Windenergieanlagen in der Luft

Windenergie in großer Höhe oder häufiger Airborne Wind Energy ist eine neue und sich entwickelnde Form der erneuerbaren Energietechnologie, die luftgestützte Geräte zur Stromerzeugung verwendet. Im Gegensatz zu herkömmlicher Windkraft, die große Windkraftanlagen verwendet, die am Boden oder weit draußen auf dem Meer befestigt sind, werden bei der Windenergie in der Luft frei schwebende Geräte wie Ballons, Drachen und angebundene Flügel verwendet, die hoch in der Luft schweben.

Airborne Wind Energy (AWE) nutzt viele etablierte Technologien, die derzeit in konventionellen bodengestützten Windenergieanlagen verwendet werden, wie z. B. die Verwendung der gleichen Arten von Generatoren, Getrieben und netzgekoppelten Stromrichtern.

Aber was Was diese luftgestützten Windkraftanlagen von ihren Verwandten auf dem Land oder im Meer unterscheidet, ist die Art und Weise, wie sie dem Wind Energie entziehen. Anstelle einer großen Stahlturmstruktur verankert ein Halteseil das System am Boden, und anstelle langer rotierender Turbinenblätter ziehen speziell entworfene Tragflächendrachen und -flügel einen Weg über den Himmel, um die Windenergie zu extrahieren.

Airborne Wind Energy Device

Wir haben als Kinder gesehen, dass beim Fliegen eines Drachens viel Kraft aus dem Wind gezogen wird, und dies wird auch von denjenigen genutzt, die luftgestützte Kiteboards und Kitebuggys als Antriebsform verwenden.

Aber wir können die gleiche Zug- und Auftriebskraft des Windes auch nutzen, um mit fliegenden Windturbinen eine billige und reichliche Versorgung mit elektrischem Strom zu erzeugen.

Flugwindenergiegeräte wie ein angebundener Flügel oder ein Tragflügeldrachen sind elektromechanische Systeme, die die Energie aus der kinetischen Energie der am Himmel kreisenden Winde gewinnen.

Die meisten luftgestützten Windkraftanlagen sind so konzipiert, dass sie in Seitenwind- oder Querrichtung fliegen, was es ihnen ermöglicht, die immense Windkraftressource des Windes auf mittlere bis große Höhen von mehr als 200 Metern zu konzentrieren.

Dies liegt daran, dass in Höhen über 200 Metern ist die Windgeschwindigkeit im Allgemeinen höher und konstanter als näher an der Erdoberfläche, sodass wir diese starken Winde als Energiequelle nutzen und damit Strom erzeugen können.

Außerdem reichen der Auftrieb und die Kräfte, die der Wind in diesen Höhen erzeugt, aus, um sowohl das in der Luft befindliche Gerät zu tragen als auch Energie zu erzeugen. Da diese luftgestützten Windgeräte in größerer Höhe mit stärkeren Windgeschwindigkeiten betrieben werden, kann potenziell mehr Strom mit größerer Beständigkeit erzeugt werden.

Aufgrund dieser großen Höhen können herkömmliche Windkraftanlagentürme nicht einmal in einer Höhe von 100 Metern verwendet werden, jedoch bietet die Aufstellung von Windkraftanlagen hoch oben auf den Gipfeln von Gebirgszügen eine deutliche Steigerung der Energieumwandlung im Vergleich zu denen, die sich tiefer auf Meereshöhe befinden. Luftgestützte Windenergieanlagen werden mechanisch mit dem Boden verbunden oder angebunden, um die Relativgeschwindigkeit zwischen der Bewegung des Windes und dem stationären Boden auszunutzen.

Um die Windenergie aus den Winden in großer Höhe einzufangen, wurden verschiedene Geräte entwickelt, die auf Flugzeugtechnologien basieren, wie z Erde. Diese Geräte können entweder mit einer stationären Bodenstation zur Stromerzeugung oder mit einem anderen beweglichen, aber nicht fliegenden Objekt verbunden werden, um eine Traktionskraft zu erzeugen, wie z. B. die Drehung eines Schwungrads.

Tethered Wind Power

Wir alle sind mit den sich drehenden Blättern einer traditionellen bodengestützten Windkraftanlage vertraut. Wie also erzeugen fliegende Windenergieanlagen Strom? Die derzeit gebräuchlichste Methode ist ein bodengestützter Generator, der an der Halteseilwinde befestigt ist und Strom erzeugt, wenn der Drachen oder das Tragflügel das Kabel herauszieht. Das Drehmoment und die Geschwindigkeit des Halteseils erzeugen Strom, indem die Windentrommel gedreht wird, die wiederum einen elektrischen Generator antreibt.

In einem bodengestützten Generatorsystem wird elektrische Energie erzeugt, wenn das Halteseil gezogen oder abgerollt wird bis die maximale Halteseillänge oder -höhe erreicht ist. Die nächste Stufe beinhaltet das Zurückholen oder Zurückziehen des Halteseils, das auf die Trommel zurückgewickelt wird. Das Einziehen des Halteseils verbraucht wenig elektrische Energie, da der Generator zum Motorantrieb wird, um das Seil einzuziehen.

