Lessen voor de eenentwintigste eeuwhighwind/wp... · kwam. Dat we trachten onze DNA-structuur in...

Tijd, evolutie en duurzaamheid

XXILessen voor de

eenentwintigste eeuw

RedactiePieter d’Hoine en Bart Pattyn

Universitaire Pers Leuven2013

Overdruk uit: Tijd, evolutie en duurzaamheid (Lessen XXIste Eeuw, 2013) - ISBN 978 90 5867 942 0 - © Universitaire Pers Leuven

Tijd, evolutie en duurzaamheid. Lessen voor de eenentwintigste eeuw, volume 19

© 2013 Pieter d’Hoine, Bart Pattyn en Universitaire Pers Leuven / Leuven University Press / Presses Universi-taires de Louvain, Minderbroedersstraat 4, B-3000 Leuven.

Alle rechten voorbehouden. Behoudens de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen mag niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd, opge-slagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, op welke wijze ook, zonder de uitdrukkelijke voorafgaande en schriftelijke toestemming van de uitgevers.

D/2013/1869/13ISBN 978 90 5867 942 0NUR: 740


inhoud 5

Inhoud

Voorwoord 11

oVer recent werk 15

bob Van reeth

Waar ik mee bezig ben: de vernieuwde Dossinsite in Mechelen 15Wat mij bezighoudt: intense afwezigheid 37

Zin en onZin Van herinneringseducatie 41

kaat wils en karel Van nieuwenhuyse

Burgerschapsopvoeding en oorlogsherinnering: een historisch perspectief 42Geschiedpolitiek en onderwijs 47Herinneringseducatie en geschiedenisonderwijs 55Tot slot 62Noten 64Literatuur 64

waar staan we tien jaar na het Menselijk genooM Project? 67

Het voorbeeld van multiple sclerosean goris

Een kennismaking met multiple sclerose (MS) 68Een kennismaking met enkele begrippen uit de genetica 72Vooruitgang in MS-genetica 75Implicaties 78Tot slot 81Bibliografie en verdere lectuur 81


6 inhoud

darwin 2.0? 83

Van Lamarck over Darwin naar Weismann – en terugkevin j. Verstrepen

Inleiding: de (on)afhankelijkheid van variatie en selectie 83Barstjes in de nieuwe synthese 88Een nieuwere synthese? 92Bronnen en literatuur 93

VaticanuM ii (1962-1965) 95

Een poging tot antwoord op een crisis in de katholieke KerkMathijs lamberigts

Inleiding 95Een unieke paus 100Een uniek concilie 101Een merkwaardige start 102De vruchten 105De erfenis van Vaticanum II 107Het huiswerk 111Aanbevolen literatuur 113

de ontdekking en Meting Van ‘deeP tiMe’ 115

jan hertogen

Deep time en geogeschiedenis 115Het westerse beeld van de wereld bij het begin van de eeuw van de verlichting (ca.1700) 119De achttiende eeuw: van deductieve arm-chair science naar inductief terreinwerk 123De negentiende eeuw: de inductieve benadering domineert 127De twintigste eeuw: de ontwikkeling van de absolute geochronologie met radionucliden 131‘Deep time’ aangevochten: het moderne creationisme 141Lessen voor de toekomst 143Aanbevolen literatuur 145


inhoud 7

de filosofie Van de taalPolitiek 147

helder de schutter

Drie tradities 149Talige rechtvaardigheid vandaag 158Conclusie 171Bronnen 172

Mens en aardbeVing 173

Een haat-liefdeverhoudingManuel sintubin

De ‘Zeven van L’Aquila’ 173Van natuurfenomeen tot natuurramp 174Assessing the earthquake hazard 178Mitigating the earthquake risk 194Aardbevingen, een bedreiging voor onze stadswereld 198Mens en aardbeving, een haat-liefdeverhouding 203Aanbevolen literatuur 204

de transitie naar duurZaaMheid 205

Voorbij het technologisch optimismePeter tom jones

Welkom in het Antropoceen 205Een gefaseerde aanpak 211Transitiemanagement als nieuw kader 214Transitiemanagement voor duurzame consumptie en productie 226Transitiepaden naar Sustainable Consumption and Production (SCP) 228Besluit 233Dankwoord 234Referenties 234


8 inhoud

airborne windenergie 237

Snelle kites produceren groene stroomMoritz diehl, jan swevers en dirk Vandepitte

Inleiding 237Het crosswind-effect en andere concepten 238Classificatie van airborne windenergiesystemen 241Airborne windenergieonderzoek aan de KU Leuven 247Uitdagingen voor de toekomst 250Dankwoord 251Noot 252Verklarende woordenlijst 252Aanbevolen literatuur 252

biodiVersiteit 255

Nuttig, nodig of overbodig?olivier honnay

Een korte historiek van het begrip ‘biodiversiteit’ 255Hoeveel soorten op aarde? 257Ecosysteemfuncties en ecosysteemdiensten van biodiversiteit 258Op weg naar de zesde massa-extinctie? 265Beschermen van biodiversiteit in de eenentwintigste eeuw 269Besluit 273Literatuur 273

suïcide 275

Een onoplosbare puzzeljoris Vandenberghe

Inleiding 276Terminologie 276‘Pathologische’ en ‘rationele’ suïcide 278In gesprek met de suïcidale patiënt 280Hoe verloopt de hulpverlening bij een suïcidale patiënt? 284Dwang en gedwongen opname 287Besluit 289Bibliografie 289


inhoud 9

de financiering Van het hoger onderwijs 291

Wie moet de rekening betalen?erwin ooghe

Aanleiding 291De participatiebeslissing 293Marktfalingen 295Gedragsfalingen 301Beleid 306Noten 313

handhaVing Van het auteursrecht oP het internet 315

Een moeilijke evenwichtsoefening tussen de bescherming van creativiteit en de belangen van gebruikers

Marie-christine janssens

Inleiding 315Wel of geen auteursrecht? Meestal wel 318Gebruik zonder toestemming is inbreuk op auteursrechten en/of naburige rechten 320Sommige vormen van gebruik vormen geen inbreuk 324Handhaving van het auteursrecht bij inbreuken op het internet 332Tot besluit: het einde is nog niet in zicht 336Noten 337Aanbevolen literatuur 337

lijst Van de auteurs 339


voorwoord 11

Voorwoord

Tijd is een fascinerend begrip. We gebruiken het voortdurend, bijvoor-beeld wanneer we iets plannen, of een afspraak maken, of wanneer we nagaan of iets ‘op tijd’ zal zijn afgewerkt. Midden in de rush van het dage-lijkse bestaan noemen we tijd kostbaar, vooral wanneer we de indruk heb-ben dat het er ons aan ontbreekt. In de schaarse momenten dat we er lij-ken in te slagen de normale gang van zaken te doorbreken, verandert tijd van dimensie. De tijd die geldt wanneer we terugblikken en herinneringen ophalen is van een andere orde dan de tijd waarop onze radiowekker ons attent maakt. Zo verschilt de tijdsdimensie van grote geschiedenisfeiten van de tijddimensie van de periode waarin ons geologisch aardoppervlak evolueert, of de tijdsdimensie waarin het biologische leven zich op aarde heeft ontwikkeld. Afgezien van de verschillen tussen al deze tijdsdimensies en ongeacht hoe sterk ze ons confronteren met de relativiteit van ons indi-viduele bestaan, het zijn altijd onze denkbeelden en onze herinneringen die het ons mogelijk maken om ons over tijd te bezinnen. Het enige wat zich van de tijd onbemiddeld manifesteert, is immers slechts een fractie ervan, het efemere moment dat we ‘nu’ noemen.

