Genom att utnyttja kraften hos starka vindar på högre höjd än turbiner når, luftburen vindkraft kan vara en annan viktig källa till förnybar energi, men det kommer att behöva en kombination av framgångsrika mönster, mer robust programvara och bra berättande att verkligen ta fart.

Den fyrkantiga drönaren skakar i vinden med de schweiziska alperna i bakgrunden. Vid första ögonkastet, det här ser ut som en semestervideo av en droneentusiast, förutom att drönaren genererar energi när den flyger. En kabel ansluter den till marken och när vinden drar upp drönaren, den släpper ut kabeln genom en vinsch, och energi produceras. Detta är ett test av ett luftburet vindsystem från företaget Skypull från Schweiz, och det kan vara en nyckelteknologi för att forma framtiden för förnybar energi.

I försök att ta itu med klimatförändringarna, vindenergi kommer förmodligen att spela nyckeln. År 2027, Internationella energimyndigheten uppskattar att vindkraftverk kommer att vara energikällan nummer ett i EU. Men det kommer också med en rad nackdelar:turbiner är stora, dyrt och svårt att bygga.

Därför experimenterar nu en rad forskare och nystartade företag med så kallad luftburen vindkraft. Designen skiljer sig mycket åt, men i allmänhet betyder det att använda en blimp, drake eller drönare, som fästs på marken med en kabel, att producera energi. Luftburna installationer som dessa kan komma åt starkare vindar genom att flyga högre än konventionella vindkraftverk, samtidigt som, i teorin, blir billigare och enklare att installera, kompensera för några av svagheterna med markbaserad vind.

Distribuerbarhet

"Luftburen vind kommer att kosta mindre jämfört med traditionell vindkraft, "sa Nicola Mona, medgrundare av Skypull. "Det finns en ekonomisk drivkraft. Men det finns också utbytbarhet. Traditionella vindkraftverk stöter på rymdbegränsningar, medan luftburna system kan fungera på en större mängd olika platser. "

Skypulls design är en hybrid mellan en multikopterdrönare, och ett vanligt fastvingat flygplan. Hantverket ser ut som en låda, med fyra vingar fästa vid varandra i en kvadrat och rotorer på hörnen. Detta gör att det kan ta fart på svåra platser men på högre höjder flyger det som ett vanligt segelflygplan, som genererar lyft genom sina vingar. Just nu testar laget fortfarande konceptet med mindre konstruktioner på cirka 1,25 meter vingspann, men så småningom vill de bygga en drönare med ett totalt 17-meters vingspann.

Starten tog fart när de tre grundarna - Mona, Marcello Corongiu och Aldo Cattano - träffades. "När jag träffade Aldo första gången, han presenterade idén för mig, Jag kommer ihåg att min första reaktion var:"Det här är galet, detta kommer aldrig att fungera, "sa Mona, en rymdingenjör som tidigare varit inblandad i flera startups. Än, med tiden blev han mer övertygad om potentialen. "Jag tittade på dokumenten och siffrorna, och kollade allt, som övertygade mig. "

Efteråt, företaget deltog i flera starttävlingar, vinna en massa av dem. För närvarande håller laget på att färdigställa designen av sitt hantverk. "Vi har några fungerande prototyper, "sa Mona." De ser inte ut som slutprodukten, men de är tillräckligt bra för att bevisa konceptet. "

Som, om det kommer att fungera, kan generera en betydande mängd energi. Mona noterar att de för närvarande når en toppeffekt på 3 kilowatt per meter vingspann, medan deras ursprungliga kommersiella produkt som planeras för 2022 kommer att nå 100 kilowatt för cirka 6 meters vingspann. Från detta, ett större system kommer att byggas som genererar 1 megawatt, lägre än ett vindkraftverk på land, som är i genomsnitt cirka 2,5 till 3 megawatt, men intressant för avlägsna platser och drift utanför nätet runt om i världen.

Ett annat lag som satsar på luftburet vind är Ampyx Power från Nederländerna. De sysselsätter cirka 50 personer för att få sin design i luften. Precis som Skypull producerar de en fastvingad, drone-liknande design. Men Ampyx Powers hantverk tar fart med en katapult från marken, och ser mer ut som ett flygplan. Deras pre-kommersiella demonstrator AP3 har ett vingspann på 12 meter, med två flygkroppar fästa vid den, bakre roder och en stabilisator. Denna testbåt kan generera 150 kilowatt effekt.

