Kitesurfen voor Electrabel

Volgens het Italiaanse bedrijf KiteGen kan een verzameling automatisch bestuurde vliegers evenveel energie leveren als een kerncentrale.

De vlieger is al duizenden jaren oud, maar vond recent enkele nieuwe, opmerkelijke toepassingen. Het begon in de watersport: veel windsurfers werden kitesurfers, omdat deze sport spectaculairder is en omdat er minder wind voor nodig is. Het Duitse bedrijf SkySails toonde vervolgens dat een soortgelijke kleine vlieger ook een groot schip kan aandrijven. KiteGen zet nu exact dezelfde techniek in op land: een vlieger als alternatief voor een windmolen. Volgens de Italiaanse ingenieurs valt er alleen al in het verboden gebied voor vliegtuigen boven een kerncentrale 1 gigawatt energie te oogsten – evenveel als een kerncentrale produceert.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Zowel de windkracht als de gelijkmatigheid van de wind nemen toe met de hoogte. Op 800 meter hoogte is de windsnelheid al twee keer zo hoog als op 100 meter hoogte, waar de meeste klassieke windmolens hun energie vandaan halen.

Omdat de windkracht gelijk is aan het kwadraat de derde macht van de windsnelheid, kan er op 800 meter hoogte ongeveer 4 keer meer energie geoogst worden dan op 100 meter hoogte (zie reacties). Dat is een van de redenen waarom microwindturbines nauwelijks elektriciteit opleveren.

Steeds hogere windmolens

Klassieke windmolens worden steeds groter: het Duitse energiebedrijf Enercon installeerde enkele maanden geleden een turbine met een hoogte van 132 meter en een maximale capaciteit van 7 megawatt (meer informatie hier).

Nog grotere windmolens zijn in principe mogelijk, maar die komen met een prijs. Het transport van de onderdelen en de installatie van de toren worden steeds moeilijker. Een fundamenteler probleem is dat er steeds meer staal en beton nodig is om zo’n constructie stabiel te maken.

Voor de Duitse windturbine was (inclusief funderingen) meer dan 1.600 kubieke meter beton en 180 ton staal nodig. Als een windmolen van 800 meter hoog al mogelijk zou zijn, dan zou die een gigantische hoeveelheid bouwmaterialen vragen. Voor een vlieger op 800 meter hoogte is echter nauwelijks materiaal nodig, zodat er met veel minder geld evenveel energie kan worden opgewekt.

Jojo-concept

Het concept van KiteGen is in feite een windmolen zonder de dragende structuur. De vlieger wordt bevestigd aan twee kabels, die elk zijn vastgemaakt aan een generator die op de grond staat. Het systeem werkt als een jojo. De vlieger wekt elektriciteit op terwijl hij stijgt en wordt weer naar beneden gehaald als de kabels helemaal zijn uitgerold. Vervolgens begint het proces opnieuw. Het binnenhalen van de vlieger vraagt 12 procent van de opgewekte elektriciteit, zodat er een aanzienlijk netto rendement wordt gehaald. De Italianen bouwden en testten al een prototype dat 40 kilowatt elektriciteit opleverde (ongeveer het vermogen van een klein stadswagen). Daarvoor werd een standaard kite uit de watersport gebruikt (met een oppervlakte van 10 vierkante meter) en een lijn van 800 meter.

Het bedrijf wil uiteindelijk vliegers van 100 vierkante meter inzetten, die volgens simulaties elk 620 kilowatt energie zouden kunnen leveren. De prijs van de opgewekte energie zou een factor tien tot twintig lager zijn dan bij klassieke windmolens. Bovendien zou er 30 tot 50 keer minder grondoppervlakte nodig zijn als in het geval van traditionele windturbines.

1 gigawatt

Over twee jaar wil KiteGen ook een prototype presenteren van een “carrousel” van vliegers (zie tekening hieronder), die evenveel energie kan leveren als een grote kerncentrale. Die constructie bestaat uit 60 tot 70 vliegers met elk een oppervlakte van 500 vierkante meter, gemonteerd op een grote, draaiende schijf. Die carrousel zou 8,2 vierkante kilometer land nodig hebben – niet weinig, maar volgens de Italianen is er 300 kilometer vierkante kilometer land nodig om evenveel energie (1 gigawatt) op te wekken met traditionele windmolens.

De grootste uitdaging is uiteraard de besturing van de kites. Die moet ervoor zorgen dat er zoveel mogelijk energie wordt geoogst als de vlieger omhoog gaat, en dat er zo weinig mogelijk energie wordt verbruikt wanneer de kite weer wordt binnengehaald. Bovendien mogen de vliegers niet neerstorten of in elkaar verstrikt raken. In principe zou de besturing van de vliegers kunnen gebeuren door ervaren kitesurfers. Maar KiteGen zet in op een automatische besturing.

Besturing

Sensoren die zijn vastgemaakt aan de kites en de kabels sturen via radiosignalen de exacte positie van de vlieger door naar het grondstation, waar die informatie wordt gebruikt om de exacte trekkracht van beide lijnen te bepalen. Dat is – getuige de ingewikkelde berekeningen in de wetenschappelijke artikels – geen eenvoudige taak.

Toch lijkt de besturing van het geheel een minder grote uitdaging dan bij eerdere (pioniers)concepten, zoals de Laddermill van de Nederlandse ruimtevaarder Wubbo Ockels. Het prototype (zie foto's hiernaast) schijnt te werken en ook SkySails heeft onlangs gedemonstreerd dat het vliegerconcept werkt op een vrachtschip – al gaat het in beide gevallen natuurlijk maar om één vlieger en niet om een grote verzameling dicht op elkaar gepakte kites.

