Chinas S4000 besteht kompletten Testzyklus in 4.000 Metern Höhe

Chinas S4000-System für Windenergie in großer Höhe hat an einem Teststandort im Nordwesten des Landes nach Angaben chinesischer Medien einen vollständigen Betriebszyklus absolviert. Der Versuch umfasste Aufstieg, stabiles Halten der Position, einen Test der Stromerzeugung und die kontrollierte Bergung in einer Höhe von bis zu 4.000 Metern. Chinesische Berichte bezeichnen dies als weltweit ersten erfolgreichen Stromerzeugungstest eines schwimmenden Windenergiesystems in dieser Höhe. 25

Damit ist eine zentrale Funktionskette eines solchen Systems demonstriert: Das Luftfahrzeug muss sicher aufsteigen, am Halteseil stabil bleiben, Strom erzeugen und anschließend kontrolliert zurückgeholt werden. Nicht belegt sind damit allerdings die Verfügbarkeit über Monate oder Jahre, der tatsächliche Energieertrag und die Betriebskosten, die für ein kommerzielles Kraftwerk entscheidend wären.

Was der Test des S4000 tatsächlich gezeigt hat

Das Entwicklungsprojekt wird von Lingyi Yunchuan Energy Technology aus Peking geführt; beteiligt sind die Tsinghua-Universität sowie das Aerospace Information Research Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Demnach hat das S4000 alle vorgesehenen Phasen seines Betriebszyklus durchlaufen und die vorgegebenen Testwerte erreicht. 26

Die Leistung liegt nicht allein in einem einzelnen Erzeugungstest, sondern in der Verbindung mehrerer technisch anspruchsvoller Systeme:

• Heliumauftrieb für den Aufstieg,
• ein Halteseil und eine Bodenstation zur Steuerung in großer Höhe,
• stabiles Halten der Position während des Betriebs der Erzeugungstechnik,
• sowie die sichere Rückholung von Plattform und Seil.

Das S4000 ist die Weiterentwicklung des S2000. Die maximal vorgesehene Betriebshöhe wurde Berichten zufolge von rund 2.000 auf 4.000 Meter angehoben. 429

So soll das fliegende Windkraftsystem funktionieren

Statt eine Turbine auf einem festen Turm zu montieren, bringt das S4000 leichte Stromerzeugungsmodule mit einem heliumgefüllten Aerostaten – vereinfacht: einer antriebslosen, auftriebsfähigen Luftschiffplattform – in höhere Luftschichten. Ein Halteseil verbindet die Plattform mit der Bodenstation. Es sichert das System und dient zugleich als Weg für die Stromübertragung. 23

Öffentlich genannte Abmessungen des S4000 sind 67 Meter Länge, 40 Meter Breite und 23 Meter Höhe. Die Nutzlast in der Luft soll mehr als eine Tonne betragen. Als Ausgangsspannung werden 10 bis 35 kV genannt, was die Anbindung an übliche Stromnetze ermöglichen soll; die geplante Nutzungsdauer liegt bei 20 Jahren. 26

Das Halteseil ist der Kern des Konzepts. Laut lokalen Berichten muss es hohe mechanische Lasten aushalten und zugleich Hochspannung vom Generator am Luftfahrzeug zum Boden leiten. Darüber hinaus kann es Kommunikationssignale und die Versorgung von Bordsystemen übertragen. 3

Das unterscheidet den Ansatz von zugbasierten Drachensystemen, bei denen ein Seil fortlaufend aus- und wieder eingezogen wird. Beim öffentlich beschriebenen S4000-Konzept bleibt der Generator in der Höhe; der erzeugte Strom fließt über das Seil nach unten, während die Plattform ihre Position hält. 3

Warum 4.000 Meter Höhe interessant sind

Die Grundidee der Höhenwindenergie: Wind in mehreren Kilometern Höhe wird potenziell weniger durch Gelände und Bodenreibung beeinflusst als Wind in der Nabenhöhe herkömmlicher Windräder. Deshalb soll die Erzeugungstechnik weit über die Reichweite konventioneller Anlagen hinaus steigen. 2333

