Windenergie met vleugels

Techniek Vliegtuigen en vliegers gaan de lucht in om stroom te winnen. ‘Veel goedkoper dan windmolens.’

Bruno van Wayenburg

Nederland, Kraggenburg, 19-11-'12; Medewerkers van het bedrijf Ampyxpower proberen in de Noord-Oostpolder een onbemand vliegtuigje te laten vliegen om zo windenergie op te wekken. Foto: Kees van de Veen Kees van de Veen

Vier mannen staan verspreid in een modderige polder, via hun oortelefoons nemen ze een checklist door:

- “Pilot switch to auto.”

- “Check.”

- “Pilot switch to hook release.”

- “Check.”

- “Pilot on your mark.”

- “Three, two, one, go, go, go!”

Met een ruk wordt het ranke zwarte zweefvliegtuig, spanwijdte 5,5 meter, naar voren getrokken aan een kabel. Al na enkele meters komt het los van de grond. Steil stijgt het omhoog boven een braakliggende akker bij Kraggenburg in de uitgestrekte Noordoostpolder.

Het vliegtuig is een Powerplane van Ampyx Power, een beginnend Haags bedrijfje met wortels in de faculteit Lucht- en Ruimtevaart van de TU Delft. Ampyx wil windenergie oogsten met hulp van automatisch bestuurde zweefvliegtuigen aan een kabel. Eenmaal op 250 meter hoogte moet het vliegtuig in een achtpatroon in de volle wind gaan vliegen, waarbij de kabel gestaag van een grote lier wordt getrokken. Een elektrische generator, verbonden met de lier, wekt zo’n 15 kilowatt aan stroom op. Als het eind van de kabel in zicht komt, koerst het vliegtuig terug naar lagere hoogte. De kabel, die dan niet meer onder grote spanning staat, wordt met een elektromotor weer ingehaald. Dat kost veel minder stroom dan het uitrollen genereert.

“Netto levert dat nu zo’n 10 tot 12 kilowatt op”, zegt Richard Ruiterkamp, oprichter en directeur van Ampyx Power. Voeg daaraan toe: automatische besturing, automatisch opstijgen en weer landen, nog een aantal schaalvergrotingsstappen en heel, heel veel testen en bijstellen, en je hebt een nieuwe vorm van windenergie. Goedkoper dan reguliere windmolens, waarvoor je altijd een dure stalen paal moet oprichten op een zware fundering. “Bovendien waait het op grotere hoogte harder en gelijkmatiger”, zegt Ruiterkamp. Met een vleugelspanwijdte van 30 meter denkt Ampyx onder de prijs van kolencentrales te kunnen duiken. “4 cent per kilowattuur moet mogelijk zijn.”

Windenergie van molens kost nu circa 9,4 cent per kilowattuur; de marktprijs voor elektriciteit, voornamelijk geproduceerd door gascentrales, ligt 3 cent daaronder.

Condensdruppeltjes

Maar voorlopig zit Ampyx Power nog in de prototypefase. Dus staan we op een mistige maandagochtend in de polder. “Die mist trekt wel op”, zegt Ruiterkamp. Naast de roestige zeecontainer die als opslag dient, maar waar ook de stuurcomputers, de koffieautomaat en een kacheltje staan, buigen ingenieurs Ilias Spiliotopoulos, Sören Sieberling en Matthieu Mirmont zich over het binnenste van het vliegtuig.

“Kijk uit man, je snuit je neus in de elektronica”, zegt iemand. Ze maken zich druk over de condensdruppeltjes op de stroomdraadjes, die zouden kortsluiting kunnen veroorzaken. De neus wordt in zijn geheel voor een oliekacheltje gehangen zodat de condens kan verdampen. Al koffiedrinkend neemt iedereen de procedures nog eens door. Maar de mist wordt alleen maar dichter. “Dit gaat hem niet worden”, besluit Ruiterkamp om drie uur. Een verloren testdag.

Ampyx is niet het enige bedrijf dat toekomst ziet in windenergie zonder windmolens. Een vergevorderde concurrent is het Californische bedrijf Makani Power, dat werkt aan zweefvliegtuigen met kleine windturbines op de vleugels. Rondvliegend oogsten die windstroom, die via de kabel naar de grond gebracht wordt.

