Energie der Zukunft: Aufwind- und Fallwind-Kraftwerke

Schon Ende der 1930er Jahre gab es Pläne und Entwürfe für neuartige Energiegewinnung. Allerdings waren diese damals nicht rentabel, aufgrund der einfacheren Energieversorgung durch Gas, Öl und Kohle sowie später Atomkraft. Heute ist die Nachfrage nach Energie so hoch und die Endlichkeit der billigen Energieträger rückt näher, dass sich im Preisgefüge neue Türen für alte Ideen öffnen: Aufwindkraftwerke (AWK) und Fallwindkraftwerke (FWK).

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Energie der Zukunft: Aufwind- und Fallwind-Kraftwerke

5. Juli 2015     Kategorie: Technik
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Vorteile von Aufwindkraftwerken (AWK) gegenüber Photovoltaik und Solaranlagen sind, dass sie auch nachts elektrische Energie erzeugen können, da sich der Boden tagsüber erwärmt. In der Nacht gibt er diese Wärmeenergie wieder ab und kann die Luft unter dem Kollektor weiter erwärmen. Durch die sich gleichzeitig abkühlende Umgebungsluft entsteht genug Auftrieb, um das Kraftwerk zu betreiben. Mit entsprechender Bodenbeschaffenheit oder Sondermaßnahmen zur Erhöhung der Speicherkapazität des Bodens, wie z.B. schwarze Wasserbehälter, kann das Tagesleistungsprofil noch deutlich optimiert werden.

Das Prinzip von Aufwindkraft


Ein großes Glas- oder lichtdurchlässiges Kunststoffdach (Kollektor) lässt die Sonne durchscheinen und heizt den Boden und die Luft darunter wie in einem Treibhaus auf. Die warme Luft steigt nach oben und strömt unter dem Glasdach zu einem Kamin in der Mitte der Anlage. Dadurch entsteht ein Aufwind (Thermik), der mit Hilfe von Turbinen in elektrischen Strom umgewandelt wird. Es können entweder Horizontalachsenturbinen, die ringförmig am Fuße des Turms verwendet werden, oder Vertikalachsenturbinen am unteren Ende der Turmröhre eingesetzt werden.

Eine abgewandelte Variante, die weitere Vorteile in heißen und trockenen Gegenden, wie Wüsten, bietet, ist das Fallwindkraftwerk.

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Funktionsprinzip der Fallwindkraft


Fallwindkraftwerke benötigen keinen Kollektor zur Umwandlung der Sonnenenergie. Es wird lediglich ein hoher Kamin verwendet, in dessen oberem Teil Wasser eingesprüht wird. Das verdunstende Wasser entzieht der Luft Wärme, wodurch sie sich um etwa 12°C gegenüber der Außenluft abkühlt und mit Geschwindigkeiten von bis zu 80 km/h nach unten fällt. Am Fuß des Kamins werden Windräder angeordnet, die dann Strom erzeugen. Aufgrund der indirekten Sonnennutzung funktioniert die Technologie auch nachts.

Leistung und Verbrauch


Türme mit etwa 1200 m Höhe und 400 m Durchmesser sollen an geeigneten Standorten Leistungen von bis zu 900 MW erreichen oder eine Netto-Leistung von ca. 600 MW zu ungefähr 2/3 des Jahres bereitstellen können. Ein solches FWK soll am südwestlichen Ende des US-Bundesstaats Arizona entstehen.

Der Wasserverbrauch eines solchen Kraftwerks beträgt etwa 1 Kubikmeter pro 6 kWh, d.h. für die im Beispiel erzeugte Elektrizität von 3,4 TWh/a werden 560 Millionen m³ Wasser pro Jahr benötigt. Deshalb wird in der Regel Meerwasser zum Einsatz kommen. Die Erzeugung von entsalztem Wasser und die Klimatisierung und Beregnung der umliegenden Landstriche durch den kühlen, feuchten Fallwind sind mögliche positive Nebeneffekte dieses Prinzips, das damit eine interessante Option zur Besiedelung von Wüstenregionen bieten könnte.

Vergleich der beiden Kraftwerke


Bei gleichen Abmessungen des Kamins leistet das AWK mit seiner höheren Temperaturdifferenz drei bis fünf mal mehr als das FWK netto (Pumpleistung abgezogen). Dagegen kostet beim Aufwindkraftwerk der Kollektor mehr Geld und Fläche. Beide Typen können auch in der Nacht vermindert Strom produzieren. Beide Kraftwerke reagieren empfindlich auf ungünstige meteorologische Bedingungen: Das Aufwindkraftwerk braucht eine starke Sonnenstrahlung, das Fallwindkraftwerk eine sehr geringe Luftfeuchtigkeit. Die Einsatzgebiete sind also begrenzt auf Regionen mit viel Sonne oder trockener Luft mit (Meer)wasser-Versorgung.

Quellen: Fallwindkraftwerk – Wikipedia | Aufwindkraftwerk – Wikipedia
 

Kommentare

#2 5. Juli 2015
AW: Energie der Zukunft: Aufwind- und Fallwind-Kraftwerke

Haben wir doch schon längst. "Verspargeln" unsere Landschaft und erzeugen Energie aus Fall- und Aufwind. Nennt sich Windkraftanlage und erreicht Höhen von rund 200 Metern.
Natürlich ergibt sich der genutzte horizontale Wind aus Auf- und Abwinden, wenn Hoch- bzw. Tiefdruckgebiete ausgeglichen werden.

Das Aufwindkraftwerk könnte evtl. noch etwas effektiver arbeiten, Abwindkraftwerke in der dargestellen Form dürften dagegen weniger effizient arbeiten. Schließlich muss Wasser (in der Wüste!) auf eine bestimmte Höhe gepumpt werden und in den Kamin gesprüht werden. Das geht nicht, ohne selbst erst einmal Energie hinzuzuführen.
Das dürfte selbst den besten ökologischen Fußabdruck versauen.