X-Wind-Technologie Energiewende mit Unterstützung von Drachenpower machbar? Uwe Ahrens

Transkript

1 X-Wind-Technologie Energiewende mit Unterstützung von Drachenpower machbar? Uwe Ahrens

2 Eine Energiequelle bekannt seit über 3000 Jahren

3 Erfahrenes Team Uwe Ahrens, Gründer NTS: Gelernter Werkzeugmacher (VW) F&E, Qualitätsmanagement bei Volkswagen und BMW Dipl.-Ing. für Luft- und Raumfahrttechnik, TU Berlin Konstruktions- und Produktionsleiter, Johnson & Johnson Gründer und langjähriger Vorstandsvorsitzender der aap Implantate AG. IPO in 1999, ab 2005 Aufsichtsrat Vorsitzender des Ausschusses für Innovation, Technologie und Industrie der IHK, Berlin seit 2001 Mitarbeiter: 8 Ingenieure, 1 Büroleitung, 1 Auszubildender 3 Beirat: Senator Mario Caroli, Geschäftsführender Gesellschafter Bankhaus Ellwanger & Geiger Dr. Martin Wienkenhöver, Vorstandsvorsitzender CABB-Chemicals Dr. Henner Gladen, MAMA Sustainable Incubation AG, ehem. Vorstandsmitglied Solar Millenium

4 Erfahrenes Team Erfahrene Mitarbeiter/innen aus den Bereichen: General Management Finanzmanagement Office Management Fertigungstechnik Maschinenbau Elektrotechnik Flugzeugbau Bahntechnik Architektur Informatik Marketing Sensorik Vertrieb Physik Recht 4

5 Gibt es eine erneuerbare Energiequelle mit: Einem Kapazitätsfaktor von 30 bis zu 70 %? (1) Einer vernachlässigbaren Beeinträchtigung des Landschaftsbildes? (2) Die die Stromkosten nicht erhöht? (1) 5 Quelle: (1) Fraunhofer Institut IWES; (2) NTS

6 Grundidee: Schiffsantrieb zieht Elektrolok

7 X-Wind (=Cross Wind) kombiniert erprobte Technologien zu einer innovativen Höhenwindanlage Schiffsantrieb Generator/Motor Führungssystem 7

8 X-Wind (=Cross Wind) kombiniert erprobte Technologien zu einer innovativen Höhenwindanlage Höhenwindenergie Generator Führungssystem 8

9 Schnittstelle zur Kite-Steuereinheit NTS Steuerungseinheit Lager Befestigung Lager Kraftübertragung vom Kite 9 Drehgestell

10 Stromübertragung in das Netz

11 Vollautomatischer Start- und Landung Füllung Startposition Abheben

12 Besuchs- und Wartungszentrum

13 X-Wind (=Cross Wind) kombiniert erprobte Technologien zu einer innovativen Höhenwindanlage Erzeugung von 120 GWh/Jahr (reicht für ein Automobilwerk) 13

14 Erstflug mit Energieerzeugung 11. Juli 2012

15 Funktionsweise Windkraftanlagen Windkraftanlagen nutzen dieselben Kräfte, die auch die Flugzeuge in der Luft halten. Die Auftriebskraft! Hier eine Anlage mit einer Nennleistung von 6 MW mit einer Rotorfläche von ca m², einem Kapazitätsfaktor von 10-40% und einer Energielieferung von ca. 5,2 21 GWh/a 15

16 Auftriebskraft Woher kommt die Kraft? Die Kraft dahinter! 16

17 Auftriebskraft Ein Brett im Wind erzeugt eine Kraft 17

18 Auftriebskraft Diese Kraft (Fa) = Auftriebskraft, berechnet sich aus verschiedenen Faktoren 18

19 Auftriebskraft 1. Die Windgeschwindigkeit (v) Geringer Wind = kleine Kraft 19

20 Auftriebskraft Starker Wind = große Kraft Aber im Quadrat!Doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet 4 mal soviel Kraft! 20

