei Breukelman, opmerkend dat hun vliegtuigen op grotere hoogte vliegen dan turbines kunnen bereiken, en vullen ze aan. Hij zegt ook dat wind in de lucht nuttig kan zijn om de levensduur van windturbines op zee te verlengen, waarvan de fundamenten kunnen dienen als startblokken voor winddrones in de lucht.

Nicola Mona is het daarmee eens. "We zullen altijd een mix van energiebronnen nodig hebben, " zei hij. "Er zal nooit één enkele hernieuwbare bron zijn die alles vervangt. We hebben een combinatie nodig van hydro, traditionele wind, wind in de lucht, zonne- en aardwarmte."

Ondertussen, Airborne wind technologie evolueert ook. Tot een paar jaar geleden, vliegerachtige ontwerpen overheersten, vergelijkbaar met grote versies van de vliegers die door kinderen op het strand worden gevlogen. Maar vandaag, de ontwerpen met vaste vleugels, die meer op drones lijken, zijn in opkomst.

"Airborne wind begon met het aanpassen van wat er al vloog, "zei Mona. "Dus het is logisch dat vliegers eerst kwamen. Maar uiteindelijk bieden ontwerpen met vaste vleugels betere aerodynamica en energiepotentieel."

Veiligheid

Veiligheid is, echter, iets waar airborne windbedrijven nog steeds mee worstelen. Als wind in de lucht energie op grote schaal wil opwekken, moeten ze hun ontwerpen dagen of zelfs weken autonoom in de wind laten vliegen. Softwaresystemen zullen deze vaartuigen tijdens deze perioden moeten besturen, en laat ze werken onder veranderende weersomstandigheden. En dat allemaal zonder dat ze instorten.

"Software is momenteel onze grootste uitdaging, "zei Mona. "Je wilt dat deze systemen volledig autonoom zijn, wat niet gemakkelijk is."

En dan is er nog de regelgeving. Regelgeving voor onbemande luchtvaartuigen blijft in veel landen achter, ook van invloed op windenergiebedrijven in de lucht.

En tot slot is er de kwestie van PR. "In de loop van de tijd zagen we dat mensen niet van windturbines houden, " zei Mona, verwijzend naar hoe in landen als Duitsland of Nederland windturbines niet worden gebouwd vanwege lokale tegenstand.

"Ze zijn groot, omslachtig en hebben een visuele impact. En wind in de lucht loopt ook het risico van een publieke reactie, omdat ze over de hoofden van mensen vliegen. We hebben dus goede verhalen nodig, en de nadruk op veiligheid, om dezelfde reactie te voorkomen die we zagen bij windturbines."