Als het verleden het product is van wat we kunnen denken en herin-neren, aan welke denkbeelden en herinneringen moeten we dan priori-teit geven? Zijn er gebeurtenissen die zo ingrijpend zijn geweest dat we ze nooit mogen vergeten? Er zijn inderdaad momenten in de geschiedenis waarvan we vinden dat we ze moeten blijven herinneren. Dat is de reden waarom we ze in onze omgeving markeren. De eerste bijdrage in dit boek besteedt aandacht aan een dergelijk monument: het Memoriaal, Museum en Documentatiecentrum over Holocaust en Mensenrechten. Architect bOb Van Reeth beschrijft hoe het museum tot stand kwam.

Hoe het verleden wordt herinnerd, hangt tot op zekere hoogte af van beslissingen. Wat zal in de geschiedenisles worden onderwezen en wat


12 voorwoord

niet? En wie mag dit bepalen? Het zijn vragen die in de context van de discussie over herinneringseducatie aan bod komen.

Faulkner schreef: ‘The past is never dead. It’s not even past.’ Wat in het verleden is gebeurd, drukt zijn stempel op het heden. Wat een instelling vandaag representeert, wordt bepaald door wat ze heeft doorgemaakt. Dat is zeker het geval voor een van de oudste instituten die we vandaag ken-nen: de Katholieke Kerk. Dit jaar is het vijftig jaar geleden dat het Tweede Vaticaans Concilie van start ging. Het gold als een scharniermoment. Wat zijn daar de sporen van vandaag?

Tijd blijkt relatief. We denken haar verloop in mensenmaat. In de geo-logie ontdekte men hoe futiel de tijd van mensen is in het licht van de tijd van het universum. Toch blijkt de impact van de mens op de natuur ingrijpend. Niet alleen een mensenleven is fragiel, ook de biodiversiteit op onze blauwe planeet blijkt uiterst kwetsbaar. Natuurlijke ontwikkelingen die het product zijn van miljoenen jaren evolutie worden door de invloed van mensen bedreigd. In deze context leidt een bezinning over tijd ons tot het besef van het belang van duurzaamheid.

Ook de ontwikkeling van wetenschap is gekoppeld aan tijd. Elke weten-schap is immers een uitdrukking van de tijdsgeest waarin ze tot stand kwam. Dat we trachten onze DNA-structuur in kaart te brengen om de vat-baarheid voor erfelijke ziekten vroeger op het spoor te komen (en daar nog in slagen ook), dat we ons onderzoek ten dienste stellen van een groenere economie, dat we reflecteren over een juridisch kader om het auteursrecht ook op het internet te vrijwaren: het zijn slechts enkele illustraties van de manier waarop academisch onderzoek mee wordt gestuurd door wat in onze tijd leeft. Dat impliceert geenszins dat de relevantie van wetenschap-pelijk onderzoek beperkt blijft tot de tijd waarin ze tot stand is gekomen. Sommige ideeën of theorieën maken bijna letterlijk geschiedenis. Niet omdat ze door latere generaties onderzoekers met eerbied en ontzag wor-den herkauwd, maar doordat ze een nieuwe richting tonen waarin onder-zoek op een vruchtbare wijze verder kan worden ontwikkeld. De evolutie-theorie van Darwin bijvoorbeeld, intussen al meer dan honderdvijftig jaar oud, lijkt vandaag actueler dan ooit. Het is een theorie die de biologische context waarin zij is ontwikkeld al lang is ontstegen en tot uitgangspunt is geworden voor heel wat onderzoek in de sociale wetenschappen, de psy-chologie of de filosofie. De leer van Darwin biedt niet alleen inzicht in de evolutie van natuurlijke organismen, maar reikt ook een goed model aan om over de ontwikkeling van wetenschap zelf te reflecteren. Trial and error maken ontegensprekelijk deel uit van het wetenschappelijke bedrijf. Toe-nemende complexiteit evenzeer. Wetenschappelijk onderzoek blijkt ook het best te gedijen wanneer er geen overkoepelende instantie is die alles tracht te sturen. En ja, in de strijd om schaarse onderzoeksmiddelen is


voorwoord 13

het – soms terecht, soms ten onrechte – vaak de meest aangepaste die het hoofd boven water kan houden. Ook al lijkt wetenschappelijk onderzoek vanuit zijn interne dynamiek vooral gericht op de toekomst, het kan dat maar doen in een voortdurende dialoog met zijn eigen verleden. Zo wer-pen erg verschillende wetenschappen elk vanuit hun invalshoek een waaier aan perspectieven op het fenomeen ‘tijd’.

De veertien teksten die in dit boek gebundeld worden, vormen de schriftelijke neerslag van de Lessen voor de XXIste eeuw, die dit academie-jaar voor de negentiende keer door het Hoger Instituut voor Wijsbegeerte van de KU Leuven werden ingericht. De lessen hebben tot doel om stu-denten van alle mogelijke universitaire richtingen en andere belangstellen-den een beeld te geven van de staat en de diversiteit van het wetenschap-pelijk onderzoek vandaag. De huidige discussies aan de KU Leuven over de invoering van een algemeen vormend, interdisciplinair vak getuigen van de nood aan een dergelijke vorming. Zowel de grote belangstelling bij ons publiek als het aanzienlijke aantal lesvoorstellen dat we elk jaar mogen ontvangen, hadden ons niets anders doen vermoeden.