KiteGen heeft ook een belangrijk voordeel tegenover een ander veelbelovend concept voor een zwevende elektriciteitscentrale, de zeppelins van Magenn Power. Kites hebben in tegenstelling tot zeppelins geen helium nodig. Helium is een gas dat – net als vele andere grondstoffen – stilaan uitgeput raakt en daarom steeds duurder zal worden.

KiteGen heeft ook een voordeel tegenover SkySails. In het geval van een vrachtschip kan de extra trekkracht van de vlieger ook worden omgezet in extra snelheid, zodat er wel een snelheidswinst maar geen energiebesparing wordt gerealiseerd. Dat gevaar bestaat bij KiteGen niet.

© Kris De Decker

--------------------------------------------------------------------------------------------------------
Verwante artikels :

• Speedboten voor milieubewuste snelheidsfreaks

• 40 kleine windturbines getest : veel geld voor weinig energie

• Geschiedenis van toekomst van de industriële windmolen

• Zwevende windmolens : energie uit de wolken?

• De terugkeer van het zeilschip : kitesurfing voor vrachtschepen

• Vin de vent : Frankrijk vervoert wijn met 19e eeuwse driemasters

• Alle artikels over energie.
  

Startpagina.

Comments

[Geplaatst door: Youngerfill]

Op het gevaar af om afgedaan te worden als beroepsvitter van dienst, kan ik het toch niet laten om nog eens de puntjes op de i te zetten:

De hoeveelheid energie die *per tijdseenheid* voorbijstroomt in de vorm van wind, is evenredig met de *derdemacht* van de windsnelheid. Dus als de windsnelheid op 800 m dubbel zo hoog is als op 100 m hoogte, dan zal een windturbine op 800 m hoogte 8 keer meer energie leveren dan een identieke turbine op 100 m, en niet "slechts" 4 keer meer, zoals in het artikel.

Zie deze link voor een goede uiteenzetting:
http://www.awea.org/faq/windpower.html

[Geplaatst door: Kris De Decker]

Beroepsvitters zijn hier van harte welkom, dus hou je alsjeblieft niet in.

Ik ben wel verbaasd, want de cijfers die ik aanhaal zijn afkomstig van KiteGen zelf. Dus dat zou betekenen dat ze hun eigen technologie onderschatten.

[Geplaatst door: Youngerfill]

Een windenergie start-up bedrijf dat zijn eigen technologie onderschat? Dat moet dan een absoluut unicum zijn! Want meestal hebben ze er handje van weg om creatief om te springen met het gemiddeld vermogen van hun uitvindingen.

Ik weet niet in welk document KiteGen het heeft over een kwadraat (link?), maar het is wellicht een tikfout, want in de FAQ hebben ze het wel over een derdemacht:

http://www.kitegen.com/pages/faq_eng.html
("How wind power is calculated?")

[Geplaatst door: Kris De Decker]

http://www.kitegen.com/pages/winddata.html : onderaan deze pagina stellen ze dat er op 800 meter 4 keer zoveel windkracht te oogsten valt als op (ongeveer) 100 meter.

Niettemin heb je gelijk dat de windkracht toeneemt met een derde macht(ze stellen nergens dat die toeneemt met het kwadraat, ik heb domweg 'cube' als 'kwadraat' vertaald).

Rest dus de vraag hoe deze twee gegevens te verzoenen...

[Geplaatst door: Youngerfill]

Ik vind de gegevens in de tabel beter verzoenbaar met een derdemachtskromme dan met een kwadraatskromme:

Tussen 80 m en 800 m hoogte stijgt de windsnelheid met een factor 7.2/4.6 = 1.56.

Het kwadraat van 1.56 is 2.43.
De derdemacht van 1.56 is 3.79.

Het vermogen stijgt met een factor 205/58 = 3.53. Dit ligt toch wel dichter bij de derdemacht.

[Geplaatst door: Kris De Decker]

Klopt, ik heb de fout in de tekst rechtgezet. Bedankt, en ongetwijfeld tot een volgende keer :)

[Geplaatst door: Youngerfill]

Het woord is nu wel aangepast, maar de cijfers illustreren nog altijd een kwadraat.

Paragraaf #2 zegt in essentie het volgende:
"Indien: windsnelheid x2, dan: energie x4"

Terwijl het als volgt zou moeten zijn:
"Indien: windsnelheid x1.57 (grofweg), dan: energie x4 (grofweg)"

Of, als je liever ronde cijfers gebruikt ipv meetgegevens:
"Indien: windsnelheid x2, dan: energie x8"

[Geplaatst door: koen]

Als al die hernieuwbare alternatieven eenmaal wat uitontwikkeld en toegepast zijn, zullen we verbaasd zijn dat we zoveel geld hebben uitgegeven aan olie, en dat het milieu nodeloos belast is geworden.

[Geplaatst door: klaas]

Er is nog een klein dingetje wat invloed heeft op het vermogen, namelijk dat de dichtheid van de lucht afneemt met de hoogte.

Dat betekent dat weliswaar de luchtsnelheid toeneemt met de hoogte, maar de energieinhoud ervan afneemt. Gelukkig gaat dit maar lineair met de dichtheid. Het verlies door de afnemende dichtheid wordt daarmee (ruimschoots) gecompenseerd door de hogere luchtsnelheid.

Ik dacht dat de luchtdruk (en daarmee de dichtheid) op zo'n 3000 meter hoogte ongeveer 2/3 bedraagt van de luchtdruk op zeeniveau.