DE102006001806A1

DE102006001806A1 - Anlage und Verfahren zur Nutzung von Windenergie

Info

Publication number: DE102006001806A1
Application number: DE102006001806A
Authority: DE
Inventors: Moritz M Diehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Katholieke Universiteit Leuven
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung von Windenergie, umfassend mindestens einen Flugkörper (1), eine Zugleine (2) zur Verankerung des Flugkörpers (1), eine Steuereinrichtung für den Flugkörper (1) und einen Energieumwandler (4), vorzugsweise einen Generator zur Stromerzeugung, wobei der Flugkörper (1) den Energieumwandler (4) über die auf die Zugleine (2) wirkende Kraft antreibt.

Description

Anlagen sowie Verfahren zur Nutzung von Windenergie sind in den unterschiedlichsten Ausführungen seit Jahren aus der Praxis bekannt. So wird beispielsweise durch Windkrafträder die Energie von Wind genutzt, um damit elektrischen Strom zu erzeugen. Derartige Windkraftanlagen weisen im Wesentlichen ein Windrad sowie einen Generator zur Stromerzeugung auf, der auf einem Mast befestigt ist. Das Windrad ist dabei mit seiner Angriffsfläche senkrecht zum Wind ausgerichtet, so dass es durch Anströmung durch den Wind in Drehung versetzt wird. Der durch die Drehung des Windrades angetriebene Generator liefert in der Folge elektrischen Strom.

Anlagen zur Nutzung von Windenergie, die mit Hilfe von Windrädern angetrieben werden, weisen verschiedene Nachteile auf. So ist zum Bau zunächst eine aufwendige Verankerung nötig. Denn zum Aufstellen des Windrades ist ein Mast erforderlich, der zumindest länger als der Radius des Windrades ist. Zur Ausnutzung der in größerer Höhe vorherrschenden stärkeren Winde müssen häufig sogar deutlich längere Masten verwendet werden. Die durch Umströmung des Windrades sowie des Mastes auftretenden enormen Kräfte müssen durch entsprechende Fundamente im Boden aufgenommen werden. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass der Generator sowie die Lagerung des Windrades in großer Höhe erfolgen, was zum einen weitere Anforderungen an den Mast sowie das Fundament stellt, und zum anderen die Montage und sonstige Zugänglichkeit für anschließende Wartungsarbeiten erheblich erschwert. Schließlich werden zur Ausrichtung des Windrades in Windrichtung weitere Aggregate benötigt.

Windenergie lässt sich aber auch auf andere Weise nutzen. So wird beispielsweise beim so genannten „Kite-Surfen" (Drachensurfen) die Windenergie dazu genutzt, Surfer auf dem Wasser voranzutreiben. Dabei überträgt ein dem Wind ausgesetzter drachenartiger Flugkörper die an ihm angreifenden Kräfte über eine Zugleine an eine auf dem Wasser surfende Person und zieht dabei den Surfer. Führt man den Flugkörper mit Hilfe von zwei Zugleinen lenkbar aus, so lässt sich die Zugkraft durch Steuerung des Flugkörpers beeinflussen.

Die durch derartige Flugkörper entstehenden Zugkräfte werden mittlerweile auch zum Antrieb von Schiffen eingesetzt. Hierzu wird ein nach Zuglast, Windstärke, Materialien und anderen Kriterien ausgelegter steuerbarer Flugkörper über eine Zugleine am Schiff befestigt und dient auf diese Weise ganz oder teilweise als Antrieb für das Schiff.

Zwar lassen sich durch die beschriebene Anordnung große Lasten auf dem Meer auf umweltschonende Weise bewegen, jedoch beschränkt sich die Verwendbarkeit auf die Fortbewegung. Die beschriebene Technik ist zudem erst auf großen zurückzulegenden Strecken sinnvoll einsetzbar. Als problematisch ist weiterhin anzusehen, dass die Richtung bzw. die Geschwindigkeit der Fortbewegung stark durch die vorherrschende Windrichtung beeinflusst wird. Die Nutzung von Windenergie ist somit nur in sehr begrenztem Umfang möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Nutzung von Windenergie anzugeben, welche die bestehenden Nachteile bei einfacher konstruktiver Gestaltung beseitigt und so Windenergie in eine leicht nutzbare Energieform umwandelt. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nutzung von Windenergie insbesondere mit einer solchen Anlage, anzugeben.

Erfindungsgemäß werden die voranstehenden Aufgaben durch die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 37 gelöst.

Die Anlage zur Nutzung von Windenergie umfasst demnach mindestens einen Flugkörper, eine Zugleine zur Verankerung des Flugkörpers, eine Steuereinrichtung für den Flugkörper und einen Energieumwandler, vorzugsweise einen Generator zur Stromerzeugung, wobei der Flugkörper den Energieumwandler über die auf die Zugleine wirkende Kraft antreibt.

Das Verfahren zur Nutzung von Windenergie mit einer solchen Anlage ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzung der Windenergie in einem wiederholbaren Zyklus erfolgt, der die folgenden zwei Phasen aufweist:
(Windnutzung): Steuerung des Flugkörpers in eine Fluglage mit hoher Zugkraft, aus welcher der Flugkörper den Energieumwandler über die auf die Zugleine wirkende Kraft antreibt, wobei sich der Flugkörper von mindestens einer Ausgangsposition zu mindestens einer Rückholposition bewegt;
(Rückführung): Steuerung des Flugkörpers in eine Fluglage mit geringer Zugkraft, wobei der Flugkörper durch eine Verkürzung der Zugleine von der Rückholposition in eine Ausgangsposition zurückgebracht wird,
wobei die in der Phase der Windnutzung erzielte Energie höher ist als die für die Rückführung benötigte Energie.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass Windenergie mittels eines Flugkörpers genutzt werden kann. Verankert man den einem Wind ausgesetzten Flugkörper durch eine Zugleine, so wird die am Flugkörper angreifende Zugkraft auf die Zugleine übertragen. Die Zugkraft lässt sich erfindungsgemäß nutzen, indem sie einen Energieumwandler antreibt, wobei es sich hierbei vorzugsweise um einen Generator zur Stromerzeugung handelt. Durch eine derartige Anordnung ist somit eine einfache Nutzung von Windenergie gegeben. Der Flugkörper entfernt sich dabei unter Verlängerung der Zugleine von der Verankerung.