21 Auftriebskraft 2. Die Fläche (A) Kleine Fläche = kleine Kraft 21

22 Auftriebskraft Große Fläche = große Kraft 22

23 Auftriebskraft 3. Die Luftdichte (r/2) Dünne Luft = kleine Kraft 23

24 Auftriebskraft Dicke Luft = große Kraft Anmerkung: Die Luftdichteveränderung in Bodennähe (< 1000m) kann man vernachlässigen! 24

25 Auftriebskraft 4. Der Auftriebsbeiwert (CA) Schlechte Aerodynamik= kleine Kraft 25

26 Auftriebskraft Gute Aerodynamik = große Kraft 26

27 Auftriebsverteilung Rotorblatt V Rotor = 0 km/h V Rotor = 300 km/h

28 Wo wird die meiste Energie erzeugt? Die Blattspitzen erzeugen: Die Geschwindigkeit der Blätter ist im Drehzentrum 0. Und da die Kraft quadratisch mit der Windgeschwindigkeit steigt, erzeugen die Blattspitzen den Großteil der Energie. 28

29 Und was hat das mit Höhenwind-Energie zu tun? 29

30 Schnitt durch die Fläche einer Windturbine 30

31 Zwei Blattspitzen ergeben einen Drachen 31

32 Die Drachen sind fliegende Blattspitzen 32

33 Wie bewegen sich die Drachen? Die optimale Flugbahn der Drachen ist eine liegende Energiedrachen können immer in der optimalen Höhe fliegen! Bei schwachem Wind hoch, bei zu starkem Wind niedrig!

34 Die liegende 8 schematische Darstellung 34

35 Mit zunehmender Höhe steigt nicht nur die Stärke sondern auch die Verfügbarkeit von Wind Quelle: aksel-maier.org

36 Höhe (m) Die Energie im Wind steigt mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit. 2-fache Geschwindigkeit = 8 mal soviel Energie! Entwicklung der Windgeschwindigkeit mit zunehmender Höhe Faktor 3, Faktor 2, Quelle: QUH Windgeschwindigkeit (m/s)

37 Energie Die Berechnungen von Miles L. Loyd: Theoretisch erreichbar: 38 kw/m² Drachenfläche (bei z.b. Wind Geschwindigkeit 10m/Sek.) Zum Vergleich: 1 kw/m² pro Photovoltaikfläche 37

38 Grundprinzip

39 Grundprinzip X-Windtechnologie

40 Energieausbeute Energieerzeugung Energieverbrauch

41 Die Höhenwindkraft wird am Boden in Energie umgewandelt NTS Powerunit 41

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43 X-Windkraft: Kites ziehen Triebköpfe = Stromproduktion, Triebköpfe fahren = Start, Landung und in der Luft halten 43 43

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45 Film zur Absturzsimulation bitte anfordern Film zum Absturz eines Energiedrachens bitte anfordern

46 Flächenverbrauch Biomassekraftwerk Geothermiekraftwerk Windpark Wasserkraftwerk Photovoltaik Solarthermisches Kraftwerk Höhenwindkraftwerk 1-2 GWh/km²/a (Mitteleuropa) 1-2 GWh/km²/a (Türkei, Italien) 5-50 GWh/km²/a (Küste,Offshore) 5-50 GWh/km²/a (Norwegen, Alpen) GWh/km²/a (Südeuropa) GWh/km²/a (Nordafrika) >2.500 GWh/km²/a (nahezu Überall)2) Quelle: DLR Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Hans Müller-Steinhagen 2) eigene Berechnung