Bei besonders weitgehenden Leistungsversprechen ist jedoch Vorsicht angebracht. Öffentliche Berichte werben mit stärkeren und gleichmäßigeren Winden in großer Höhe und sehen den Test als Schritt in Richtung technischer Anwendung. Unabhängig geprüfte Daten zu 5.000 bis 6.000 Betriebsstunden pro Jahr, grundlastähnlicher Leistung, jährlichem Kapazitätsfaktor, Abregelungen oder Lebenszeit-Stromertrag des S4000 liegen darin jedoch nicht vor. 521

Praktisch bedeutet der erfolgreiche Zyklus: Die Architektur hat einen wesentlichen Betriebsablauf bewältigt. Noch nicht bewiesen ist, dass sie saisonale Wetterlagen, Wartungsintervalle und lange Phasen netzgekoppelter Stromerzeugung wirtschaftlich übersteht.

Was über die Sicherheit bekannt ist – und was nicht

Der Test stützt die Aussage, dass Start, Schweben, Stromerzeugung und Rückholung unter den Testbedingungen wie vorgesehen funktionierten. Für das Halten der Position und die Lageregelung setzt das Projekt auf ein intelligentes Zusammenspiel von Seil und Bodenstation. Der Lieferant Juli Sling erklärte zudem, das Halteseil und das Ausbringungs- und Rückholsystem geliefert zu haben. 439

Das verfügbare öffentliche Material reicht jedoch nicht aus, um wesentliche Schutzmechanismen unabhängig zu bewerten. Dazu gehören:

• Belastungsgrenzen bei Turbulenzen und Extremwind,
• automatische Abstieg- oder Rückhollogik bei Unwettern,
• Blitzschutz,
• Eiserkennung und Enteisung,
• Redundanzen bei Stromversorgung, Steuerung und Seilsystemen,
• Umgang mit Heliumverlusten,
• Verfahren zur sicheren Trennung vom Luftverkehr,
• sowie Notfallszenarien bei der Bergung.

Solche Funktionen können vorhanden sein, sind in den vorliegenden Veröffentlichungen aber nicht ausreichend dokumentiert. Für einen glaubwürdigen Langzeiteinsatz wären sie zentral.

Vom Prototyp zur Stromversorgung abgelegener Standorte?

Das S4000 wird für Wüsten, Hochplateaus und Inseln positioniert – Orte, an denen der Verzicht auf hohe Türme und massive Fundamente attraktiv sein könnte. Wo ein Netz vorhanden ist, soll auch eine Netzanbindung möglich sein. 713

Der Entwicklungsweg hat zudem eine industrielle Seite: Berichte nennen ein Pilot- und Forschungszentrum in Changsha sowie ein Endmontagezentrum für Aerostate in der Wirtschaftsentwicklungszone Yueyang. 14 Das deutet auf den Versuch hin, über einen einmaligen Demonstrator hinauszugehen. Eine unabhängig bestätigte Produktionsrate, Flottenbestellung oder ein konkreter Zeitplan für kommerzielle Einsätze wurde bislang aber nicht veröffentlicht.

Für abgelegene Standorte wäre mehr nötig als die Plattform in der Luft: eine Bodenwinde samt Steuerstation, lokale Verteiltechnik, Speicher und/oder Reserveerzeugung sowie ein Konzept für Wartung und Unwetter. Bei einem späteren Flottenbetrieb müsste sich das System zudem wirtschaftlich gegen Solarstrom mit Batteriespeichern, Dieselgeneratoren und konventionelle Windkraft behaupten.

Fazit

Der Test des S4000 ist ein bemerkenswerter Nachweis eines anspruchsvollen Ablaufs in 4.000 Metern Höhe: Aufstieg, stabiler Betrieb am Halteseil, Stromerzeugungstest und Rückholung. 25 Größe des Systems, die angestrebte Netzspannung und die industrielle Unterstützung sprechen dafür, dass hier nicht nur ein Laborkonzept erprobt wird. 214

Ob daraus ein kommerziell relevantes Kraftwerk wird, ist offen. Entscheidend werden Langzeitdaten zu Ertrag, Stillstandszeiten, Widerstandsfähigkeit bei Extremwetter, Wartung, Luftverkehrsvorgaben, Heliumverbrauch und den tatsächlich gelieferten Stromkosten sein.