Des Weiteren ist erkannt worden, dass es mit Hilfe einer Steuereinrichtung für den Flugkörper möglich ist, den Flugkörper in verschiedene Fluglagen zu bringen. Auf diese Weise lässt sich die auf den Energieumwandler übertragene Zugkraft verändern. Insbesondere ist erkannt worden, dass durch eine Steuerung des Flugkörpers in bestimmte Fluglagen sich die Zugkraft erheblich erhöht, so dass eine entsprechend hohe Leistung vom Energieumwandler erbracht wird. Eine Fluglage mit besonders hoher Zugkraft ergibt sich, wenn der Flugkörper durch entsprechende Ansteuerung mit seiner Hauptangriffsfläche in etwa orthogonal zum wahren (d.h. dem tatsächlichen) Wind steht. Der Flugkörper kann sich dann mit hoher Geschwindigkeit quer zur Windrichtung bewegen und entwickelt dabei eine besonders hohe Zugkraft für die Energieumwandlung.

Umgekehrt kann durch die Steuerung des Flugkörpers in bestimmte andere Fluglagen die Zugkraft erheblich gesenkt werden, so dass eine leichte Rückführung des Flugkörpers – gegen den Wind – möglich ist.

Erfindungsgemäß lässt sich mit Hilfe der beschriebenen Anlage Windenergie in einem wiederholbaren Zyklus nutzen, der die folgenden zwei Phasen aufweist. In einer ersten Phase der Windnutzung wird der Flugkörper in eine Fluglage mit hoher Zugkraft gesteuert, so dass der Flugkörper den Energieumwandler über die auf die Zugleine wirkende Kraft antreibt. Dabei entfernt sich der Flugkörper – unabhängig von Querbewegungen – von einer Ausgangsposition bis zu einer Rückholposition von der Verankerung. In einer sich daran anschließenden Phase der Rückführung wird der Flugkörper in eine Fluglage mit geringer Zugkraft gesteuert und dabei durch eine Verkürzung der Zugleine von der Rückholposition in eine Ausgangsposition zurückgebracht. Durch das wiederholte Durchlaufen der beiden beschriebenen Phasen innerhalb eines Zyklus' lässt sich die Windenergie zum Antrieb des Energieumwandlers nutzen. Da aufgrund der unterschiedlichen Ansteuerung die in der Phase der Windnutzung erzielte Energie höher ist als die für die Rückführung benötigte Energie, gibt der Energieumwandler nutzbare Energie ab, beispielsweise in Form von elektrischem Strom.

Wie bereits beschrieben, wird während eines Zyklus' des beschriebenen Verfahrens eine Ausgangsposition – zu Beginn der Phase der Windnutzung – und eine Rückholposition – zu Beginn der Phase der Rückführung – mit dem Flugkörper durchlaufen. Es sei erwähnt, dass diese beiden Positionen über mehrere Zyklen hinweg nicht gleich zu sein brauchen, sondern dass auch verschiedene, alternierende Ausgangs- und Rückholpositionen durchlaufen werden können. Wesentlich ist letztlich, dass die in der Phase der Windnutzung erzielte Energie höher ist als die für die Rückführung benötigte Energie.

Die erfindungsgemäße Anlage sowie das erfindungsgemäße Verfahren lösen die eingangs genannten Aufgaben auf besonders vorteilhafte Weise. So können sie bei beliebiger Windrichtung betrieben werden und sind mit für sich gesehen bekannten Mitteln zu realisieren. Durch das einfache Erreichen hoher Luftschichten mit dem Flugkörper können mit geringem konstruktivem Aufwand starke und zuverlässige Winde zur Umwandlung in andere Energieformen genutzt werden.

Des Weiteren ist gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen in Form von Windrädern eine erheblich vereinfachte Verankerung nötig. Da durch die Zugleine lediglich Kräfte in Richtung der Zugleine – und damit keine Momente – übertragen werden können und kein zusätzlicher Mast erforderlich ist, lässt sich eine kostengünstige, konstruktiv einfache Verankerung realisieren. Gegenüber den zum Ziehen von Schiffen oder anderen Objekten bekannten Flugkörpern besteht der Vorteil, dass die Windenergie ortsfest, beispielsweise am Boden, in nutzbare Energie, beispielsweise elektrischen Strom, umgewandelt wird.

Aus konstruktiver Sicht gibt es vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Umsetzung der Erfindung. So könnte die Steuereinrichtung für den Flugkörper derart gestaltet sein, dass sie die aerodynamische Wirkung des Flugkörpers verändert. Die durch die Anströmung vom Wind erzeugten Kräfte lassen sich durch eine derartige Maßnahme beeinflussen, so dass der Flugkörper innerhalb eines durch die Länge der Zugleine begrenzten Radius steuerbar ist. Durch eine Veränderung der aerodynamischen Wirkung des Flugkörpers lässt sich ebenfalls dessen Fluggeschwindigkeit beeinflussen.

Die aerodynamische Wirkung des Flugkörpers könnte in vorteilhafter Weise durch eine Veränderung der Ausrichtung, Anstellung und/oder Form des Flugkörpers erfolgen. Eine Änderung der Form ließe sich dabei bevorzugt durch Veränderungen, Verwindungen oder Veränderungen der Wölbung des Tragflächenprofils erzielen. Eine konstruktiv günstige Ausführung ließe sich durch steuerbare Klappen realisieren, die in den Tragflächen des Flugkörpers vorgesehen sind. Weiterhin kann eine Veränderung der Geometrie des Tragflächenprofils vorgenommen werden, wobei hiermit auch eine Veränderung des Abstands zwischen Tragflächenprofilen eingeschlossen ist. Die Ausrichtung oder Anstellung des Flugkörpers lässt sich insbesondere durch eine Veränderung des Angriffspunkts der Zugleine beeinflussen. Durch derartige Maßnahmen wird letztlich erreicht, dass der Flugkörper zumindest in einem durch die Länge der Zugleine begrenzten Raum lenkbar ist.