Sobald das Halteseil wieder vollständig auf die Trommel aufgewickelt ist, beginnt der Erzeugungsprozess erneut. Aufgrund der periodischen Ein- und Ausrollbewegung des luftgestützten Geräts werden bodengestützte Windkraftgeneratoren manchmal als Yo-Yo-Generatoren bezeichnet.

Da sich der elektrische Generator und die Windenmechanismen dieser bodengestützten Windenergiesysteme auf dem Boden befinden, können leichte flexible Flügel, Surfdrachen und Tragflügel verwendet werden, um einen Weg über den Himmel zu streichen, um die Energie zu extrahieren. Aber wir können auch luftgestützte Generatoren verwenden, die starre Flügel verwenden, die einem schnell fliegenden, angebundenen Flugzeug oder den Spitzen von Windturbinenblättern ähneln, um elektrische Energie zu erzeugen.

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Luftgestützte Generatorsysteme ähneln normalerweise eher einem Flugzeug und weniger wie ein Drachen, mit integrierten computergestützten Autopilotsystemen und Flugsteuerungen. Anstelle von Motoren und Propellern haben diese flugzeugähnlichen Geräte Turbinen und Bordgeneratoren, die die elektrische Energie erzeugen, während sie im Wind gleiten.

Der Nachteil dieser luftgestützten Windkraftanlagen besteht darin, dass das Halteseil sowohl Strom leiten als auch den starken Zugkräften des Windes standhalten muss. Außerdem erhöht die Vergrößerung des Durchmessers der Seile den Luftwiderstand, und die Bordgeneratoren und Stromrichter fügen dem fliegenden System zusätzliches Gewicht hinzu.

Andere Arten von luftgestützten Windenergiesystemen umfassen mit Helium gefüllte Ballons und Zeppelin-Luftschiffe, die leichter als Luft sind und unter Verwendung eines großen horizontalen Savonius-Rotors Energie erzeugen. Einige luftgestützte Windenergiesysteme erzeugen keinen elektrischen Strom, sondern nutzen die starke Zugkraft des Windes, um eine Art Fahrzeug auf dem Boden auf einer Strecke anzutreiben.

Windenergie ist eine der fortschrittlichsten Technologien heute für erneuerbare Energiequellen. In den Gebieten, in denen die Energieerzeugungskapazität am meisten benötigt wird, ist die verfügbare Landfläche begrenzt, was zu einem starken Fokus auf Offshore-Technologie für zukünftige Investitionen geführt hat.

Flugwindenergieist eine der Optionen, die insbesondere im Offshore-Windmarkt genutzt werden könnten, wenn die Technologie ausgereifter und für die kommerzielle Anwendung brauchbar wird. Offshore-Windenergie bietet auch ein größeres Energiepotenzial, da die Windgeschwindigkeiten draußen in den Ozeanen höher sind.

Das Ersetzen der großen und sperrigen Struktur eines Turbinenturms durch einen leichteren und effizienteren angebundenen Flügel ermöglicht es uns, Energie nicht nur am Boden, sondern auch hoch oben in den Himmeln zu erzeugen. Die Windressource in großen Höhen ist im Vergleich zur konventionellen Windenergiehöhe und Windgeschwindigkeit sehr vielversprechend, da es in größeren Höhen deutlich höhere Windgeschwindigkeiten und beständigere Windressourcen gibt. Luftgestützte Windenergiesysteme sind jedoch nicht ohne Nachteile wie:

Einige Nachteile von luftgestützter Windenergie

• Schlechtes Wetter in Form von Donner- und Blitzeinschlägen stellt ein sehr ernstes Risiko für die Zerstörung von Fluggeräten dar.
• Wenn das Gerät zerstört wird, wird kein Strom erzeugt bei schlechtem Wetter eingefahren.
• Sicherheitsrisiko, da sich die Fluggeräte und Stromkabel lösen oder beschädigt werden können, wenn sie auf den Boden fallen.
• Öffentliche Akzeptanz dieser großen schwebenden Luftfahrzeuge über Land und Wohngebieten.
• Design- und Steuerungsherausforderungen dieser autonomen Systeme bei allen Wind- und Wetterbedingungen.
• Drachen und Flügel müssen leicht und haltbar sein, um in den Höhenwinden fliegen zu können .
• Elektrische Energieverluste im langen Leitungskabel vom luftgestützten Generatorsystem zum Boden.
• Seilwiderstand aufgrund von Seilen mit großem Durchmesser, die bei bodengestützten Systemen viele Arbeitszyklen unterschiedlicher Belastung überstehen müssen.

Der Erfolg und die laufende Entwicklung erneuerbarer Energiequellen, einschließlich Windenergie, werden davon profitieren stark von Fortschritten bei neuen Technologien, Ideen und eingeführten Steuerungssystemen, die im Laufe ihrer Entwicklung immer ausgereifter werden.

Luftgestützte Windenergie ist eine relativ junge Technologie und Branche, aber die bereits entwickelten Ideen und Konzepte scheinen vielversprechend zu sein Potenzial, das im Bereich der erneuerbaren Energien eine entscheidende Rolle spielt. Vielleicht werden eines Tages viele Drachen, Ballons und Flügel in der Luft fliegen, die Strom aus kostenloser und nachhaltiger Windenergie aus großer Höhe erzeugen.

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