De publicatie van dit boek biedt ons de gelegenheid enkele mensen te danken die hebben bijgedragen aan de organisatie van de lessen of de totstandkoming van dit boek. Eerst en vooral uiteraard alle sprekers, die ook van deze jaargang een groot succes hebben gemaakt. Meer dan een pluim verdient ook Fran Venken, die vanop het secretariaat van het Hoger Instituut voor Wijsbegeerte de praktische organisatie van de lessen in goede banen leidt. Gert Meyers zijn we dankbaar voor zijn praktische hulp tijdens de lessen en de discussies. De mensen van de audiovisuele diensten van de KU Leuven en de verantwoordelijken van de Katholieke Hogeschool Brugge-Oostende (KHBO) en de Dienst Postacademische Vorming van de Kortrijkse Campus van de KU Leuven danken we voor de goede samenwerking in het kader van de lessen die via videoconferentie in Brugge worden aangeboden. De stuurgroep en de facultaire vertegen-woordigers van de Lessen hebben ons zoals steeds op deskundige wijze bijgestaan met de samenstelling van het programma. Elk jaar opnieuw zijn we verbaasd hoe vlot en efficiënt Beatrice Van Eeghem en Marike Schipper van Universitaire Pers Leuven het boek van de lessen van de drukpers laten rollen. Ten slotte willen we ook Bart Raymaekers danken. Bart heeft jaren-lang met een grote bezieling de eindverantwoordelijkheid voor de Lessen voor de XXIste eeuw op zich genomen. Hoewel hij vorig jaar al de fakkel had doorgegeven voor de praktische organisatie, is de huidige lessenreeks de eerste waarvan het programma niet langer onder zijn hoede tot stand is gekomen. We kunnen alleen maar hopen dat hij met trots kan terugkijken op de erfenis die hij ons heeft nagelaten.



airborne windenergie

Snelle kites produceren groene stroom

Moritz Diehl, Jan Swevers en Dirk Vandepitte

inleiding

Airborne windenergie (AWE) heeft betrekking op de opwekking van bruik-bare energie door middel van toestellen die in de lucht vliegen. Klassieke windturbines staan op vaste grond. AWE-systemen vliegen vrij in de lucht of worden opgelaten aan een kabel zoals kites. AWE-systemen die een vol-doende groot vermogen opwekken zijn bijna altijd aan de grond verankerd om de sterke windkrachten te kunnen weerstaan. Ofwel zijn ze bevestigd aan een vast grondstation, ofwel aan een bewegend niet-vliegend object, bijvoorbeeld een landvoertuig of een boot. Het vermogen dat AWE-sys-temen produceren, leveren ze in de vorm van trekkracht of in de vorm van elektriciteit. Er zijn drie belangrijke redenen waarom er veel interesse bestaat in AWE voor elektriciteitsopwekking. Ten eerste is windenergie, net zoals zonne-energie, een van de weinige hernieuwbare energiebronnen waarvan het potentieel in principe groot genoeg is om aan alle menselijke energiebehoeften te voldoen. Ten tweede reiken AWE-toestellen gemak-kelijk tot hoogten boven het aardoppervlak die veel groter zijn dan bij klas-sieke windturbines. De wind op deze grotere hoogtes is sterker en unifor-mer dan die vlakbij de grond, zowel op het land als op zee. Ten derde is de materiaalinvesteringskost van AWE-systemen per eenheid bruikbaar ver-


238 moritz diehl, jan swevers en dirk vandepitte

mogen lager dan bij de meeste andere bronnen van hernieuwbare energie. Deze hoge vermogen-per-massa-verhouding maakt grootschalig gebruik van deze technologie mogelijk tegen een lage prijs.

In deze bijdrage zullen we de belangrijkste concepten toelichten die betrekking hebben op AWE-systemen. Daarna geven we een overzicht van de verschillende AWE-systemen. Verder beschrijven we kort het AWE-onderzoek dat op dit moment gevoerd wordt in Leuven. In de slotsectie bespreken we enkele toekomstgerichte vragen.

het CROSSWIND-effect en andere concePten

Elke kitepiloot of kitesurfer kent het fenomeen. Van zodra de kite in snelle lussen dwars op de wind vliegt, neemt de trekkracht aan de touwen mer-kelijk toe. De hobbypiloten moeten die spanning compenseren door zich schrap te zetten, terwijl kitesurfers de wind gebruiken om spectaculaire stunts uit te voeren. De reden voor dit fenomeen is dat de liftkracht FL van een airfoil (vleugel) toeneemt met het kwadraat van de relatieve snelheid van de lucht ten opzichte van de bewegende vleugel, die we voorstellen met Va. Specifieker geldt:

FL = ½ρACLVa²,

waar ρ de dichtheid van de lucht voorstelt, A de oppervlakte van de airfoil en CL de liftcoëfficiënt die afhangt van de geometrie van de airfoil. Als een kite tegen de wind in vliegt met een snelheid Va die tien keer groter is dan de windsnelheid Vw, dan zal de trekkracht in de kabel met een factor hon-derd toenemen in vergelijking met een kite die op een vaste plaats in de lucht hangt. De belangrijkste observatie is dat de hoge snelheid van de kite onderhouden kan worden door de omringende luchtstroming, en dat ofwel de hoge snelheid zelf ofwel de spanning in de kabel gebruikt kan worden om een deel van de enorme hoeveelheid energie die de bewegende vleugel potentieel kan onttrekken aan de wind, in bruikbare energie om te zetten.

Al in 1970 en 1980 werd de mogelijkheid om energie op te wekken met airfoils onderzocht door de Amerikaanse ingenieur Miles Loyd. Loyd ont-wikkelde de formule om de potentiële energieopwekking van snel vliegende aan kabels bevestigde airfoils te berekenen. Loyd analyseerde en paten-teerde de techniek om een met een kabel aan de grond verankerd vliegtuig of kite een cirkelvormig pad in de lucht te laten volgen. Hij beschreef twee verschillende manieren om met die techniek windenergie om te zetten in



voor de mens bruikbare energie: de lift mode en de drag mode. Terwijl de lift mode de spanning in de kabel gebruikt om een last op de grond aan te drijven, gebruikt de drag mode de hoge relatieve snelheid om een kleine windturbine – een inverse propeller – op de vleugel aan te drijven.

Figuur 1: Vergelijking tussen een conventionele windturbine (links) en een AWE-sys-teem (rechts) waarbij de uiteinden van de wieken (links) vervangen zijn door veran-kerde vliegtuigen (rechts). Dit is een vlieger met twee vleugels die elektriciteit opwekt met behulp van aan boord geïnstalleerde kleine windturbines.