Zur Betätigung der Steuereinrichtung kann diese einen mit dem Flugkörper in Wirkverbindung stehenden Steuerantrieb aufweisen. Der Steuerantrieb könnte dabei über Steuerleinen, Steuerstäbe oder andere Betätigungselemente, wie beispiels weise auch eine zweite Zugleine, auf die aerodynamische Wirkung des Flugkörpers einwirken. Zur Versorgung des Steuerantriebs mit Energie ist es denkbar, dass in der Nähe des Steuerantriebs eine Windturbine, ein Windpropeller oder dgl. vorgesehen ist, die den Steuerantrieb mit vorzugsweise elektrischer oder pneumatischer Energie versorgt. Eine derartige Energieversorgung könnte insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Steuereinrichtung für den Flugkörper bei oder an dem Flugkörper angeordnet ist. In diesem Fall wäre keine weitere, aufwendige Energieversorgung auf anderem Wege erforderlich. Alternativ könnte die Energieversorgung über ein mitgeführtes Energiespeichermedium – wie beispielsweise Batterien – erfolgen.

Für den Fall, dass die Steuereinrichtung bei oder an dem Flugkörper angeordnet ist, kann ein Signalgeber, der vorzugsweise in der Nähe der Verankerung angeordnet ist, die Steuereinrichtung durch geeignete Datenübertragungsmittel mit Steuersignalen versorgen. Das Senden derartiger Steuersignale kann dabei in vorteilhafter Weise über einen elektrischen, optischen oder sonstigen Leiter erfolgen. Ein in der Nähe der Verankerung angeordneter Signalgeber zur Steuerung des Flugkörpers weist aus konstruktiver Sicht den Vorteil auf, dass die darin verwendeten, meist hochempfindlichen, Schaltelemente nicht den am Flugkörper auftretenden rauen Bedingungen – Beschleunigungen, Temperaturschwankungen, Druckschwankungen, Feuchtigkeitsschwankungen etc. – ausgesetzt sind. Ein Leiter zur Datenübertragung kann zur Verminderung des Luftwiderstands der Zugleine mit dieser integral ausgeführt sein. Alternativ ist auch eine berührungslose Datenübertragung, wie vorzugsweise per Funk über elektromagnetische Wellen, möglich. Eine derartige Ausführung kann zur Verminderung des Gewichts und des Widerstands der Zugleine beitragen und führt zu einer konstruktiv einfacheren Signalübertragung.

In einer alternativen Ausführung ist die Steuereinrichtung bei oder an der Verankerung angeordnet. Durch eine derartige Anordnung wird das Problem der Energieversorgung eines beim oder am Flugkörper angeordneten Steuerantriebs vermieden. Eine derartige Ausführung lässt sich in vorteilhafter Weise dadurch realisieren, dass der Flugkörper zur Steuerung von der Verankerung aus mit zwei oder mehr Zugleinen statt mit einer Zugleine verankert ist. Die Steuerung des Flugkörpers kann in diesem Fall durch eine Veränderung der Zugleinen zueinander erfolgen. Durch unterschiedliche Angriffspunkte der Zugleine am Flugkörper kann somit auf einfache Weise die aerodynamische Wirkung des Flugkörpers zur Steuerung verändert werden. Als besonderer Vorteil eines bei oder an der Verankerung angeordneten Steuerantriebs ist zu sehen, dass störungsanfällige Bauteile wie Sensoren oder Aktoren sich in geschützter Umgebung befinden. Zudem reduziert sich die mit dem Flugkörper mitbewegte Masse. Bei einer Ausführung der Steuerung über zwei oder mehr Zugleinen wird die Masseneinsparung durch den an der Verankerung angeordneten Steuerantrieb jedoch mit zunehmender Zugleinenlänge durch den Widerstand der Zugleinen kompensiert bzw. sogar ins Gegenteil umgekehrt.

Grundsätzlich kann die Anlage so ausgeführt werden, dass zwei oder mehrere Flugkörper den Energieumwandler antrieben. Der Antrieb des Energieumwandlers kann dabei über eine gemeinsame Zugleine erfolgen. Die über die Zugleine wirkende Zugkraft lässt sich so auf einfache Weise vervielfachen, wobei keine weitere Zugleine benötigt wird. Um eine vereinfachte Steuerung mehrerer Flugkörper zu erreichen, können diese dabei zum Formationsflug hintereinander angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann so gestaltet sein, dass lediglich für den ersten Flugkörper der Formation eine Steuerung benötigt wird. So könnten die hinter dem aus Sicht der Verankerung ersten Flugkörper angeordneten weiteren Flugkörper über Verbindungsleinen, -stäbe oder dgl. so mit diesem gekoppelt sein, dass sie die gleichen Flugbewegungen ausführen.

Als Alternative oder Ergänzung ist es möglich, dass sich die Zugleine zu ihrem den Flugkörpern zugewandeten Ende hin verzweigt, wobei an jedem Zweig ein oder mehrere Flugkörper oder weitere Verzweigungen gekoppelt sind. Eine derartige Anordnung ist dann von Vorteil, wenn die Flugkörper durch entsprechende Ansteuerung eine aus Sicht der Verankerung im Wesentlichen kreisförmige, elliptische oder zwei-, drei oder mehrfachachtförmige Flugbahn zurücklegen, wobei der Mittelpunkt dieser Flugbahn – aus Sicht der Verankerung – in etwa auf der Zugleine bzw. ihrer fiktiven Verlängerung liegt. Durch das Kreisen der Flugkörper umeinander ist dann eine Steuerung in eine Fluglage mit hoher Zugkraft möglich, wobei gleichzeitig eine nur geringe Bewegung der gemeinsamen Zugleine erforderlich ist. Dadurch reduziert sich der Luftwiderstand der Zugleine erheblich.