Inmiddels zijn er wereldwijd ruim vijftig beginnende bedrijven in de opkomende Airborne Wind Energy-sector. Het Amerikaanse Altaeros bijvoorbeeld werkt aan een windturbine die met een heliumballon naar honderd meter hoogte zweeft, en het Duitse Enerkite wil een grote vlieger langs een kabel uit laten rollen, om hem terugzeilend weer binnen te halen, vergelijkbaar met het Ampyx-principe.

Zo werkt ook de Nederlandse Powerkite, ontsproten aan de faculteit Lucht- en Ruimtevaart van de TU Delft, naar een idee van voormalig astronaut en groene-energie-promotor Wubbo Ockels.

“We zijn al sinds 2010 aan het testen met een technologiedemonstrator, een vlieger van 25 vierkante meter, en die werkt nu heel betrouwbaar. Hij levert nu gemiddeld 6 kilowatt”, zegt docent en groepsleider Roland Schmehl, die met studenten regelmatig vliegt bij voormalig militair vliegveld Valkenburg.

Een vlieger is goedkoper dan een zweefvliegtuig, maar toch is Ampyx dichter bij marktintroductie, erkent hij, omdat de vliegers nu nog binnen enkele maanden verslijten door het geruk van de wind en UV-licht van de zon. Wel is er al een eerste klant.

Ook Schmehl denkt uit te komen op een energieprijs van 4 cent per kilowattuur. “Ons systeem is veiliger dan de vleugels van Ampyx of Makani. Als die neerkomen is dat een echte crash. Wij kunnen opereren boven weiden waar koeien lopen.”

Schmehl vindt het lastig te zeggen welke van de vijftig aanstormende bedrijven uiteindelijk de winnende technologie in handen zal blijken te hebben. “Dat hangt af van ontwikkelingen in materialen of onze vliegers duurzamer worden. Kleine details kunnen het verschil maken. De windturbines van Makani maken bijvoorbeeld nog veel lawaai, wie weet blijkt dat een fatale beperking.”

Ruiterkamp, zelf tot 2007 leider bij het Powerkite-project, denkt daar anders over.

Een bepalende factor in de energieopbrengst is de verhouding tussen lift, de opwaartse kracht op de vleugels, en drag, de afremmende kracht in de vliegrichting, legt hij uit. De lift-drag-verhouding van een gestroomlijnde Powerplane ligt rond de 25, die van een vlieger tussen 5 en 7. “Dat vertaalt zich in zo’n honderd keer meer elektrisch vermogen bij hetzelfde oppervlak.”

Wolkenloos

De volgende dag is de hemel bijna wolkenloos, maar het vliegen ligt stil als ik in de middag aan kom rijden. “Je hebt pech, hij vloog, maar hij heeft zijn kabel automatisch losgegooid”, zegt Sieberling. Dat is al een paar keer gebeurd vandaag. Sinds de laatste crash is de autopiloot zo afgesteld dat het vliegtuig zichzelf van de kabel afkoppelt als het vliegtuig te snel of te laag vliegt, of andere parameters overschrijdt.

Vervolgens kan de kist met de afstandsbediening aan de grond gezet worden om te kijken wat er aan de hand is. Maar in het elektronische log is geen foutcode te vinden. Het vliegtuig lijkt zonder opgaaf van reden losgeschoten te zijn.

“We hebben het”, zegt Ruiterkamp even later. De knoop in de verbindingslus tussen kabel en vliegtuig is losgeschoten. Dat valt te repareren. Er is nog net tijd voor één testvlucht voor het donker. Het vliegtuig wordt aan de kabel in startpositie gelegd, de checklists worden afgevinkt over de portofoons. “Pilot switch to auto..check...”

“Go go go”. Hoger en hoger stijgt het vliegtuig, alles lijkt goed te gaan. “Shit, hij is los”, klinkt het dan over de walkietalkie. Opnieuw is de kabel losgegooid, deze keer omdat hij te slap kwam te hangen.

“Het waait niet meer hard genoeg”, verklaart Ruiterkamp, nadat hij het vliegtuig geland heeft. “Zo kan het gaan. Weer een dag niet opgeschoten met metingen. Als je me drie jaar geleden had verteld dat we nu nog maar zo ver zouden zijn, had ik je niet geloofd”, zegt hij.

Maar na een week, aan de telefoon, meldt hij dat er weer schot in zit. “Afgelopen maandag hebben we een paar keer de volle 20 minuten zelfstandig patronen gevlogen.” Nog een week later meldt Ampyx dat er een vol uur gevlogen is.

    • Bruno van Wayenburg