Het is interessant om kite-energiesystemen te vergelijken met conventio-nele windturbines, zoals in figuur 1. De conventionele windturbine is links en het AWE-systeem in drag mode is rechts weergegeven. De figuur maakt meteen duidelijk dat het AWE-systeem enkel de snel bewegende delen van een grote windturbine omvat. De uiteinden van de wieken van de windtur-bine zijn vervangen door automatisch gecontroleerde, snel vliegende, aan de grond verankerde vleugels. Het belangrijkste voordeel van dit concept is het feit dat de buitenste 30% van de lengte van de wieken van een con-ventionele windturbine meer dan de helft van het totaal vermogen leveren, terwijl die delen veel dunner en lichter zijn dan de binnenste delen van de wieken. Vereenvoudigd kun je stellen dat bij een AWE-systeem de binnen-ste delen van de wieken en de toren werden vervangen door een kabel. Het vermogen P dat kan worden opgewekt met een met kabels verankerde air-foil, in drag mode of in lift mode, bedraagt volgens de schatting van Loyd:

P AV C CCw L

L

D=

2 273

2

ρ ,

waarin A de oppervlakte van de vleugel is, CL de liftcoëfficiënt, CD de weer-standscoëfficiënt en Vw de windsnelheid. Theoretisch gesproken zou een moderne vleugel met een goed gekozen aerodynamisch profiel met CL = 1 en een intrinsieke luchtweerstand met CD = 0,03 en een windsnel-



heid van Vw = 13 m/s een vermogen van 217 kW per m² vleugeloppervlak opwekken. Dit werd in de praktijk nooit gerealiseerd, want de weerstand van de kabel is niet te verwaarlozen. Een meer realistische waarde voor de totale weerstandscoëfficiënt is bijvoorbeeld CD = 0,07, wat leidt tot een theoretisch vermogen van 40 kW/m2. Deze vermogensdichtheid is nog niet bereikt in experimenten door de vele AWE-bedrijven, noch door de academische onderzoeksteams, maar de haalbaarheid werd bevestigd door verfijnde computersimulaties. In die zin lijkt ze realistisch.

Het is interessant om deze vermogensdichtheid van 40 kW/m² te ver-gelijken met het maximum vermogen dat opgewekt kan worden door fotovoltaïsche (PV) cellen (‘zonnepanelen’). De dichtheid van zonnestra-ling op aarde is ongeveer 1,3 kW/m², zonder dat de atmosferische verlie-zen in rekening zijn gebracht, die nochtans beduidend kunnen zijn. De globale efficiëntie van PV-cellen bedraagt ongeveer 20%. Het vermogen gegenereerd door een vierkante meter vleugeloppervlakte van een AWE-systeem is meer dan 100 keer groter dan het vermogen gegenereerd door een vierkante meter zonnecellen bij maximale lichtinval van de zon. De vleugels van een AWE-systeem uitrusten met zonnecellen, zoals bij het “zonnevliegtuig” Solar Impulse – wat misschien een goed idee lijkt – zou minder dan 1% van de totale vermogensoutput toevoegen. Het extra gewicht en de bijkomende kost wegen veel meer door in de totale evalu-atie dan het kleine voordeel, en daarom is geen van de bestaande AWE-systemen uitgerust met zonnecellen.

Laat ons nu even het rendement van AWE-systemen vergelijken met windturbines. Stel dat de vleugel van een Airbus 380 met een oppervlakte van 845 m², een gewicht van ongeveer 30 ton en een vleugelspanwijdte van 80 m de vleugel zou zijn van een AWE-systeem, dan zou het systeem in principe een vermogensoutput van ongeveer 34 MW opwekken. In der-gelijk geval zou de vleugel weliswaar extra versterking nodig hebben ten opzichte van de vleugel van het vliegtuig om een belasting van ongeveer 9 MN te weerstaan (of 900 ton). In de veronderstelling van een treksterkte van het materiaal van de kabel van 1000 MPa zou de kabel een dwarsdoor-snede van 90 cm² moeten hebben. Om een hoogte van 500 m te bereiken onder een hellingshoek van 30 graden zou de kabel 1000 m lang moeten zijn, wat een kabelvolume van 9 m³ veronderstelt en een gewicht van onge-veer 9 ton. Om 34 MW te kunnen genereren zou het systeem dat in lift mode werkt, ongeveer 39 ton wegen. Laat ons dit getal reduceren tot een hypothetisch vermogen van 30 MW.

Het vermogen van 30 MW komt overeen met de vermogensoutput van vier van de grootste gewone windturbines die voor het moment bestaan, zoals bijvoorbeeld de Enercon E-126 met een piekvermogen van 7,5 MW. Elke van deze turbines heeft drie wieken met een gewicht van 65 ton, en



een rotordiameter van 126 m. Dus hebben de 12 wieken van deze 4 turbi-nes samen een gewicht van ongeveer 780 ton: dat is 20 keer meer dan het overeenkomstige deel van een AWE-systeem. Als je de rest van de rotoren en de torens mee in rekening zou brengen is het totale gewicht 12.400 ton, of meer dan 300 keer het gewicht van het vliegende deel van het AWE-systeem. Men kan stellen dat de generatoren voor beide systemen verge-lijkbaar zijn in grootte en dat de benodigde funderingen voor het AWE-systeem veel kleiner zullen zijn.

Deze enorme besparing in materiaal heeft wel een kost: terwijl een conventionele windturbine bestaat uit een stevige constructie die op de grond staat, moet een AWE-systeem vliegen om zijn vorm te behouden. Het intrinsiek stabiel systeem van een conventionele windturbine wordt inderdaad vervangen door een intrinsiek onstabiel systeem. Net zoals een auto kan een conventionele windturbine onmiddellijk stilgelegd worden als er zich een probleem voordoet, gewoonlijk zonder bijkomende proble-men te veroorzaken. Als een AWE-systeem eenmaal in de lucht is, moet het continu vliegen en als een van de onderdelen niet correct functioneert, is de kans groot dat het systeem op de aarde neerstort. Omwille van deze reden hebben AWE-systemen een automatisch controlesysteem nodig. Omdat het daaraan ontbrak, leek AWE in Loyds tijd eerder fictie dan rea-liteit. Vandaag echter lijkt het veel realistischer om een AWE-systeem te realiseren, gezien de vooruitgang zowel in kabel- en vleugelmateriaal als in automatische vliegcontrole en navigatietechnologie.

classificatie Van airborne windenergiesysteMen

AWE-systemen kan men in verschillende klassen onderverdelen. Som-mige systemen wekken elektriciteit op aan boord van de kite, andere gene-reren elektrisch vermogen op de grond, terwijl een derde klasse van syste-men geen elektriciteit opwekt maar de trekkracht levert om een voertuig of een boot aan de drijven. Er zijn AWE-systemen met flexibele vleugels en er zijn systemen met starre vleugels. De meeste AWE-systemen zijn zwaarder dan lucht en kunnen slechts in de lucht blijven op basis van aero-dynamische lift. Er zijn echter ook systemen die lichter zijn dan lucht en die passief kunnen blijven vliegen. Al deze eigenschappen zijn onderling combineerbaar waardoor er veel verschillende soorten systemen kunnen worden onderscheiden. In deze sectie overlopen we de verschillende soor-ten en hun eigenschappen.