Es ist auch möglich, die beschriebenen Anordnungen von Flugkörpern hintereinander (in Formation) und nebeneinander (durch Verzweigungen) miteinander zu kombinieren. Hierdurch wird eine besonders hohe Flexibilität der Anlage für verschiedene Einsatzbedingungen, insbesondere verschiedene Windstärken, erzielt.

Zur Nutzung der Anlage an verschiedenen Orten kann der Flugkörper mittels der Zugleine am Boden, an einem beweglichen Objekt, vorzugsweise einem Fahrzeug, am Grund eines Gewässers, oder auch an einem aus einem Gewässer herausragenden Körper, vorzugsweise einer Boje, verankert sein. Da von der Verankerung lediglich Zugkräfte und keine Momente aufzunehmen sind, sind die Verankerungen auf konstruktiv einfache Weise zu realisieren. Ein Betrieb des Flugkörpers über einem Gewässer ist zum einen aufgrund der dort meist günstigen Windverhältnisse von Vorteil, zum anderen kann die Anlage dort nahezu gefahrlos betrieben werden.

Die mit dem Energieumwandler genutzte Energie kann sinnvollerweise durch geeignete Mittel, insbesondere Kabel, an den Ort des Verbrauchs übertragen werden.

Um die Anlage auch bei unterschiedlichen Windrichtungen verwenden zu können, ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Verankerung oder zumindest ein Teil der Verankerung durch drehbare Lagerung entsprechend der Windrichtung ausrichtbar ist. Die Ausrichtung könnte dabei in besonders vorteilhafter Weise durch die Zugkraft des Flugkörpers selbst ausgelöst werden. Statt einer Ausrichtung der Verankerung durch drehbare Lagerung ist es alternativ aus konstruktiver Sicht günstig, wenn die Zugleine bei der Verankerung derart durch eine Umlenkvorrichtung geführt wird, dass die Zugleine bei beliebiger Steigung der Zugleine in jede Himmelsrichtung aus der Umlenkvorrichtung austreten kann. Eine solche Umlenkvorrichtung kann beispielsweise mehrere drehbar gelagerte Rollen umfassen, die in einer horizontalen Ebene um die aus der Verankerung austretende Zugleine herum angeordnet sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zugleine mittels einer Winde verankert, wobei die Drehung der Winde den Energieumwandler antreibt. Die Zugleine ist dazu auf die Winde gewickelt, so dass die auf die Zugleine wirkende Kraft eine Drehung der Winde bewirkt. In der Ausgangsposition des Flugkörpers ist die Zugleine bis auf das Stück der Zugleine, welches der Entfernung zwischen Verankerung und Flug körper entspricht, komplett auf die Winde aufgewickelt. In der Rückholposition ist die Zugleine gegenüber der Ausgangsposition um ein der Distanz zwischen Ausgangsposition und Rückholposition entsprechendes Stück abgewickelt. Alternativ ist auch eine Verankerung der Zugleine an einer Kurbelwelle denkbar, wobei die Zugkraft der an einer Kurbel befestigten Zugleine zum Antrieb der Kurbelwelle dient.

Zur Anpassung der Drehzahlen bzw. Drehmomente kann die Winde den Energieumwandler über ein Getriebe antreiben. Um den Antrieb ganz zu unterbrechen lässt sich weiterhin zwischen der Winde und dem Energieumwandler eine Kupplung anordnen.

In einer weiteren günstigen Ausführungsform treiben zwei oder mehrere Flugkörper den Energieumwandler über auf getrennte Zugleinen wirkende Kräfte an. Dies lässt sich zum einen realisieren, wenn die Zugleinen an einer gemeinsamen Winde verankert sind. Durch eine derartige Anordnung ist ein Parallelbetrieb – bei gleicher Wicklung um die Winde – oder auch ein Pendelbetrieb – bei gegensätzlicher Wicklung um die Winde – zweier oder mehrerer Flugkörper möglich. Durch einen Pendelbetrieb lässt sich die Auslastung des Energieumwandlers maximieren. Stillstandszeiten des Energieumwandlers sind bei Verankerung an einer gemeinsamen Winde aufgrund der auftretenden Wendepunkte jedoch nicht ganz zu vermeiden. Um diesen Nachteil zu umgehen, können die Zugleinen alternativ an verschiedenen Winden verankert sein. Die Nutzungsphasen der verschiedenen Flugkörper können dann so gesteuert werden, dass ein durchgängiger Betrieb des Energieumwandlers gewährleistet ist. Dies lässt sich durch eine zeitliche Überlagerung der Nutzungsphasen mehrerer Flugkörper realisieren. Da die Nutzungsphasen in der Regel länger sind als die Rückführungsphasen, ist eine Überlagerung der Nutzungsphasen bereits bei einer Anlage mit zwei Flugkörpern möglich.

Bei der Anlage kann weiterhin die Verankerung oder der Flugkörper eine Vorrichtung zur Rückführung des Flugkörpers von einer Rückholposition in eine Ausgangsposition mittels der Zugleine aufweisen. Die Vorrichtung kann dazu einen Antrieb aufweisen, wobei dieser Antrieb in einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Energiespeicher versorgt wird, der vorzugsweise vom Energieumwandler gespeist wird. Auf diese Weise kann ein Teil der genutzten Energie für die Rück führung des Flugkörpers verwendet werden. Es bieten sich Energiespeicher zur Speicherung elektrischer, kinetischer, potentieller oder sonstiger Energieformen an.

Bei Ausführung der Anlage mit mehreren über verschiedene Zugleinen an verschiedenen Winden verankerten Flugkörpern kann es günstig sein, dass die Winden kinematisch – beispielsweise über ein Getriebe – gekoppelt sind, so dass eine sich abwickelnde Winde eine andere Winde zum Aufwickeln antreibt. Eine derartige kinematische Kopplung könnte statt eines Energiespeichers verwendet werden, wodurch sich Energieverluste aufgrund von Energieumwandlungen reduzieren ließen.