"Detta är en helt ny generation vindkraftsteknik, "sa Pim Breukelman, kommersiell chef för Ampyx Power. "Vi flyger en aerodynamisk vinge ansluten till en kabel, som i sin tur är ansluten till en generator på marken. Vi flyger på en höjd mellan 200 och 450 meter, där vi hittar konstanta och kraftfulla vindar. "

Designen av Ampyx Power och Skypull kan se väldigt annorlunda ut, men båda fungerar enligt liknande principer. De tar fart på ett mekaniserat sätt, klättring med motorer, tills de når en viss höjd, i allmänhet cirka 200 meter. Där använder de vingarnas lyftkapacitet för att fungera mer som en drake eller segelflygplan, dras upp av vinden. Kabeln som håller flygplanet är fäst vid en vinsch, som dras ut när vinden drar upp drönaren. Detta genererar rotation, och därmed energi. När vinschen sträcks till sin gräns, drönaren styr automatiskt ner sig för att starta processen igen.

Ampyx Power kommer att testa sin nionde prototyp i slutet av året i Spanien, som kommer att följas av tester på Irland. De arbetar också med en 2 till 3 megawatt kommersiell produkt, för på land, offshore och så småningom flytande energiproduktion.

"Dessa flygplan kan (så småningom) flygas från flytande plattformar, och är lämpliga för platser till sjöss där nuvarande vindteknologi inte är lönsam eller tekniskt genomförbar, "sa Breukelman." Om några år är detta system tänkt att vara operativt. "

Komplementär

Men för alla fördelar med den luftburna versionen, Skypull och Ampyx Power vill inte ersätta vanlig vindkraft. "Vårt system börjar där vindkraftverk slutar, "sa Breukelman, noterar att deras flygplan flyger på högre höjder än turbiner kan nå, och kompletterar dem. Han säger också att luftburen vind kan vara användbar för att förlänga livslängden för vindkraftverk till havs, vars grundvalar kan fungera som startkuddar för luftburna vinddrönare.

Nicola Mona håller med. "Vi kommer alltid att behöva en blandning av energikällor, "sa han." Det kommer aldrig att finnas en enda förnybar källa som ersätter allt. Vi behöver en kombination av vattenkraft, traditionell vind, luftburen vind, sol och geotermi. "

Sålänge, luftburen vindteknik utvecklas också. Tills för några år sedan, drakliknande mönster dominerade, liknande stora versioner av drakarna som flugs av barn på stranden. Men idag, de fastvingade konstruktionerna, som ser mer ut som drönare, är på uppgång.

"Luftvind började med att anpassa det som redan flyger, "sa Mona." Så det är logiska drakar som kom först. Men i slutändan erbjuder fastvingade konstruktioner bättre aerodynamik och energipotential. "

Säkerhet

Säkerhet är, dock, något som luftburna vindföretag fortfarande kämpar med. Om luftburen vind vill generera energi i stor skala måste de låta sina konstruktioner flyga självständigt i vinden i dagar eller till och med veckor. Programvarusystem kommer att behöva styra dessa fartyg under dessa perioder, och få dem att fungera under förändrade väderförhållanden. Och allt det där utan att de kraschade.

"Programvara är vår största utmaning just nu, "sa Mona." Du vill att dessa system ska vara helt autonoma, vilket inte är lätt. "

Och så finns det också regleringen. Regleringen för obemannade flygplan ligger fortfarande efter i många länder, påverkar även luftburna vindföretag.

Och slutligen är det frågan om PR. "Med tiden såg vi att människor inte gillar vindkraftverk, sa Mona, med hänvisning till hur i länder som Tyskland eller Nederländerna vindkraftverk inte byggs på grund av lokalt motstånd.

"De är stora, krångligt och har en visuell påverkan. Och luftburen vind riskerar också en allmän motreaktion, för att de flyger över människors huvuden. Så vi kommer att behöva bra berättande, och betoning på säkerhet, för att förhindra samma reaktion som vi såg mot vindkraftverk. "