30/05/2024
Door Ad Spijkers
Het gebruik van drones om windenergie te oogsten zou een rol kunnen spelen in het streven naar duurzame energieopwekking.
In Nederland heeft Kitepower in korte tijd naam gemaakt als ontwikkelaar van een systeem waarmee drones elektrische energie opwekken. Maar ook elders in Europa wordt aan dergelijke systemen gewerkt. Onder meer aan de University of Bristol wordt onderzoek gedaan naar het opkomende gebied van Airborne Wind Energy Systems (AWES).
Door een drone aan een grondstation te koppelen, oogst AWES windenergie op grotere hoogten dan conventionele windturbines. De harde wind trekt de drone weg van het grondstation, drijft de generator aan en produceert elektriciteit. Deze technologie kan de Britse energiesector ten goede komen door de ecologische voetafdruk te verkleinen, offshore- en onshore-flexibiliteit te bieden en het vermogen om in afgelegen gebieden te opereren te vergroten.
Complex systeem
Om het meeste vermogen te genereren, moeten AWES in ingewikkelde patronen vliegen. Tegelijkertijd worden ze blootgesteld aan sterke aerodynamische krachten. Deze opstelling creëert een complex systeem met delicate hanteringseigenschappen; een kleine misrekening kan ervoor zorgen dat de drone ter aarde stort.
Dit is de uitdaging die de onderzoekers in Bristol tijdens dit project hopen op te lossen. Door de veiligheid en efficiëntie van AWES te verbeteren, hopen ze dat het project de weg zal vrijmaken voor de commercialisering van dit soort systemen. Volgens de Britten heeft windenergie in de lucht een groot potentieel en zal naar verwachting tegen 2050 70 miljard euro per jaar aan elektriciteit genereren. Waar, dat zeggen ze er niet bij.
Ontwerpoverwegingen
AWES vormen nog steeds een opkomende technologie. In veel gevallen is er een afweging gemaakt: nieuwe ontwerpen zijn snel ingezet voor testvluchten voordat hun vliegeigenschappen volledig worden begrepen. Dit heeft ervoor gezorgd dat AWES-prototypes tijdens gebruik niet de volledige capaciteit konden bereiken, wat leidde tot een vroegtijdige beëindiging van het programma en een belemmering voor de commercialisering. Het project in Bristol probeert deze uitdaging aan te pakken door het gebruik van bifurcatie- en voortzettingsmethoden.
In dynamische studies van vliegtuigen om gevaarlijk gedrag te voorspellen, zijn met succes numerieke technieken gebruikt. Gevaarlijk gedrag kan worden veroorzaakt door door de piloot veroorzaakte oscillatie, flutter en spin. Door bestaande technieken te vervangen door bifurcatiemethoden kan AWES aanzienlijke kostenbesparingen en betere prestaties realiseren. Dit moet de technologie uiteindelijk dichter bij commercialisering brengen.
Samenwerking
Het project wordt deels gesubsidieerd door de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) in Swindon (tussen Bristol en Londen). Ook werkt de universiteit samen met Kitemill in Vanse (op de zuidelijkste punt van Noorwegen) en de Universidad Carlos III de Madrid. Volgens de Noren zijn de initiatie en financiering van dit AWES-project een belangrijke ontwikkeling in de duurzame energiesector. De technologie heeft een hoge materiaalefficiëntie en hoge energieopbrengsten en daarmee het potentieel om een dominante kracht in de energie-industrie te worden. Samen willen ze met de University of Bristol niet alleen de 'net-zero' bevorderen, maar ook beider competentie in deze opkomende sector veilig stellen. Samen willen ze de huidige uitdagingen aangaan en de weg vrijmaken voor de commercialisering van AWES.
Foto: Kitemill