Zur Überbrückung von Windstillen bietet sich bei der beschriebenen Anlage die Möglichkeit, die Zugleine und/oder den Flugkörper mit geeigneten Mitteln in der Luft zu halten. Dies könnte durch einen oder mehrere Auftriebskörper realisiert werden, woran die Zugleine oder der Flugkörper befestigt wird. Der Auftriebskörper ist dazu beispielsweise mit einem Gas, vorzugsweise Helium, gefüllt und kann auch integral mit dem Flugkörper ausgeführt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nutzung von Windenergie lässt sich in vorteilhafter Weise so durchführen, dass der Flugkörper in der Phase der Windnutzung in eine Fluglage gebracht wird, in der seine Hauptangriffsfläche orthogonal zum wahren Wind steht. Dies kann dadurch erzielt werden, dass der Flugkörper so gesteuert wird, dass die Zugleine weitgehend parallel zum Wind verläuft. Auch durch eine Anstellung des Flugkörpers oder Teile des Flugkörpers kann dies erreicht werden. Durch die orthogonale Anstellung der Hauptangriffsfläche des Flugkörpers wird erreicht, dass dieser sich mit hoher Geschwindigkeit quer zum wahren Wind bewegt. Die am Flugkörper auftretenden Zugkräfte werden dadurch deutlich erhöht.

Um die Energieausbeute in der Phase der Windnutzung zu optimieren ist es besonders günstig, dass sich der Flugkörper mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Drittel der Windgeschwindigkeit von der Verankerung entfernt. Bei einer besonders vorteilhaften Ansteuerung des Flugkörpers 1 bewegt sich dieser dann mit einer Quergeschwindigkeit zum Wind von etwa zwei Dritteln der Windgeschwindigkeit multipliziert mit der Gleitzahl des Flugkörpers. Zur Erreichung einer hohen Quergeschwindigkeit des Flugkörpers sollte dieser daher eine möglichst hohe Gleitzahl aufweisen.

Zur Erreichung besonders hoher Zugkräfte ist es weiterhin von Vorteil, den Flugkörper auf einer Flugbahn zu führen, die aus Sicht der Verankerung im Wesentlichen kreis-, acht-, doppelacht-, mehrfachachtförmig oder elliptisch geschlossen ist. Achtförmige Flugbahnen können dabei in besonders vorteilhafter Weise auch als liegendachtförmige Flugbahnen realisiert werden. Bei Verankerung des Flugkörpers über mehrere Zugleinen wird beim Durchfliegen von Achten der Vorteil erzielt, dass eine Verdrehung der Zugleinen rückgängig gemacht wird.

Um die in der Phase der Rückführung benötigte Energie zu reduzieren kann der Flugkörper in der Phase der Rückführung in eine Fluglage gebracht werden, in der seine Hauptangriffsfläche weitgehend parallel zum Wind steht. Durch die dann verbleibende minimale Windangriffsfläche ist dann ein energiearmes Rückführen ermöglicht.

Bei Durchführung des Verfahrens mit mehreren Flugkörpern über verschiedene Winden ist es weiterhin von Vorteil, wenn die von den Flugkörpern durchlaufenen Phasen der Windnutzug und Rückführung gegeneinander versetzt durchlaufen werden. Bei Überlappung der Windnutzungsphasen kann ein kontinuierlicher Betrieb des Energieumwandlers erreicht werden.

