Wind oogsten met zweefvliegtuig

Op een paar houten blokken ligt de PH-1BR sierlijk en rank in een loods op een Haags bedrijventerrein. Het is een vliegend energiefabriekje. Het zweefvliegtuig is ingeschreven in het Nederlandse luchtvaartuigregister, vandaar dat officiële registratienummer, PH-1BR. Propvol apparatuur, spanwijdte 5,5 meter, gewicht: krap 35 kilo, maar in staat om een woonwijk van stroom te voorzien.

Als het maar een beetje waait, kan-ie urenlang in de lucht blijven op de automatische piloot, die geprogrammeerd is om in een vast patroon van 'achtjes' te vliegen, telkens hoger en hoger, tot zo'n 600 meter. Vrijwel geruisloos.

Duikvlucht
Met een sterke, lichtgewicht kabel zit het zweefvliegtuig op de grond vast aan een lier die een generator aandrijft. Door het uitrollen van de kabel wekt de generator stroom op. Als de kabel helemaal is uitgerold, maakt het vliegtuig een geprogrammeerde duikvlucht en stijgt het opnieuw in achtjes langzaam op tot 600 meter. "Zo blijft het zweefvliegtuig eindeloos in de lucht. Hij kan meer vlieguren per jaar maken dan een Boeing 747", zegt Wolbert Allaart, directeur van Ampyx Power, een jong bedrijf dat zich toelegt op het vliegend opwekken van elektriciteit.

Het bedrijfje, met inmiddels dertig werknemers, is er al een paar jaar mee bezig. Het idee bestaat al heel lang, in de jaren tachtig is de fysica van het concept al beschreven. In de afgelopen tien jaar werd vooral met grote vliegers geëxperimenteerd. Ampyx koos voor zweefvliegtuigjes, met vaste vleugels. Intussen is Ampyx wereldwijd een van de eerste bedrijven die de techniek zo ver heeft doorontwikkeld, dat het tijd is geworden voor het serieuze werk.

Allaart en zijn compagnon Richard Ruiterkamp hebben Staatsbosbeheer enthousiast gemaakt. De groene grondeigenaar gaat een terrein zoeken waar een commerciële versie van het vliegtuig kan worden getest. "Dit is een methode om zonder negatieve effecten voor het landschap, energie uit wind te winnen. Daar doen we graag aan mee", zegt Jan-Pieter Peijs, projectmanager bij Staatsbosbeheer.

Subsidie
Ampyx heeft zijn oorsprong in de Technische Universiteit van Delft. Daar wordt sinds begin deze eeuw gewerkt aan het concept van vliegend opwekken van elektriciteit, Ruiterkamp leidde dat project van 2005 tot 2008. Tot zijn dood in mei 2014 was astronaut en wetenschapper Wubbo Ockels nauw bij dit project betrokken. In 2009 werd Ampyx opgericht. Met hulp van grote investeerders als KLM, Schiphol, Rabobank en Wereld Natuur Fonds is het kapitaal bijeengebracht. Onlangs heeft de Europese Commissie een subsidie van 2,5 miljoen euro toegezegd.

Allaart: "We hebben de afgelopen paar jaar veel tijd gestoken in de veiligheid. We moeten uiteindelijk op hetzelfde veiligheidsniveau als een Boeing komen. Het gaat hier om vliegtuigjes, die ook 's nachts vliegen. Uiteindelijk zullen ze meer dan zestig procent van de tijd in de lucht zijn. Dan moet de veiligheid op orde zijn."

De zweefvliegtuigen hebben sensoren aan boord die weersveranderingen registreren. De automatische piloot grijpt in als zich onverwachte situaties voordoen. Het vliegtuig maakt zelfstandig voorzorgs- en noodlandingen op een eigen luchthaventje bij de generator. De permanente cyclus van stijgen en dalen levert de elektriciteit op in het grondstation.

Slimmer
Wolbert Allaart is ervan overtuigd dat zijn windvliegtuigjes een geduchte concurrent zullen zijn voor de peperdure, landschap ontsierende windmolens. "We hebben alleen al veel minder materiaal nodig om dezelfde hoeveelheid windenergie op te wekken. Van zo'n windturbine van 100 meter dragen vrijwel alle onderdelen die veel geld kosten, nauwelijks bij aan het doel: energie opwekken. Wij denken dat je de wieken van een windmolen veel slimmer kunt gebruiken, als vleugels van zweefvliegtuigen. De zweefvliegtuigjes kunnen op grotere hoogten komen, waar meer wind kan worden geoogst. Je kunt ze ook op zee gebruiken. Een drijvend platform is genoeg om ze de lucht in te krijgen, er zijn dan geen kostbare funderingen meer nodig voor windmolens."

Het materiaalgebruik voor een zweefvliegtuig, inclusief kabel en grondstation, is spectaculair lager dan bij een windmolen, stelt Ampyx: maximaal 40.000 kilo. Voor een complete windturbine is het tienvoudige nodig, 400.000 kilo aan metaal, beton en kunststoffen. "We vervangen een heleboel beton en staal door slimme technologie."

Wat volgens Allaart heeft geholpen is de verbeterde computertechnologie en de ontwikkeling van lichtere, maar ijzersterke materialen. "Het prototype zweefvliegtuig van 35 kilo heeft een trekkracht van 600 kilo, het gewicht van een kleine auto. Ook de kabel, gemaakt door DSM, kan honderden kilo's aan, terwijl de kabel maar een paar millimeter dik is."

Niet boven woonwijken
De vliegtuigjes vliegen vrij hoog, waardoor ze nauwelijks zichtbaar zijn, zegt Allaart. Aan alle mogelijke veiligheidsrisico's is gedacht, vertelt hij. Onweer, windvlagen, aanvaringen, hagel, alle opties zitten in de boordcomputer en bij onraad zullen ze het vliegtuig aan de grond brengen. "In de testfase sluiten we het gebied waarboven we vliegen af. Ik zie het ook niet gauw gebeuren dat we dit soort zweefvliegtuigjes boven woonwijken inzetten. Maar je kunt je wel voorstellen dat we boven landbouw- of recreatiegebieden gaan cirkelen." De vliegbewegingen worden vanuit een centrale controlekamer gevolgd, aldus Allaart.

Het prototype PH-1BR heeft een spanwijdte van 5,5 meter. Commerciële windvliegtuigen zullen dertig meter spanwijdte hebben, dat is ongeveer de grootte van een tweepersoons-zweefvliegtuig. Deze grotere zweefvliegtuigen kunnen een vermogen opwekken van 2 tot 3 megawatt, net zo veel als één conventionele windturbine.

Ze zijn een stuk minder duur dan windmolens. Voor net iets meer dan een miljoen kan een compleet windvliegtuig met start- en landingsplatform worden gerealiseerd, ruim minder dan de helft van de kosten van een conventionele windturbine die dezelfde opwekcapaciteit heeft. Een platform van dertig bij dertig meter is in beginsel voldoende, de vliegtuigen hebben een grote spanwijdte en wegen niet veel, waardoor ze snel opstijgen en maar een korte landingsbaan nodig hebben. Allaart schat dat de vliegtuigjes zo'n 20 jaar mee kunnen. "Maar de investering is in vier tot vijf jaar terug te verdienen."