13 jaar aan kennis over vliegende windturbines afkomstig van Makani beschikbaar als open source

Nieuws - 09 oktober 2020

Makani was een project van X, de 'moonshot factory' van Alphabet (voorheen Google[x]), en was baanbrekend en toonaangevend binnen de industrie op het nieuwe gebied van vliegende windturbines, dat beoogt de kosten en milieueffecten van hernieuwbare energie drastisch te verlagen en zo klimaatverandering tegen te gaan. Nadat het bedrijf eerst in Californië en vervolgens in Hawaï een vliegende windturbine met een spanwijdte van 28 meter en 600 kW aan elektrisch vermogen had ontwikkeld en getest, ging het bedrijf een samenwerking aan met Shell. In de zomer van vorig jaar werd met succes de offshore werking van het unieke, energie oogstende vliegtuig M600 met succes gedemonstreerd in Noorwegen.

Makani M600 offshore in werking. Foto’s: Makani & AWEC 2019.

Helaas maakte Google begin dit jaar bekend dat Makani na dertien jaar intensieve ontwikkeling zou worden beëindigd. Hoewel dat niet ongebruikelijk is voor snelle en riskante hightech-ontwikkelprojecten, was de beëindiging een schok voor internationale ontwikkelaars en investeerders. De oorspronkelijke onthutsing is echter omgeslagen in iets positiefs, aangezien Google een enorme hoeveelheid kennis en industriële knowhow als open access beschikbaar heeft gesteld, inclusief de toezegging geen aanspraak te maken op 127 octrooien. Een kernteam van technici en andere experts heeft maandenlang samengewerkt om alles wat door Makani was ontwikkeld en – nog belangrijker – hoe dit zou kunnen worden verbeterd systematisch te documenteren en te archiveren. Dit is voor de ontwikkelaarsgemeenschap van onschatbare waarde. Op basis van dit materiaal zullen wendbare start-ups zoals kiteKRAFT in staat worden gesteld om de technologie snel te verbeteren van het huidige niveau van maximaal 20 kW tot enkele honderden kW en uiteindelijk meer dan een MW.

Voor het grote publiek heeft het Makani-team de documentaire “Pulling Power from the Sky - the Story of Makani” geproduceerd, die online kan worden bekeken. Deze bijna twee uur durende film behandelt de gehele dertienjarige looptijd van het project, van het eerste begin in Californië tot en met de laatste demonstratie in Noorwegen. Daarbij wordt een beeld geschetst van de mensen die voor Makani hebben gewerkt, inclusief hun drijfveren om bij te dragen aan deze multidisciplinaire technische uitdaging. Naast de film heeft het team ook een enorm archief aan videobeelden, foto’s en ander materiaal samengesteld. Speciaal voor experts op het gebied van windenergie is er het Energy Kite Report, dat in drie delen is uitgegeven (deel 1, deel 2 en deel 3) dat met zijn meer dan 1.000 pagina’s een ongeëvenaard compendium vol gedetailleerde kennis en knowhow vormt. En ten slotte publiceerde het team een software-repository, met daarin de vluchtsimulator, de controller (automatische piloot), de visualisator en hulpmiddelen voor vluchtmonitoring vanuit het commandocentrum, plus een enorme hoeveelheid geregistreerde vluchtgegevens. Het beschikbaar komen van deze informatie zal zeker van nut zijn voor de verdere ontwikkeling van eVTOL-technologie (electric vertical takeoff and landing).

De onderzoeksgroep Kite Power van de TU Delft heeft aan dit ambitieuze traject deelgenomen met twee masterstudenten, Thomas van Alsenoy en Jelle Wijnja, die beiden hun afstudeerproject hebben gedaan bij de hoofdvestiging van Makani in de San Francisco Bay Area. Thomas’ onderzoek ging over het systeemontwerp van Wing 7, een kleinschalige voorloper van de grote M600 en destijds het ontwikkelplatform voor het unieke concept van vliegende windturbines dat het bedrijf nastreefde. 

Wing 7 in opstijg- en landingspositie. Foto’s: Makani & Thomas van Alsenoy.
Wing 7 in vlucht met zijwind (samengestelde foto). Foto’s: Makani & Thomas van Alsenoy.

Ongeveer zoals de huidige eVTOL-concepten steeg de vlieger op en landde deze in verticale stand, waarbij hij zijn vier elektrisch aangedreven rotoren gebruikte om hefvermogen te genereren. Om windenergie te oogsten werden de rotoren gebruikt als kleine ingebouwde windturbines. Een elektrisch geleidende kabel – een essentieel functioneel onderdeel van dit concept – zorgde voor energie tijdens het opstijgen en landen en gaf de aan boord gegenereerde energie door. Na zijn afstudeerproject bleef Thomas voor Makani werken als hardwaretechnicus, waarna hij bij verschillende eVTOL-bedrijven in dienst trad. Momenteel is hij senior systems engineer bij Ike, een bedrijf in de San Francisco Bay Area dat automatiseringstechnologie ontwikkelt voor de vrachtwagensector.

Jelle deed onderzoek naar het aero-elastische gedrag van de M600. Daarvoor breidde hij het softwarepakket ASWING uit met een kabelmodel, zodat hij ‘fluttergedrag’ en andere potentieel schadelijke aero-structurele koppelingsfenomenen computationeel kon identificeren als functie van de verbinding van de kabel met de vleugel. Tegen het einde van zijn afstudeerproject hebben Jelle en een team technici van Makani een kleinschalig model van de vleugel getest in de windtunnel voor lage snelheden en lage turbulentie (LLT) van de TU Delft om de resultaten van de computationele analyse te valideren.

Aero-elastische analyse van de M600 met de simulatietool ASWING. Foto’s: Makani & Jelle Wijnja.
Aero-elastische analyse van de M600 in de LLT-windtunnel van de TU Delft met een schaalmodel van de vleugel met kabel. Foto’s: Makani & Jelle Wijnja.

Na zijn afstudeerproject bij Makani in Californië heeft Jelle een tweede afstudeerproject gedaan bij Google in Amsterdam, waarbij hij onderzoek deed naar de wereldwijde mogelijkheden voor vliegende windturbines. Dit werk werd academisch begeleid door de Faculteit Techniek, Bestuur en Management (TBM) van de TU Delft. Jelle werkt momenteel als bedrijfsadviseur voor Alliander in Nederland.

Maar om terug te komen op het verhaal van Makani: dat heeft nog een vervolg. IEA Wind Task 11 heeft de internationale ontwikkelaarsgemeenschap en belanghebbenden uitgenodigd voor een Topical Expert Meeting over vliegende windturbines op 23-24 september. Het doel van deze bijeenkomst was om een voorstel uit te werken voor een speciale IEA Wind Task voor deze technologie in opkomst. Onder de ongeveer 80 deelnemers waren ook verschillende technici van Makani, die de deskundigheid en kennis die zij hadden opgedaan met het ontwerpen, bouwen en testen van de M600 deelden en advies gaven over de verdere ontwikkeling van vliegende windturbines.