On-board energieopwekking

AWE-systemen met on-board energieopwekking bestaan uit een aan een kabel verankerd vliegtuig waarop propellers zijn gemonteerd die in de tegenovergestelde richting draaien – eigenlijk zijn het kleine windtur-bines – om de hoge relatieve luchtsnelheid te gebruiken om elektrisch vermogen op te wekken. Systemen met on-board energieopwekking functioneren overeenkomstig Loyds terminologie in drag mode, omdat de propeller extra weerstand toevoegt aan het vliegtuig. Een voordeel van on-board turbines die de crosswind energie opvangen, is dat ze kun-nen opereren op heel hoge toerentallen, wat toelaat om elektrische gene-ratoren zonder tandwielkast te gebruiken en wat ze relatief licht maakt in verhouding tot het vermogen dat ze leveren. Een generatorgewicht van ongeveer 1 kg per 4 kW lijkt mogelijk, wat veel lichter is dan de traag draaiende alternatoren die gebruikt worden in conventionele windtur-bines of voor de energieopwekking op de grond door AWE-systemen. Verscheidene teams werken nu aan dit veelbelovende concept, met als belangrijkste onderzoeksgroep die van de Californische start-up Makani Power. Een interessante eigenschap van deze systemen is het feit dat de on-board turbines gebruikt kunnen worden om verticaal op te stijgen en te landen door de generator in motormode te gebruiken en door de bestaande controletechnologie voor quadrotoren te gebruiken.

Er zijn verschillende andere AWE-concepten die on-board vermo-gen opwekken, maar die geen gebruik maken van het crosswind-effect. Alhoewel de afwezigheid van het crosswind-effect leidt tot veel kleinere vermogen-per-massa-verhoudingen, kunnen ze interessant zijn voor spe-ciale toepassingen. Een van deze concepten zijn elektrische helikopters die op een gelijkaardige manier werken als autogyro’s (een autogyro lijkt op een helikopter, waarbij echter niet de hefschroef is aangedreven, maar wel een propeller; deze propeller zorgt voor de voortstuwing in voorwaartse beweging en het is deze beweging die de hefschroef doet draaien waardoor de hefkracht wordt opgewekt), en die de roterende wieken van de turbine zowel voor vermogensopwekking gebruiken als om de lift te genereren. Dit concept is de basis van vliegende elektrische generatoren met vier rotoren, dat in ontwikkeling is bij het bedrijf SkyWindPower. Andere concepten gebruiken de rotor enkel voor energieopwekking en vertrouwen op een ballon gevuld met Helium om lichter dan lucht te worden. Dit is de basis van een concept gerealiseerd door de start-up Altaeros Energies, wiens bal-lon torusvormig is en de turbine omringt, waardoor er een aerodynami-sche lift gegenereerd wordt. Andere on-board energieopwekkingssystemen gebruiken ook ballonnen, maar genereren vermogen met een ander rotor-concept, zoals de Savonius rotor van Magenn Power. Daarbij is een grote



horizontale ronddraaiende cilinder gevuld met Helium. De vermogen-tot-volume-verhouding van dergelijke systemen is zeer klein.

Alle on-board vermogenopwekkingssystemen hebben een kabel nodig die elektriciteit kan transporteren en die terzelfdertijd een grote trekkracht kan weerstaan. Gegeven het grote vermogen dat getransporteerd moet worden, is een hoogspanningskabel nodig die licht is en weinig weerstand biedt. Extra isolatie heeft als effect dat de kabeldiameter en dus de lucht-wrijving toenemen, wat een probleem is voor systemen die gebaseerd zijn op het crosswind-effect; ook zorgen de on-board energieomvormers voor extra gewicht bij het vliegende systeem.

Ground-based energieopwekking

Een alternatief concept gebruikt snel vliegende vleugels waarop geen energieomvorming gebeurt, maar die met een verankeringskabel aan de grond zijn verbonden. Men gebruikt de trekkracht van de kabel om een kabeltrommel af te rollen die tegelijk zo een elektrische generator aandrijft. Aangezien zowel de trommel als de generator op de grond staan, noemen we dit ground-based energieopwekking. Om netto vermogen op te wek-ken zonder de lengte van de draad oneindig te laten toenemen, moet men periodisch de draad terug opwinden. Dat gebeurt door het vliegpatroon te veranderen waardoor gedurende een korte tijd minder liftkracht wordt gegenereerd. Dit laat toe om de kabel in te trekken met veel minder energie dan gewonnen was door het ontrollen in de vermogensproductiefase. De vermogensproductiefase wordt de reel-out en de oprolfase de reel-in phase

Figuur 2: Een pompsysteem met starre vleugels, zoals het tegenwoordig door de firma Ampyx Power en door de KU Leuven wordt gebouwd. Een grote hoeveelheid energie wordt geproduceerd in de ontrolfase (links) terwijl een klein beetje energie geconsumeerd wordt in de oprolfase (rechts). Afbeelding door Ampyx Power. De klok geeft aan dat het grootste deel van een cyclus zich afspeelt in de ontrolfase, en een klein deel in de oprolfase.



genoemd. In de terminologie van Loyd is dit de lift mode, omdat vooral de liftkracht van de vleugel gebruikt wordt. Maar door de periodische oprol- en ontrolbeweging van de kabel wordt deze manier van energieopwekking op de grond ook pump mode genoemd, en soms zelfs Yo-Yo mode. Het principe is weergegeven in Figuur 2 voor een systeem met starre vleugels.

AWE-systemen met grondgebaseerde energieopwekking in pump mode hebben verschillende vormen: velen gebruiken lichte flexibele vleugels, zoals gebruikt in surfkites. Er bestaan opmerkelijke verschillen in de manier waarop de kite gestuurd wordt en hoeveel lijnen ze gebruiken: het team van Wubbo Ockels en Roland Schmehl aan de TU Delft gebruikt bijvoorbeeld een hoofdkabel en een AWE-controlesysteem met een elek-trische drive die de relatieve lengte van de stuurlijnen kan controleren. Gelijkaardige pompconcepten zijn gedemonstreerd door het Zwitserse Kite Power-team, het Greenwing-team aan de TU München en door het bedrijf SkySails Power.

Het KiteGen team in Noord-Italië en de bedrijven WindLift en Enerkite hebben dan weer een pompsysteem op de grond ontwikkeld dat twee of zelfs drie hoofdkabels gebruikt om de kite te controleren met de relatieve lengteverschillen tussen de kabels. Een voordeel van deze configuratie is het extreem lage gewicht per vierkante meter van het systeem in de lucht.

Andere systemen in pump mode doen het tegengestelde en gebruiken starre vleugels die gelijkaardig zijn aan deze gebruikt in hoogperformante zweefvliegtuigen. Zoals systemen met starre vleugels in drag mode, hebben ze hoge snelheden en vereisen ze automatische controle. Tijdens de reel-out fase vliegt het vliegtuig in snelle lussen (links in figuur 2), terwijl in de reel-in fase het vliegtuig rechtdoor vliegt naar het grondstation met bijna geen kabelspanning (rechts in figuur 2). Deze manier is gekozen door het bedrijf AmpyxPower en door het HIGHWIND-team aan de KU Leuven.