Bei Verwendung einer Anlage mit mehreren Zugleinen ist im Allgemeinen darauf zu achten, dass der oder die Flugkörper so gesteuert werden, dass eine gegenseitige Berührung der Zugleinen verhindert wird. Eine vorzeitige Abnutzung der Zugleinen kann auf diese Weise wirksam verhindert werden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 37 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1a eine schematische Ansicht einer Anlage zur Nutzung von Windenergie zu Beginn der Phase der Windnutzung.
1b eine schematische Ansicht einer Anlage zur Nutzung von Windenergie am Ende der Phase der Windnutzung.
2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Anlage zur Nutzung von Windenergie mit zwei Zugleinen zur Steuerung des Flugkörpers.
3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Anlage zur Nutzung von Windenergie mit einer beim Flugkörper angeordneten Steuereinrichtung.
4 eine schematische Ansicht einer vom Flugkörper innerhalb eines Zyklus' zurückgelegten Flugbahn.
5 eine schematische Ansicht einer anderen vom Flugkörper innerhalb eines Zyklus' zurückgelegten Flugbahn.
6 eine schematische Ansicht von vier zum Formationsflug hintereinander angeordneten Flugkörpern.
7 eine schematische Ansicht von zwei Flugkörpern an einer verzweigten Zugleine.
8a eine schematische Ansicht einer Anordnung wie in 7, wobei hinter der ersten Verzweigung mit zwei Flugkörpern eine zweite Verzweigung mit zwei Flugkörpern angeordnet ist.
8b eine schematische Ansicht einer Anordnung von sechs Flugkörpern, wobei an einer verzweigten Zugleine zwei Dreierformationen hintereinander gekoppelter Flugkörper angeordnet sind.
9 eine schematische Ansicht einer Anlage zur Nutzung von Windenergie mit zwei über getrennte Zugleinen verankerten Flugkörpern.
10 einen vom Flugkörper zurückgelegten Zyklus in schematischer Draufsicht auf das Tragflächenprofil des Flugkörpers
Die 1a und 1b zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Nutzung von Windenergie in unterschiedlichem Zustand. In beiden Abbildungen ist ein Flugkörper 1 zu sehen, der einer durch den großen weißen Pfeil dargestellten Windströmung ausgesetzt ist und über eine Zugleine 2 verankert ist. Die Verankerung 3 umfasst dabei eine Winde 7, auf welche die Zugleine 2 aufgewickelt ist, und einen als Stromgenerator ausgeführten Energieumwandler 4, der durch die Drehung der Winde 7 angetrieben wird und zur Verankerung mit dem Boden verbunden ist. Durch Einwirkung des Windes auf den Flugkörper 1 und die Zugleine 2 entsteht eine Zugkraft, welche die Winde 7 in Drehung versetzt, und somit den Energieumwandler 4 antreibt. Die Zugleine 2 wickelt sich dabei von der Winde 7 ab, was dazu führt, dass sich der Flugkörper 1 – wie durch den kleinen schwarzen Pfeil dargestellt – von der Verankerung 3 entfernt. Der Flugkörper 1 wird so gesteuert, dass er eine hohe Zugkraft entwickelt. Die hierbei durchlaufene Phase der Windnutzung beginnt in einer Ausgangsposition mit kurzer Zugleine 2 und endet in einer Rückholposition mit langer Zugleine 2. Demnach ist in 1a die Anlage im Zustand kurz nach Verlassen der Ausgangsposition dargestellt, während 1b die Anlage im Zustand kurz vor Erreichen der Rückholposition zeigt.
Wie bereits erwähnt, sind verschiedene Möglichkeiten zur Steuerung des Flugkörpers 1 denkbar. 2 zeigt hierzu eine Ausführungsform der Steuereinrichtung für den Flugkörper 1 mit zwei verschiedenen Zugleinen 2a und 2b, die an verschiedenen Winden 7a und 7b verankert sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zugleinen 2a und 2b auf der linken bzw. rechten Seite des Flugkörpers 1 befestigt, so dass durch eine Veränderung der Längen der Zugleinen 2a und 2b zueinander die aerodynamische Wirkung des Flugkörpers 1 durch eine Veränderung seiner Anstellung zum Wind beeinflusst wird. Insofern lässt sich der Flugkörper 1 über die Winden 7a und 7b steuern.
Eine andere Möglichkeit der Steuerung ist in 3 gezeigt. Hier ist der Flugkörper 1 durch eine Zugleine 2 verankert, und die Steuereinrichtung für den Flugkörper 1 ist bei dem Flugkörper 1 angeordnet. Ein an der Zugleine 2 angeordneter Steuerantrieb 6 steht dazu mit dem Flugkörper 1 in Wirkverbindung, so dass eine Veränderung der aerodynamischen Wirkung des Flugkörpers 1 ermöglicht ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies über zwei an der linken bzw. rechten Hälfte des Flugkörpers 1 angreifende Steuerleinen, durch welche die Anstellung des Flugkörpers 1 zum Wind beeinflussbar ist. In der Nähe des Steuerantriebs 6 ist eine Windturbine angeordnet, die einen Generator antreibt zur Versorgung des Steuerantriebs 6 mit elektrischem Strom. Die Steuereinrichtung empfängt über eine Funkverbindung Steuersignale von einem in der Nähe der Verankerung angeordneten Signalgeber.
Die 4 und 5 zeigen bevorzugte vom Flugkörper 1 zu durchlaufende Flugbahnen 5. Die vorherrschende Windrichtung wird wiederum durch einen weißen Pfeil verdeutlicht. In beiden Fig. befindet sich der Flugkörper 1 in der Ausgangsposition eines wiederholbaren Zyklus' eines Verfahrens zur Nutzung von Windenergie. In der Phase der Windnutzung legt der Flugkörper 1 anschließend eine kreisförmige (4) bzw. achtförmige (5) Flugbahn 5 zurück, während er sich von der Verankerung 3 (nicht dargestellt) entfernt, und erreicht die Rückholposition. Durch Steuerung des Flugkörpers 1 auf einer kreis- bzw. achtförmigen Flugbahn 5 entwickelt der Flugkörper 1 in der Phase der Windnutzung eine hohe Zugkraft. Nach Erreichen der Rückholposition wird der Flugkörper 1 in eine Fluglage mit geringer Zugkraft gesteuert, wobei er durch eine Verkürzung der – hier nicht dargestellten – Zugleine 2 von der Rückholposition in die Ausgangsposition zurückgebracht wird. Die für die Phase der Rückführung benötigte Energie ist geringer als die in der Phase der Windnutzung erzielte Energie. Es ergibt sich eine geschlossene Flugbahn 5, die wiederholt durchlaufen werden kann.
Zur Anpassung der Anlage an verschiedene Windstärken oder erwünschte Leistungen der Anlage können zwei oder mehrere Flugkörper 1 den Energieumwandler 4 antrieben. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Flugkörper 1 zum Formationsflug hintereinander angeordnet sind. 6 zeigt in einer beispielhaften Ausführungsform eine Anordnung von vier Flugkörpern 1a, 1b, 1c und 1d hintereinander, wobei diese durch Verbindungsleinen miteinander gekoppelt sind. Die von der Formation von Flugkörpern 1a bis 1d entwickelte Zugkraft ist gegenüber einer einfachen Ausführung etwa vervierfacht. Durch die Kopplung der Flugkörper 1a bis 1d über Verbindungsleinen miteinander werden die Lenkbewegungen des vorderen Flugkörpers 1a auf die nachgeordneten Flugkörper 1b, 1c und 1d übertragen, so dass nur eine Steuereinrichtung für den Flugkörper 1a benötigt wird.
