Motivation
Neuartige Konzepte zur Energieversorgung werden angesichts der Abkehr von fossilen Brennstoffen und der Atomenergie immer wichtiger. Das Potenzial der Windenergie als eine der regenerativen Energiequellen wird bisher nur unzureichend ausgeschöpft. So könnten Windkraftanlagen in Höhen über 200 Meter den dort herrschenden deutlich konstanteren und stärkeren Wind nutzen. Aufgrund der Anforderungen an die mechanische Stabilität und der damit verbundenen Kosten ist der Einsatz klassischer Anlagen in diesen Höhen wirtschaftlich nicht rentabel. Ein vielversprechender Ansatz besteht darin, verstärkt sogenannte Höhenwindenergieanlagen zu realisieren. Diese bestehen aus einem unbemannten Fluggerät, z.B. einem Flugdrachen oder einer Drohne, das über ein Seil einen Generator am Boden antreibt. Durch Ein- und Ausrollen des Seils können solche Fluggeräte Energie aus Wind in großen Höhen in Elektroenergie umwandeln. Um die Spannweite und damit die Ausbeute der Höhenwindenergieanlagen deutlich zu erhöhen, werden mehrere Flugdrachen gleichzeitig eingesetzt, die mit kurzen Seilen von einem Hauptzugseil abzweigen. Dieser Ansatz stellt allerdings sehr viel höhere Systemanforderungen an die Regelung, Steuerung und Sicherheit der Anlagen.
Ziele und Vorgehen
Im Vorhaben „ULTRAFLUK“ soll eine neuartige Softwarelösung zur Steuerung von Höhenwindenergieanlagen entwickelt werden, die zur Kollisionsvermeidung im Nahfeld eingesetzt werden kann. Ein wesentlicher Bestandteil wird ein präzises Lokalisierungssystem auf Basis kostengünstiger Ultra-Breitband-Komponenten für die Nahbereichsfunkkommunikation sein. Weitere Bestandteile sind eine inertiale Messeinheit, deren Sensoren z.B. Neigungen und Beschleunigungen messen, und ein globales Navigationssatellitensystem. Damit wird eine wechselseitige und selbstkalibrierende 3D-Lokalisierung der Fluggeräte angestrebt, deren genaue Konfiguration von der Anzahl der über Seile verbundenen Fluggeräte abhängt. Die angestrebte Lösung wird hinsichtlich Zuverlässigkeit, Sicherheit und Resilienz bei Störungen analysiert und während der Entwicklung fortlaufend softwaretechnisch optimiert, indem reale Szenarien einschließlich Störungen simuliert werden.
Innovationen und Perspektiven
In Labortests soll demonstriert werden, dass das System kritische Schadensereignisse aufgrund der einzusetzenden Sicherungssysteme erkennen und sich selbstständig in einen sicheren Betriebszustand überführen kann. Ein erster prototypischer Einsatz mit Flugdrachen erfolgt an einem Flugplatz. Parallel dazu werden die gesetzlich notwendigen Nachweise für ein späteres Zulassungs- und Zertifizierungsverfahren vorbereitet. Weiteres Anwendungspotenzial für das Lokalisierungssystem zur Kollisionsvermeidung besteht beim Einsatz von Paketdrohnen oder kleinen Verkehrsdrohnen.