Er bestaan een aantal grondgebaseerde elektriciteitsopwekkingssyste-men die gebruikmaken van het pompconcept maar niet van crosswind-energie, voornamelijk de reusachtige met Helium gevulde cilinders van het start-upbedrijf Omnidea, die aan beide uiteinden met de grond ver-bonden zijn, rond een horizontale as draaien en die het Magnus-effect uitbuiten om naar boven en beneden te bewegen met verschillende kabel-spanningen. De vermogen-tot-massa-verhouding van systemen die geen crosswind-effect gebruiken is relatief klein.

Tenslotte zijn er nog AWE-systemen die geen oprol- en ontrolfase gebruiken zoals de reusachtige carrouselconfiguratie onderzocht door de start-ups KiteGen in Italië of NTS in Duitsland, waar kites een last op een cirkelvormig pad rondtrekken en waar generatoren op de grond aangedre-ven worden door deze beweging.



Airborne windenergie voor voertuigaandrijving

Sommige AWE-systemen genereren geen elektrisch vermogen, maar gebruiken de hoge trekspanning in de kabel om een voertuig op het aard-oppervlak voort te bewegen, zoals een auto of een schip. Deze klasse van AWE-systemen werd voor het eerst beschreven in The Aeropleustic Art or Navigation in the Air by the use of Kites, or Buoyant Sails (1827) en gerea-liseerd door George Pocock. Ook het eerste commerciële product van de huidige AWE-generatie valt in die categorie: kites met bevestigingskabels voor bewegingen van vaartuigen op zee van het bedrijf SkySails. Ook al focust de AWE-gemeenschap zich vooral op elektriciteitsproductie omdat de vraag naar elektriciteit algemeen is, toch kan de ontwikkeling van AWE-systemen voor voertuigaandrijving om verschillende redenen een cruciale rol spelen voor de ontwikkeling van AWE-technologie. Zo is het vliegend deel van een airborne aandrijfsysteem nagenoeg identiek aan dat van een generator op de grond in pump mode. De vele technologische ontwikkelin-gen van tractiekites kunnen dus overgenomen worden door elektriciteitop-wekkende systemen. De economische voordelen van tractiekites zijn afhan-kelijk van de prijs van dieselolie voor schepen. Tractiekites ondersteunen de dieselmotoren. Ze doen dat met hoog rendement. De dieselmotoren drij-ven onder water de propellers aan met een vermogensverlies van ongeveer 50%, terwijl de kites aan touwen hun tractievermogen direct aan het schip overdragen. Het feit dat schepen altijd bemand zijn, maakt het mogelijk dat wanneer zich met betrekking tot de tractiekites technische problemen voordoen, er altijd onmiddellijk kan worden ingegrepen, wat vooral voor-delig was en is in de eerste ontwikkelingsjaren van deze technologie. Het eerste marktsegment waar AWE-systemen op grote schaal succesvol wer-den geïntroduceerd was de aandrijving van schepen. Het aandrijfvermogen dat door SkySails met tractiekites kan worden gerealiseerd gaat tot 2 MW.

Flexibele versus starre vleugels

Zoals eerder vermeld, is er een interessante opdeling in het veld van AWE-systemen tussen enerzijds zachte, flexibele vleugels die lijken op de kites van surfers of op parachutes, en anderzijds starre vleugels met een vaste vorm die lijken op vliegtuigvleugels of op de uiteinden van de wieken van windturbines. Flexibele vleugels behouden hun vorm enkel en alleen door de stroming van de wind rond het zeil, en ze kunnen zeer licht gemaakt worden voor een gegeven oppervlak. Als ze vallen, bijvoorbeeld als er geen wind is, dan veroorzaken ze meestal geen grote schade en dus zijn ze gemakkelijker te gebruiken in de nabijheid van mensen. Ze vliegen met



een middelmatige snelheid en ze kunnen eenvoudig gecontroleerd worden door een menselijke piloot.

Starre vleugels daarentegen behouden hun vorm ongeacht de snelheid en de heersende windomstandigheden en ze hebben meer massa per vier-kante meter vleugeloppervlak. Door hun hogere lift-tot-drag-verhouding kunnen ze zeer hoge snelheden bereiken, waardoor ze merkelijk meer ver-mogenoutput per vleugeloppervlak kunnen realiseren. Anderzijds is het gevaar op serieuze schade bij een crash veel groter. Vanwege de hoge snel-heid is controle door een menselijke piloot zeer moeilijk. Systemen met vaste vleugels worden gewoonlijk getest op een veilige afstand van mensen.

Er bestaan slechts een aantal hybride systemen die een mengeling van flexibele en vaste elementen gebruiken, zoals deltavliegers of speelgoed-kites, hoewel het gezegd moet worden dat vele systemen met flexibele vleugels een aantal semi-starre onderdelen hebben, zoals tanks gevuld met samengeperste lucht (tube kites). Een interessant hybride concept wordt tensairity genoemd en gebruikt samengeperste lucht en spanning in bepaalde elementen om voldoende stijf te zijn met toch een klein gewicht. Dit is te vergelijken met een ballon die pas een vaste vorm en stijfheid heeft als hij op voldoende druk is opgeblazen.

Het moet benadrukt worden dat alle AWE-systemen met voldoende ver-mogensoutput – zowel die met flexibele als die met starre vleugels – een zeer hoge spanning in de kabels hebben, wat betekent dat eender welk AWE-toe-stel dat dicht bij de grond vliegt, veel schade kan berokkenen met zijn kabel.

Systemen met meerdere vleugels

Gezien de hoge luchtweerstand van de kabel bij hoog vliegende toestellen zou het voordelig zijn om kortere kabels te hebben. Maar een lange kabel is nodig om op voldoende hoogte te kunnen opereren. Daarom bestaan er concepten die meerdere vleugels gebruiken en die de twee functies van de kabel opsplitsen door twee sets van kabels te gebruiken: eerst een primaire kabel die het AWE-systeem toelaat om grote hoogtes te bereiken, en aan het uiteinde daarvan twee of meer secundaire kabels die de primaire kabel verbinden met de kites. Deze configuratie laat de kites toe om snelle lussen rond het bevestigingspunt tussen de twee draden te maken, waardoor dus enkel de korte secundaire kabel beweegt terwijl de primaire kabel amper beweegt. Dit wordt weergegeven rechts in Figuur 1. Gedetailleerd onder-zoek toont aan dat de kabel in dit concept inderdaad opmerkelijk minder luchtweerstand ondervindt in vergelijking met systemen met één vleugel, zowel in lift als in drag mode.



