Mit KI und 3D-Druck

Leichtbauteile für Energie-Drachen

12. April 2021, 08:55 Uhr   |  Heinz Arnold

Leichtbauteile für Energie-Drachen
© Enerkite

Der Drache ist über ein Kabel mit der Bodenstation verbunden. Steigt der Drache in den Höhenwinden auf, versetzt er den Generator in der Bodenstation in Rotation, so dass er Strom erzeugt.

Die 100-kW-Drachen, die Höhenwinde für die Energiegewinnung nutzen, sollen ab 2022 mit an der BTU Cottbus entwickelten Leichtbauteilen fliegen. Kein anderes System liefere günstigeren grünen Strom.

Die in Kleinmachnow, Brandenburg, ansässige Enerkite hat sich zum Ziel gesetzt, einen Flugdrachen zu entwickeln, der doppelt so viel Energie produziert als klassische Windräder. Den 100-kW-Serienprototypen will Enerkite 2022 fertig gestellt haben. Damit der Drachen sicher und effizient betrieben werden kann, entwickelt ein Team der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU Cottbus) um Prof. Holger Seidlitz belastbare Leichtbau-Komponenten für die Steuerung der Anlage. Das gemeinsame Forschungsprojekt startete Anfang April. Unter Verwendung von Künstlicher Intelligenz (KI) entstehen neue Designmethoden, die auf andere Problemstellungen übertragbar sind.

Made in Brandenburg & unmade in Brandenburg

Zudem beschäftigt sich Prof. Seidlitz mit dem Recycling der hocheffizienten Materialien: »Wir wollen den gesamten Lebenszyklus der Anlagen im Blick haben. Was nützt es Material zu sparen, wenn ich statt einer Tonne Stahl am Ende 100 kg Sondermüll verwerten muss?«

Erste Skalierung der Enerkite-Technologie

Flugwindkraftanlagen können durch die Nutzung von Höhenwinden zuverlässig kontinuierlich Strom produzieren. So könnte der 100-kW-Serienprototyp 200 Haushalte dauerhaft mit grünem Strom versorgen. Die Anlagen bestehen nur aus einem Drachen, drei Seilen und einem Steuerungscontainer und sparen so 90 Prozent der Ressourcen. Das Interessante an den Höhenwinden: Sie wehen über 80 Prozent der Landfläche, stehen also fast überall zur Verfügung. Sie müssen nur angezapft werden. Das will Enerkite mit der fliegenden Windkraftanlage tun. Die Drachen versprechen, den kostengünstigsten Strom aller grünen Energiequellen zu liefern. So können Flugwindkraftanlagen einen bedeutenden Beitrag für eine global gelingende Energiewende leisten. Das Prinzip: Der Drache (ein starrer Flügel) ist an einem Seil befestigt, über das er gesteuert wird. Steigt er in den Höhenwinden auf, treibt er die am Boden installierte Kabeltrommel an, die über einen Generator elektrische Energie liefert. Hat der Drache seine Maximalhöhe erreicht, tritt er in den Sinkflug ein, das Kabel wird eingeholt, wofür nur ein Zehntel der Energie benötigt wird, die er beim Steigflug geliefert hat. Dann startet der nächste Zyklus.  

Bis zum Ende des Jahres 2022 wird im Verbundprojekt der BTU Cottbus & Enerkite "EKxM" der 100-kW-Serienprototypen »EK200 SP« realisiert. Der Nachweis der Skalierbarkeit von 30 kW auf 100 kW plausibilisiert den späteren Schritt in die Megawatt-Klasse.

Mit KI und additiven Fertigungsverfahren

Das Fachgebiet Polymerbasierter Leichtbau der BTU Cottbus hat sich auf die Entwicklung nachhaltiger Leichtbausysteme spezialisiert und kooperiert mit einer Vielzahl von Unternehmen, von Start-ups wie Enerkite bis hin zu Konzernen wie BMW und Rolls Royce. Im Rahmen des Forschungsprogramms entwickelt das Team der BTU Cottbus leichte dynamische Komponenten den Mast und die Seilwinden, wie Prof. Holger Seidlitz erklärt: »Mit dem Einsatz von modernen additiven Fertigungsverfahren und KI werden Designmethoden optimiert, um komplexe Leichtbaukonstruktionen schnell und präzise zu entwerfen.«

Das dabei angewandte Multi-Material-Design ist ein fundamentaler Teil der Forschungsarbeit des Instituts und die gewonnenen Erkenntnisse tragen maßgeblich zur Weiterentwicklung und Optimierung der internen Kompetenzen im Bereich der KI bei. Ferner können die erarbeiteten Grundmodelle auf weitere und sogar artfremde Problemstellungen überführt und dadurch innerhalb zukünftiger Forschungsaufgaben und Industrieprojekte eingesetzt werden.

Das Verbundprojekt »EKxM« wird mit Mitteln der Investitionsbank des Landes Brandenburg (ILB) und des EU-Strukturfonds EFRE gefördert. Bis Anfang Mai wirbt Enerkite zudem noch Mittel über eine Crowdfunding-Kampagne ein, über die sich Bürger im Rahmen einer Risikokapitalfinanzierung beteiligen können. In der bislang erfolgreichsten Unternehmens-Kampagne der Plattform FunderNation.de wurden bereits über 700.000 Euro investiert.

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