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48 Reale Größenverhältnisse

49 Leistungsvergleich 8 Kites entsprechen 20 konventionellen 1 MW Windkraftanlagen => 40GWh/a

50 X-Windenergie und Wirtschaftlichkeit

51 Anlagenvergleich WEA = konv. Windkraft FWEA = Höhenwindkraft

52 Wirtschaftlichkeitsabschätzung

53 Erteilte Patente USA China Russland Europa Indonesien Türkei Australien Süd Afrika Marokko

54 Erteilte Patente USA China Russland Europa Indonesien Türkei Australien Süd Afrika Marokko

55 Auszeichnungen February 2009, KIS-Forum Brussels: Most Successful company September 2009, EVC SF, Lisbon: Best Cleantech Company November 2009, 2. Münchner Cleantech-Konferenz: Best Presenting Company December 2009, EVC Barcelona: Finalist Top 25 of the best European Venture Opportunities September 2010, ecolink+, Vienna: Best Presenting Company Nov European Venture Contest SF, Luxembourg: Best Cleantech Company October 2011, European Venture Contest SF, Pamplona: Best Cleantech Company October 2012, Eureka Venture Forum Istanbul, Best presenting Company

56 Kooperationen Letters of Intent BMW, Werk Leipzig DSM/Dyneema, Niederlande Entwicklungspartner und Sponsoren 3M Berliner Stadtreinigung BSR Autodesk Friedland Industrial Minerals GmbH Fraunhofer Institut IPA, ISW Stuttgart Thyssen Krupp Hapag-Lloyd Liros Swing Flugsportgeräte TU Berlin, Beuth Hochschule für Technik Berlin Verbände Bundesverband Windenergie e.v. Airborne Wind Energy Consortium Organization committee AWEC 2011 Investoren 3M Kreditanstalt für Wiederaufbau Investitionsbank Berlin/EFRE (Grant)

57 X-Windenergie und die Netzintegrität

58 Speicherung

59 Beitrag zur Netzstabilität Produktion Transmission system operator Verbrauch 50 Hz Abrufbare Reserve Angebot Markt für control reserve X-Wind plant

60 Beitrag zur Netzstabilität X-Wind Technologie kann die volle Kapazität innerhalb 10 Sek. herunterfahren und ermöglicht auch eine negative kontroll Reserve (Umschaltbar von Stromgeneration auf Verbrauchsmodus) Ist perfekt geeignet für Provisionen aus secondary and tertiary control reserve X-Wind Technologie kann einen substantiellen Beitrag zur Netzstabilität leisten

61 Einnahmemöglichkeiten aus dem Kontrollreserve Markt (GER) Durchschnittseinnahmen aus capacity prices Negativ secondary control reserve Negativ tertiary control reserve /MW/a /MW/a /MW/a /MW/a

62 X-Windenergie und der Markt

63 Trends Einsparungspotenzial bis 2020 durch Ökodesignverordnung 12% = 315 TWh Bedarfsanstieg bis 2020 = 35% auf 2600 TWh Tatsächlicher Anstieg 22% E-Mobility nicht kalkuliert oder 63

64 Kosten Sonnenenergie C/kWh 1) 7-9 C/ kwh 5) 4 C/kWh 2) Windenergie Wasserkraft Erdwärme 4,7 C/kWh 4) 3,5-10 C/kWh 2) Biomasse Cross- Wind- Energie <3 C/kWh 5) 1) Handelsblatt 2) 3) 1) 4) 5) eigene Angaben und EEG Verfügbarkeit

65 Marktaussichten konv. Windenergie

66 Marktaussichten: Potenzial für X-Wind

67 Erfahrenes Team Erfahrene Mitarbeiter/innen aus den Bereichen: General Management Finanzmanagement Office Management Fertigungstechnik Maschinenbau Elektrotechnik Flugzeugbau Bahntechnik Architektur Informatik Sensorik Physik 67

68 Kundenwünsche Hohe Rendite Geringes Risiko Umweltfreundliche Anlagen Keine Kontamination der Umwelt (erprobtes Material) Fauna und Flora freundlich Wenig optische Umweltbeeinflussung Geringer Ressourcenbedarf Wenig Flächenbedarf Nahezu CO2 freie Energieproduktion Geräuscharme Energieerzeugung 68