Het is ook mogelijk om verschillende vleugels te gebruiken, wanneer men de één na de ander aan dezelfde hoofdkabel bevestigt, waardoor men de totale vleugeloppervlakte kan vergroten. Dit idee was de basis van de laddermolen van Wubbo Ockels, en het is in principe een eenvou-dige manier om een systeem op grote schaal te maken met veel verschil-lende kleine vleugels. Men moet dan aandacht besteden aan de onderlinge afstand tussen twee opeenvolgende kites. Kites die aan dezelfde hoofdka-bel zijn bevestigd, kunnen elkaars luchtstromingen beïnvloeden, zodat de totale vermogensoutput niet-lineair met het aantal kites toeneemt. Alge-meen is het opstarten van een systeem met meerdere vleugels een delicate taak, wat verklaart waarom er nog geen grootschalig AWE-systeem met meerdere vleugels werd gecreëerd.

Systemen die lichter zijn dan lucht

Terwijl de meeste AWE-systemen een of andere vorm van aerodynami-sche lift vereisen om in de lucht te blijven, bestaan er systemen die in de lucht blijven door middel van een drijfkracht (buoyancy). Men creëert één onderdeel dat lichter is dan lucht, waardoor het systeem drijft (zoals een luchtballon). Gewoonlijk maakt men daarvoor gebruik van compartimen-ten gevuld met Helium. Het voordeel van die optie is dat het systeem in de lucht kan blijven hangen bij totale afwezigheid van wind zonder energie te verbruiken. Dergelijke systemen hebben een groot volume nodig om het gewicht van alle overige onderdelen te kunnen compenseren.

Momenteel experimenteert men met twee systemen die minder wegen dan de lucht: de toestellen van Magenn Power en deze van Altaeros Energies. Ze maken gebruik van een on-board energieopwekkingssysteem. Er lijken geen buoyancysystemen te bestaan die het crosswind-effect gebruiken.

airborne windenergieonderZoek aan de ku leuVen

Het AWE-onderzoek aan de KU Leuven wordt gevoerd in het kader van het Europese project HIGHWIND. Prof. Moritz Diehl verkreeg voor dit onder-zoek van de European Research Council een startbeurs. Het project loopt van 2011 tot 2016. Het HIGHWIND-team bestaat uit de auteurs van dit arti-kel, professor Johan Meyers en twee postdoctoraal onderzoekers, die mee ondersteund worden in hun onderzoek door doctoraat- en masterstuden-



ten. Het doel van het project is om drie reeksen van vragen te beantwoor-den die cruciaal zijn voor het succes van AWE en die beantwoord kunnen worden met mathematische en computergebaseerde ingenieursmethoden:

1. Een eerste reeks vragen peilt naar de ideale vormgeving van AWE-syste-men. Hoe ziet het optimale AWE-systeem eruit? Gegeven het concept, welke design- en controleparameters zijn dan optimaal? Welke con-cepten bieden de meeste mogelijkheden? Om deze vragen te kunnen beantwoorden wordt via uitgewerkte computersimulaties gebruikge-maakt van mathematische modellen en optimalisatietechnieken.

2. Een tweede reeks vragen hebben betrekking op het opstarten en het stopzetten van het systeem. Hoe kunnen de vleugels van het AWE-sys-teem veilig in de lucht worden gebracht en hoe kunnen ze veilig terug op de grond worden gezet? Dit is geen eenvoudige vraag, vooral voor sys-temen met starre vleugels die in pompmode werken, zoals ze gebouwd worden door het bedrijf AmpyxPower en de KU Leuven. Het systeem dat in Leuven wordt onderzocht, bestaat uit een kleine roterende arm – een carrousel – wat toelaat om een vliegtuig met kabel op voldoende hoge snelheid te brengen terwijl de kabel afrolt, om het systeem in een baan te brengen waarin het vermogen optimaal is. Dit concept wordt weergegeven in Figuur 3. Voor het landen keert men de procedure om en laat men de vleugels in cirkels vliegen rond de carrousel terwijl de kabel ingetrokken wordt.

3. Een derde reeks vragen heeft betrekking op de controle van het AWE-systeem. Het typische vliegpatroon van een AWE-systeem is een manoeuvre dat veel op kunstvliegen lijkt, uitgevoerd door een onstabiel en zeer beperkt systeem in een onzekere omgeving, waar windvaria-ties en windstoten leiden tot sterke en onvoorspelbare verstoringen. De feedbackcontrolebenadering die in het HIGHWIND-project onder-zocht wordt, hebben we ‘model predictive control’ genoemd. Er wordt gebruikgemaakt van een computermodel dat het gedrag van de vleugel voorspelt in de volgende fase van de vlucht en dat die vlucht van de vleugel dan optimaliseert op basis van de informatie die men via online metingen ontvangt.



Figuur 3: Ronddraaiende start van een vastgemaakt vliegtuig met behulp van een carrou-sel zoals het nu onderzocht wordt aan de KU Leuven. Afbeelding door M. Clinckemaillie.

Figuur 4: De carrousel die nu gebouwd wordt aan de KU Leuven binnen het HIGH-WIND-project. Afbeelding door M. Clinckemaillie.



Terwijl het meeste werk van het HIGHWIND-team focust op modellering, simulatie en optimalisatiemethoden en op de softwareontwikkeling, is een belangrijk deel van het project het bouwen en laten werken van een klein prototype voor validatie van de ontwikkelde methoden. Het doel is om de roterende start te demonstreren en de correcte werking van de model predictive control aan te tonen met een klein vliegtuig aan een kabel dat boven de (onbebouwde) terreinen van de universiteit zal vliegen op een hoogte onder de 100 m. De opstelling werkt ook binnen het laboratorium, en daardoor kunnen testen gebeuren wanneer de weersomstandigheden dit buiten niet toelaten.

Het systeem bestaat uit een kleine carrousel van 2,5 m hoogte met een roterende arm van een diameter van 2 m, waarbij de kabel bevestigd wordt aan het uiteinde van een van de armen, zoals getoond in Figuur 4. Op de arm staat er ook een lier, die toelaat de lengte van de kabel te vari-eren. Aan het andere uiteinde van de kabel zit het kleine vliegtuig met een vleugelspanwijdte van 1 m tot 3 m. Kleine vliegtuigen kunnen binnen vliegen in een ruimte met een oppervlakte van 7 m op 7 m als de kabel-lengte onder de 2 m gehouden wordt. Grotere vliegtuigen kunnen buiten vliegen met langere kabels.