Bei der im Ausführungsbeispiel 7 gezeigten Anordnung verzweigt sich die Zugleine 2 zu ihrem den Flugkörpern 1a und 1b zugewandten Ende hin. An jeden der Zweige ist ein Flugkörper 1a bzw. 1b gekoppelt. Durch entsprechende Ansteuerung kreisen die Flugkörper 1a und 1b auf einer Flugbahn 5 umeinander. Die in 7 gezeigte Anordnung mit einer Verzweigung der Zugleine 2 lässt sich nach dem in 6 gezeigten Prinzip erweitern. Dies ist in einer vorteilhaften Ausführungsform in 8a dargestellt. Sowohl in 7 als auch in 8a durchlaufen die Flugkörper 1 eine kreisförmige Flugbahn 5, deren Mittelpunkt in etwa auf der Zugleine 2 bzw. ihrer fiktiven Verlängerung liegt. Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß 8b sind an einer verzweigten Zugleine 2 jeweils zum Formationsflug miteinander verbundene Flugkörper 1a, 1b, 1c bzw. 1d, 1e, 1f angeordnet.
9 zeigt eine Ausführungsform der Anlage mit zwei Flugkörpern 1a und 1b, die über zwei getrennte Zugleinen 2a und 2b den Energieumwandler 4 über getrennte Winden 7a und 7b antreiben. Wie durch die kleinen schwarzen Pfeile angedeutet, durchlaufen die beiden Flugkörper 1a und 1b die Phasen der Windnutzung und Rückführung zeitlich zueinander versetzt. Während sich der Flugkörper 1b am Ende der Phase der Windnutzung befindet und den Energieumwandler 4 antriebt, befindet sich der Flugkörper 1a am Ende der Phase der Rückführung, wobei er durch eine Verkürzung der Zugleine 2a in die Ausgangsposition zurückgebracht wird. Die mit Hilfe des Flugkörpers 1b genutzte Energie ist dabei höher als die für die Rückführung des Flugkörpers 1a benötigte Energie, wobei die Differenz als nutzbare Energie von der Anlage abgegeben wird. Bei entsprechender Ansteuerung ist mit dem in 9 gezeigten Pendelbetrieb zweier Flugkörper 1a und 1b eine durchgehende Nutzung des Energieumwandlers 4 möglich.
Schließlich ist zum allgemeinen Verständnis des dieser Erfindung zugrunde liegenden Prinzips in 10 ein Flugkörper 1 in verschiedenen Phasen eines Zyklus' zur Nutzung von Windenergie in einer Draufsicht auf dessen Tragflächenprofil dargestellt. Der wahre (d.h. tatsächliche) Wind kommt in der Darstellung von unten und wird durch den großen Pfeil angezeigt. Aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung und aufgrund seiner aerodynamischen Eigenschaften bewegt sich der Flugkörper 1 quer (hier: nach rechts) zum wahren Wind. Die durch die Luftanströmung am Flugkörper angreifenden Kräfte F_L (Auftriebskraft) und F_D (Widerstandskraft) addieren sich dabei zur resultierenden Gesamtkraft F, die in Richtung des wahren Windes wirkt. Die Geschwindigkeit des auf den Flugkörper 1 auftreffenden Windes wird um die Geschwindigkeit der sich verlängernden oder verkürzenden Zugleine (nicht dargestellt) verändert.
Im linken Teil der 10 ist die Phase der Windnutzung zu sehen (die ersten drei Tragflächenprofile). Dabei ist das Verhältnis von Auftriebs- und Widerstandsbeiwert (C_L zu C_W) des Profils des Flugkörpers 1 durch entsprechende Anstellung maximiert. Die am Flugkörper 1 angreifende, aus Auftriebs- und Widerstandskraft resultierende Kraft F (siehe erstes Tragflächenprofil von links) wirkt in Richtung des wahren Windes und ist hoch. Bei einer Verlängerung der Zugleine mit einer Geschwindigkeit von einem Drittel des wahren Windes wird eine maximale Leistungsabgabe realisiert. Die Quergeschwindigkeit des Flugkörpers 1 beträgt dabei zwei Drittel der Geschwindigkeit des wahren Windes multipliziert mit dem Verhältnis aus Auftriebs- und Widerstandsbeiwert (= Gleitzahl).
In der sich anschließenden Phase der Rückführung (in 10 vom vierten bis siebten Tragflächenprofil von links) ist das Verhältnis C_L zu C_W durch entsprechende andere Anstellung vermindert. Die am Flugkörper 1 angreifende, aus Auftriebs- und Widerstandskraft resultierende Kraft F (siehe viertes Tragflächenprofil von links) wirkt wieder in Richtung des wahren Windes, ist nun jedoch deutlich geringer als zuvor. Aufgrund der deutlich geringeren Zugkraft des Flugkörpers 1 ist eine Rückführung möglich, für die weniger Energie aufzubringen ist, als zuvor in der Phase der Windnutzung erzielt wurde. Nach der Rückführung beginnt der Zyklus erneut.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Anlage zur Nutzung von Windenergie, umfassend mindestens einen Flugkörper (1), eine Zugleine (2) zur Verankerung des Flugkörpers (1), eine Steuereinrichtung für den Flugkörper (1) und einen Energieumwandler (4), vorzugsweise einen Generator zur Stromerzeugung, wobei der Flugkörper (1) den Energieumwandler (4) über die auf die Zugleine (2) wirkende Kraft antreibt.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die aerodynamische Wirkung des Flugkörpers (1) verändert.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der aerodynamischen Wirkung durch eine Veränderung der Ausrichtung, Anstellung und/oder Form des Flugkörpers (1) erfolgt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) in einem zumindest durch die Länge der Zugleine (2) begrenzten Raum lenkbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen mit dem Flugkörper (1) in Wirkverbindung stehenden Steuerantrieb (6) aufweist.
Anlage nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe des Steuerantriebs (6) eine Windturbine, ein Windpropeller oder dergleichen vorgesehen ist, die den Steuerantrieb (6) mit vorzugsweise elektrischer oder pneumatischer Energie versorgt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung für den Flugkörper (1) bei oder an dem Flugkörper (1) angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalgeber, der vorzugsweise in der Nähe der Verankerung angeordnet ist, Steuersignale durch geeignete Datenübertragungsmittel an die Steuereinrichtung sendet.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung über einen elektrischen, optischen oder sonstigen Leiter erfolgt.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein derartiger Leiter mit der Zugleine (2) integral ausgeführt ist.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung berührungslos, vorzugsweise über elektromagnetische Wellen, erfolgt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung bei oder an der Verankerung angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) zur Steuerung mit zwei Zugleinen (2) statt mit einer Zugleine (2) verankert ist.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch eine Veränderung der Längen der Zugleinen (2) zueinander erfolgt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Flugkörper (1) den Energieumwandler (4) antreiben.
Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Energieumwandlers (4) über eine gemeinsame Zugleine (2) erfolgt.
Anlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugkörper (1) zum Formationsflug hintereinander angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugkörper (1) über Verbindungsleinen, -stäbe oder dergleichen miteinander gekoppelt sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zugleine (2) zu ihrem den Flugkörpern (1) zugewandten Ende hin verzweigt, wobei an jeden Zweig ein oder mehrere Flugkörper (1) oder weitere Verzeigungen gekoppelt sind.
Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugkörper (1) durch entsprechende Ansteuerung eine aus Sicht der Verankerung im Wesentlichen kreisförmige, elliptische oder zwei-, drei- oder mehrfachachtförmige Flugbahn (5) zurücklegen, wobei der Mittelpunkt dieser Flugbahn (5) in etwa auf der Zugleine (2) bzw. ihrer fiktiven Verlängerung liegt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) mittels der Zugleine (2) am Boden verankert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) mittels der Zugleine (2) an einem beweglichen Objekt, vorzugsweise einem Fahrzeug, verankert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) mittels der Zugleine (2) am Grund eines Gewässers verankert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) mittels der Zugleine (2) an einem aus einem Gewässer herausragenden Körper, vorzugsweise einer Boje, verankert ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der mit dem Energieumwandler (4) genutzten Energie an den Ort des Verbrauchs geeignete Mittel, insbesondere Kabel, vorgesehen sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb der Anlage bei unterschiedlichen Windrichtungen die Verankerung oder zumindest ein Teil der Verankerung durch drehbare Lagerung entsprechend der Windrichtung ausrichtbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugleine (2) mittels einer Winde (7) verankert ist, wobei die Drehung der Winde (7) den Energieumwandler (4) antreibt.
Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Winde (7) den Energieumwandler (4) über ein Getriebe antreibt.
Anlage nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Winde (7) und dem Energieumwandler (4) eine Kupplung angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Flugkörper (1) den Energieumwandler (4) über auf getrennte Zugleinen (2) wirkende Kräfte antreiben.
Anlage nach den Ansprüchen 27 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugleinen (2) an einer gemeinsamen Winde (7) verankert sind.
Anlage nach den Ansprüchen 27 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugleinen (2) an verschiedenen Winden (7) verankert sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung oder der Flugkörper (1) eine Vorrichtung zur Rückführung des Flugkörpers (1) von einer Rückholposition in eine Ausgangsposition mittels der Zugleine (2) aufweist.
Anlage nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Rückführung des Flugkörpers (1) einen Antrieb aufweist.
Anlage nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb von einem vorzugsweise durch den Energieumwandler (4) gespeisten Energiespeicher versorgt wird.
Anlage nach den Ansprüchen 32 und 33 gegebenenfalls Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Winden (7) kinematisch so gekoppelt sind, dass eine sich abwickelnde Winde (7) eine andere Winde (7) zum Aufwickeln antreibt.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie mit einer Anlage, insbesondere einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 36, umfassend mindestens einen Flugkörper (1), eine Zugleine (2) zur Verankerung des Flugkörpers (1), eine Steuereinrichtung für den Flugkörper (1) und einen Energieumwandler (4), vorzugsweise einen Generator zur Stromerzeugung, wobei der Flugkörper (1) den Energieumwandler (4) über die auf die Zugleine (2) wirkende Kraft antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzung der Windenergie in einem wiederholbaren Zyklus erfolgt, der die folgenden zwei Phasen aufweist: (Windnutzung): Steuerung des Flugkörpers (1) in eine Fluglage mit hoher Zugkraft, aus welcher der Flugkörper (1) den Energieumwandler (4) über die auf die Zugleine (2) wirkende Kraft antreibt, wobei sich der Flugkörper (1) von mindestens einer Ausgangsposition zu mindestens einer Rückholposition bewegt; (Rückführung): Steuerung des Flugkörpers (1) in eine Fluglage mit geringer Zugkraft, wobei der Flugkörper (1) durch eine Verkürzung der Zugleine (2) von der Rückholposition in eine Ausgangsposition zurückgebracht wird, wobei die in der Phase der Windnutzung erzielte Energie höher ist als die für die Rückführung benötigte Energie.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) zur Erzielung einer hohen Zugkraft in der Phase der Windnutzung in eine Fluglage gebracht wird, in der seine Haupangriffsfläche orthogonal zum wahren Wind steht.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flugkörper (1) zur Erzielung einer optimalen Energieausbeute in der Phase der Windnutzung mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Drittel der Windgeschwindigkeit von der Verankerung entfernt.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flugkörper (1) zur Erzielung einer optimalen Energieausbeute in der Phase der Windnutzung mit einer Quergeschwindigkeit zum Wind von etwa zwei Dritteln der Windgeschwindigkeit multipliziert mit der Gleitzahl des Flugkörpers bewegt.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) in der Phase der Windnutzung auf einer Flugbahn (5) geführt wird, die aus Sicht der Verankerung im Wesentlichen kreis-, acht-, liegendacht-, mehrfachacht-, mehrfachliegendachtförmig oder elliptisch geschlossen ist.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach einem der Ansprüche 37 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (1) zur Erzielung einer geringen Zugkraft in der Phase der Rückführung in eine Fluglage gebracht wird, in der seine Haupangriffsfläche weitgehend parallel zum Wind steht.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung der Zugkraft des Flugkörpers 1 durch eine Veränderung des Verhältnisses aus Auftriebsbeiwert zu Widerstandsbeiwert des Flugkörpers 1 erzielt wird.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach einem der Ansprüche 37 bis 43 mit einer Anlage nach einem der Ansprüche 30 bis 32 und gegebenenfalls einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Flugkörpern (1) durchlaufenen Phasen der Windnutzung und Rückführung gegeneinander versetzt durchlaufen werden.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen so gegeneinander versetzt durchlaufen werden, dass ein kontinuierlicher Betrieb des Energieumwandlers (4) gewährleistet wird.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach einem der Ansprüche 37 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Flugkörper (1) so gesteuert werden, dass eine gegenseitige Berührung der Zugleinen (2) verhindert wird.