69 Kundenprobleme Der Bedarf muss für die nächsten 20 Jahre eingeschätzt werden Die Anlage muss umweltfreundlich sein (Fauna und Flora) Die Anlage sollte möglichst wenig Fläche verbrauchen Die Anlage sollte möglichst Erneuerbare Energie erzeugen Die Anlage sollte einen hohen Kapazitätsfaktor haben Die Anlage muss profitabel sein Die Anlage sollte möglichst regelfähig sein Die Anlage muss genehmigungsfähig sein Die Anlage sollte das Landschaftsbild so wenig möglich beeinträchtigen Die Anlage sollte möglichst ressourcenschonend sein Die Anlage sollte möglichst verbrauchernah gebaut werden können Die Anlagen dürfen niemanden gefährden Die Anlagen müssen katastrophensicher sein Die Anlage sollte möglichst ressourcenschonend rückbaubar sein Die Anlage sollte mit geringen Kosten rückbaubar sein 69

70 Kundenantworten Der Bedarf muss für die nächsten 20 Jahre eingeschätzt werden X-Windanlagen sind skalierbar. Sie können für den Bedarf von heute gebaut werden und können in 2,5 GWh/a Schritten erweitert (oder reduziert) werden. Die Anlage muss umweltfreundlich sein (Fauna und Flora) X-Windanlagen beeinträchtigen Pflanzen und Tiere extrem wenig (weiteres im Folgenden) Die Anlage sollte möglichst wenig Fläche verbrauchen Bezüglich des Flächenbedarfs haben X-Windanlagen den geringsten Bedarf unter den Erneuerbaren Die Anlage sollte möglichst Erneuerbare Energie erzeugen X-Windanlagen nutzen die Höhenwindkraft und sind extrem CO2 reduzierend Die Anlage sollte einen hohen Kapazitätsfaktor haben X-Windanlagen haben einen Kapazitätsfaktor von bis zu 70% (vergleichbar mit Kernkraftwerken). Sie können sogar noch betrieben werden, wenn konventionelle Windkraftanlagen wegen zu hoher Windgeschwindigkeiten abgeschaltet werden müssen. Nach unserer Empfehlung können X- Windanlagen aber auch mit einem Kapazitätsfaktor von 100% (Volllastfähigkeit) durch Kopplung mit der Wasserstofftechnik sein (siehe auch Grafik weiter unten) 70

71 Kundenantworten Die Anlage muss profitabel sein X-Windanlagen haben einen Ertrag deutlich größer als 10% unter EEG Bedingungen, sind aber auch wettbewerbsfähig mit (bereits abgeschriebenen) fossilen Stromerzeugern Die Anlage sollte möglichst regelfähig sein X-Windanlagen können in weniger als 60 Sekunden auf null Leistung gefahren werden. Im Notfall können sie sogar bis zu 50% ihrer Nennleistung aus dem Netz nehmen Die Anlage muss genehmigungsfähig sein X-Windanlagen sind genehmigungsfähig (Gutachten vorhanden) Die Anlage sollte das Landschaftsbild so wenig möglich beeinträchtigen X-Windanlagen sind in der Landschaft nahezu unsichtbar und können darüber hinaus dem Landschaftsbild angepasst werden Die Anlage sollte möglichst ressourcenschonend sein X-Windanlagen verbrauchen deutlich unter 10% der Rohstoffe einer konventionellen Windturbine 71