Tot nu toe heeft het team de eerste variant van de carrousel gebouwd en heeft het een binnenvlucht met een vliegtuigje met 1 m spanwijdte gereali-seerd. Het vliegtuig vliegt in cirkels met een kabellengte van 1 m en wordt gecontroleerd door het zeer berekeningsintensieve model predictive con-trol. Online berekeningstijden voor de optimalisatie bedragen minder dan 8 milliseconden, wat een efficiënte feedbackcontrole mogelijk maakt.

De volgende stappen van het project zijn de voltooiing van een grotere tweede carrousel en de ontwikkeling van een buitenvliegtuig dat uitgerust is met de benodigde sensoren zoals een GPS en versnellingsopnemers. Deze opstelling zal dan toelaten om het vliegtuig buiten te laten vliegen en de automatische start en landing door rotatie en de periodische vlucht in pump mode te demonstreren.

uitdagingen Voor de toekoMst

De technologische uitdagingen met betrekking tot airborne windenergie, waarvoor verschillende onderzoeksteams een oplossing zoeken, houden verband met: (i) automatische en kostefficiënte manieren voor het star-ten en landen; (ii) automatische controle van het vliegend systeem in alle wind- en weersomstandigheden; (iii) de productie van vleugels die licht,



duurzaam en niet te duur zijn en (iv) de creatie van kabels die vele lastcy-cli met variabele belasting overleven wanneer het gaat om ground-based AWE-systemen en kabels die in staat zijn om elektriciteit op hoogspanning te transporteren wanneer het gaat over on-board energieopwekking.

Als deze technologische uitdagingen adequaat opgelost kunnen worden en AWE-systemen aan een competitieve prijs geproduceerd kunnen wor-den, kunnen ze bijdragen tot de elektriciteitsproductie op wereldschaal. Voor België en de omringende landen kan men zich eenvoudige windpar-ken inbeelden die bestaan uit vele AWE-systemen die geïnstalleerd zijn in de Noordzee. Deze systemen zouden op een hoogte van 300 m tot 600 m kunnen opereren. Door de sterke en consistentere wind op deze hoogtes zouden zulke parken een belangrijke en betrouwbare bron van hernieuw-bare energie kunnen zijn.

dankwoord

De auteurs bedanken Reinhart Paelinck, Mathias Clinckemaillie en het bedrijf AmpyxPower voor de illustraties in dit hoofdstuk, en de leden van het HIGHWIND-team, dr. Sebastien Gros, dr. Andrew Wagner, Kurt Geebelen, Mario Zanon, Greg Horn, Milan Vukov, en Joris Gillis voor de vruchtbare samenwerking voor de realisatie van een experimenteel AWE-systeem aan de KU Leuven.

Dit onderzoek werd ondersteund door Research Council KU Leuven: PFV/10/002 Optimization in Engineering Center OPTEC, GOA/10/09 MaNet and GOA/10/11 Global real-time optimal control of autonomous robots and mechatronic systems; de Vlaamse overheid: IOF / KP / SCO-RES4CHEM, FWO: PhD/postdoc grants and projects: G.0320.08 (con-vex MPC), G.0377.09 (Mechatronics MPC); IWT: PhD Grants, projects: SBO LeCoPro; Belgian Federal Science Policy Office: IUAP P7 (DYSCO, Dynamical systems, control and optimization, 2012-2017); en de EU: FP7-EMBOCON (ICT-248940), FP7-SADCO (MC ITN-264735), ERC ST HIGHWIND (259 166), Eurostars SMART, ACCM.

Met dank ook aan Jorn Reniers voor de vertaling uit het Engels van deze bijdrage.



noot

In deze tekst komen regelmatig de termen energie- of vermogensopwekking of ener-gie- of vermogengeneratie voor. Gezien de eerste hoofdwet van de thermodynamica (behoud van energie) kan energie uiteraard niet opgewekt worden, en dus wordt met deze termen de omzetting of conversie van een energievorm (zoals windenergie) naar een andere vorm (zoals elektriciteit) bedoeld.

Verklarende woordenlijst

Airfoil: een gestroomlijnde vorm zoals de dwarssectie van een vliegtuigvleugelAWE: airborne windenergie, energieopwekking door middel van vliegende toestellenKite: een vlieger die in hoge luchtlagen door de wind wordt voortbewogen (zoals in kitesurfen)Liftcoëfficiënt CL: een parameter afhankelijk van de vorm van een voorwerp die de grootte van de opwaartse kracht bepaalt, wanneer het voorwerp in een luchtstroming is geplaatstOhmse verliezen (of jouleverliezen): verliezen in elektriciteitskabels doordat die een van nul verschillende weerstand hebben en dus een deel van de elektriciteit omzetten in warmte (P = R × I²)Quadrotor: een UAV (Unmanned Aerial Vehicle) met vier symmetrische rotorenRotor: het bewegende, ronddraaiende deel van een motor, generator of turbineStar (adjectief): met een vaste vorm, niet flexibelWeerstandscoëfficiënt CD (drag coefficient): een parameter afhankelijk van de vorm van een voorwerp die de grootte van de kracht parallel aan de bewegingszin (de wrijving, luchtweerstand) bepaalt, wanneer het voorwerp in een luchtstroming is geplaatst

aanbeVolen literatuur

Nederlandstalige bijdragenPaelinck, R.; Geebelen, K.; Gros, S.; Swevers, J.; Vandepitte, D. & M. Diehl, Snelle vlie-

gers maken groene stroom. Het Ingenieursblad, 5, 16-20 (2011)Sertyn, P. Stroom maken hoog in de lucht. De Standaard, 4. Juni 2011



Engelstalige bijdragenArcher, C., Caldeira, K. Global assessment of high-altitude wind power. Energies 2,

307–319 (2009).Brooks, M. To make the most of wind power, go fly a kite. New Scientist magazine,

38-41 (2008).Canale, M., Fagiano, L., Milanese, M. Power kites for wind energy generation - fast pre-

dictive control of tethered airfoils. IEEE Control Systems Magazine 27, 25–38 (2007).Diehl, M. AirborneWind Energy: Basic Concepts and Physical Foundations, chapter

in: Ahrens, Diehl, Schmehl (eds) Airborne Wind Energy. Berlin: Springer Verlag, (submitted).

Loyd, M. Crosswind Kite Power. Journal of Energy 4(3), 106–111 (1980).Pocock, G. The Aeropleustic Art or Navigation in the Air by the use of Kites, or Buoyant

Sails. London: W. Wilson (1827).Zanon, M., Gros, S., Andersson, J., Diehl, M. Airborne Wind Energy Based on Dual

Airfoils. IEEE Transactions on Control Systems Technology, (submitted).


Lessen voor de eenentwintigste eeuwhighwind/wp... · kwam. Dat we trachten onze DNA-structuur in...

Documents

Transcript of Lessen voor de eenentwintigste eeuwhighwind/wp... · kwam. Dat we trachten onze DNA-structuur in...