Maxon motor draagt bij aan Kitepower’s vlieger voor elektriciteitsopwekking

Windenergie gaat hogerop met een vlieger-aan-een-kabel die elektriciteit kan opwekken. Twee jaar geleden startte Kitepower als spin-off vanuit de TU Delft; met zijn ‘laddermolen’ legde voormalig astronaut Wubbo Ockels ooit de basis. Maxon motor levert robuuste aandrijvingen voor de control unit die de vlieger hoog in de lucht zijn kenmerkende ‘achten’ laat draaien. ‘Zij hebben geleerd van onze agile werkwijze als start-up, wij van hun manier om kwaliteit in het product en de productie te brengen.’

Robuuste aandrijvingen nemen hoge vlucht

De laddermolen van de te jong overleden Ockels bleek in de conceptstudie lastig op te laten en te besturen, reden om de vliegeenheid tot één kite terug te brengen. Het huidige concept omvat een vlieger, via een control unit met één lange kabel verbonden aan een grondstation. Daar is de kabel over een trommel gewonden van een lier die generator (dynamo) en motor in zich verenigt. Als de vlieger opstijgt naar grote hoogte, tot 500 meter, en z’n crosswind-patronen – de karakteristieke ‘achten’ – vliegt, trekt de kabel met grote kracht aan de lier, waardoor de dynamo elektriciteit opwekt. Heeft de kite zijn ‘plafond’ bereikt, dan moet ie opnieuw beginnen en gaat de generator als motor werken om hem in zweefvlucht naar beneden te trekken. Dat kost minder energie dan opgaand is opgewekt, dus netto levert het systeem energie op. ‘Windenergie naar de grond pompen’, noemde Ockels het. Hoog in de lucht stuurt de control unit, met meerdere korte kabels aan de kite verbonden, de bewegingen. Met meerdere voordelen ten opzichte van zelfs de grootste windmolen: op grotere hoogte is de wind meestal steviger en stabieler, met een relatief licht systeem kan veel energie worden opgewekt en er is minder geluidsoverlast en horizonvervuiling. Een systeem dat 20 kW opwekt (vergelijkbaar met tachtig zonnepanelen) is al operationeel als technologie-demonstrator. Een verder doorontwikkeld 100 kW-systeem is in aanbouw: met een trommel van twee meter lengte, één meter diameter op de lier en een vleugeloppervlak van de vlieger van veertig tot zeventig vierkante meter.

Iconisch

Dit najaar neemt Kitepower deel aan het spraakmakende Afsluitdijk designinnovatieproject van Daan Roosegaarde en zijn studio, dat de iconische waarde van de dijk moet markeren. Met de Lichtpoort, die blijft, en enkele tijdelijke kunstwerken, waaronder Windvogel: kites voorzien van een lichtgevende lijn. De elektriciteitsopwekkende vlieger is daarmee letterlijk en figuurlijk een blikvanger geworden, die meelift op de intense media-aandacht voor het project. In Delft is de stemming bij de Kitepower-oprichters Johannes Peschel en Roland Schmehl dan ook licht euforisch. ‘We hebben wat problemen gehad met extreem hoge windsnelheden, maar na de intensieve voorbereiding werkt de kite behoorlijk goed’, zegt ceo Peschel. ‘Het is mooi dat we onze visie hebben kunnen waarmaken en laten zien dat windenergie mooi kan zijn – niet lelijk en luidruchtig.’ Maar niet alleen het kunstzinnige aspect telt, vervolgt Schmehl, universitair hoofddocent windenergie en hoofd van de Kitepower onderzoeksgroep van de Delftse faculteit Lucht- en Ruimtevaarttechniek. ‘Naast een artistieke mijlpaal was het ook een keiharde engineeringsopgave om samen met Studio Roosegaarde de kabel die zware belastingen moet kunnen weerstaan te combineren met de lichtgevende lijn. Wij hebben dat nodig, omdat onze kabel vanuit het oogpunt van veiligheid zichtbaar moet zijn voor het vlieg- en droneverkeer.’ Voor commerciële toepassingen wordt onder meer gedacht aan de energievoorziening in afgelegen gebieden of voor tijdelijke gelegenheden, zoals bij een festival, natuurramp (aardbeving, storm of tsunami) of militaire missie. Met het grondstation aangevoerd in een container kan de kite snel ter plekke zijn.

Partners

De ondernemers van Kitepower leggen zich vooral toe op de software en besturing van hun systeem en de luchtvaartaspecten. De Delftse onderzoekers maken breder studie van airborne wind energy (zoals zeilen) en flight control (ook relevant voor drones en onbemande vliegtuigjes). Ze werken daarvoor met allerlei Europese partijen samen. Zo valt het onderzoek voor Kitepower onder het Horizon 2020-project REACH: Resource Efficient Automatic Conversion of High-Altitude Wind. De belangrijkste industriële ontwikkelpartners zijn het Franse Genetrix, dat kites voor kitesurfing maakt, lierenfabrikant Dromec uit Rhenen en maxon motor voor de control unit, inclusief aandrijvingen. Toen andere motoren niet bestand bleken tegen de hoge trekkrachten, kwam de Zwitserse fabrikant van precisie-aandrijvingen in beeld. Peschel: ‘De control unit is een geïntegreerd mechatronisch systeem dat lichtgewicht, waterproof en schok- en temperatuurbestendig moet zijn. Bij maxon konden we terecht voor betrouwbare en kwalitatief hoogwaardige aandrijvingen. Die zaten bijvoorbeeld ook in rovers die op Mars rondreden.’

Dominik Frey, projectmanager voor Kitepower bij de maxon-vestiging in Sexau (D), noemt het een hele uitdaging om de verschillende componenten, zoals sensoren en overbrengingen, te integreren tot een robuuste aandrijving. ‘Vanwege de extreme krachten op de overbrenging moest de lagering verder worden versterkt. We hebben dezelfde motoren gebruikt als vaak toegepast in robotica, vanwege het hoge koppel dat ze kunnen leveren en het compacte ontwerp.’ Daarmee voldeed maxon volledig aan de eisen van Kitepower, meldt Peschel, die daaraan toevoegt dat de samenwerking met een bedrijf als maxon ook organisatorische uitdagingen kent. ‘Zaak is in de driehoek van start-up, onderzoeksgroep en gevestigd bedrijf de interfaces goed te definiëren en de verschillende tijdlijnen op elkaar af te stemmen. Wij werken als start-up heel lean, in korte sprints; maxon meer volgens vaste procedures. Maar we hebben van elkaar geleerd: zij van onze agile werkwijze, wij van hun manier om kwaliteit in het product en de productie te brengen. We mikken nu op ISO 9001-certificering.’

Betrouwbaarheid

Kitepower wil zijn systeem nog gebruiksvriendelijker maken, zodat één persoon het kan bedienen. Het ultieme doel is een volledig autonoom systeem, dat de kite automatisch kan ‘lanceren’ en laten landen. Maar een zeker zo belangrijke focus ligt op de betrouwbaarheid: aantonen dat het zes maanden – typisch de levensduur van het zeil – onafgebroken kan opereren. Intussen komen er al meer systemen in het veld te staan. Kitepower, dat eind dit jaar achttien medewerkers telt, zal daarom volgend jaar vooral in z’n operationele team groeien. Ready for take-off.