72 Kundenantworten Die Anlage sollte möglichst verbrauchernah gebaut werden können Da die Höhenwinde (über 200m bis max. 500m) wesentlich stärker und kontinuierlicher wehen, können sie stets verbrauchernah gebaut werden. Überall wo Eisenbahnen gebaut werden können, funktionieren auch X- Windanlagen Die Anlagen dürfen niemanden gefährden Die Energie erzeugenden Drachen der X-Windtechnologie fallen im höchstunwahrscheinlichen Fall des Risses eines Seiles (Sicherheit der Fahrstuhltechnik) wie ein Bettlaken vom Himmel. Die Fahrstrecken einer Anlage werden natürlich geschützt Die Anlagen müssen katastrophensicher sein X-Windanlagen können gegen (fast) alle Katastrophen gesichert werden. Sie können Erdbeben-, Flutkatastrophen-, Tsunami-, Orkan- und Gewittersicher gebaut werden (Ausnahme Vulkangebiete) Die Anlage sollte möglichst ressourcenschonend rückbaubar sein X-Windanlagen werden nach der NTS-Natur Design Philosophie entwickelt gebaut. NTS verwendet soweit gehend wie möglich nachwachsende bzw. recyclingfähige Rohstoffe. Da aber X-Windanlagen von der Technik her schon extrem wenig Rohstoffe bei der Herstellung verwenden sind sie durch und durch nachhaltig 72

73 Kundenantworten Rückbaufähigkeit Das Schienensystem kann einfachst entsorgt werden wie die der Eisenbahnen der Welt, diese werden heutzutage zu nahezu 100% wiederverwendet bzw. recycelt Die Energieerzeugungseinheiten bestehen aus den Komponenten Drehgestell (Elektrolokkomponenten) und Servomotoren zur Steuerung der Energiedrachen. Für beide Systemkomponenten gibt es Regularien zur Wiederverwendung. Die Seile und die Energiedrachen bestehen im Wesentlichen aus einer Weiterentwicklung von Nylonfasern. Diese sind nahezu vollständig wiederverwendbar Die Energieeinspeisetechnik entspricht im Wesentlichen der Standardeinspeisetechnik von Systemen der Erneuerbaren Energie. Wechselrichter und Transformatoren sind relativ leicht zurückzubauen und wieder zu verwenden Allgemeine Anlagenbestandteile: Die hier nicht explizit genannten Bauteile einer X-Windanlage sind gemäß unserer internen Entwicklungsvorschrift möglichst rohstoffarm und wiederverwendbar gestaltet Grundsätzliches: X-Windanlagen haben das Ziel auf eine möglichst ressourcenschonende Art und Weise entwickelt zu werden (siehe auch Naturdesign Philosophie NTS) 73

74 Einfache Botschaft (save the planet) Landschaftsschutz (nahezu unsichtbar, Reduktion von Hochspannungsmasten, wenig Flächenverbrauch, nahezu kein Schattenwurf, kein Stroboskopeffekt) Tierschutz (Vogel- und fledermausfreundlich) Klima- und Umweltschutz (CO2 foot print vernachlässigbar, kein Stroboskopeffekt, nahezu kein Schattenwurf, geringe Geräuschentwicklung, extreme Reduktion des Rohstoffeinsatzes) Einfach zu erklären Sehr gute PR Wirkung für die Region (Umwelt) Sehr gute Ertragsquelle mit ich tue was gutes Effekt

75 Die Zukunft der erneuerbaren Energie! 75

76 Zusammenfassung NTS X-Wind ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung von Höhenwind-Technologie Im Vergleich zu konventionellen Windkraftanlagen erzeugen X-Wind Anlagen deutlich günstigeren Strom X-Wind Anlagen sind im Landschaftsbild kaum wahrnehmbar und können daher in direkter Nähe des Verbraucher errichtet werden. 76

77 Literatur: Neu: Wissenschaft liches Buch zum Thema Höhenwinde nergie erschienen: Uwe Ahrens, Roland Schmehl, Moritz Diehl: Airborne Wind Energy (ISSN )

78 Mehr unter: NTS Energie- und Transportsysteme GmbH Tel.: Fax: Kurfürstendamm 217, Berlin

79 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 79

80 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 80

81 Energiepreiserhöhung muss nicht sein! Beteiligen Sie sich unter: