Aufwindkraftwerk
In einem Thermikkraftwerk, auch Aufwindkraftwerk genannt, wird Luft von der Sonne erwärmt und steigt in einem Kamin auf. Eine oder mehrere Turbinen erzeugen aus dieser künstlichen Luftströmung elektrischen Strom.
Das erste Thermikkraftwerk wurde 1931 von dem Autor Hanns Günther in seinem Buch "In Hundert Jahren" beschrieben. Ein halbes Jahrhundert später entwickelte Professor Dr. Ing. Jörg Schlaich aus Stuttgart sein Aufwindkraftwerk und baute 1982 mit Unterstützung des deutschen Bundesforschungsministeriums in Manzanares (Spanien) eine erste Versuchsanlage. Das Kraftwerk arbeitete über mehrere Jahre hinweg einwandfrei und hatte damit die bis dahin oft angezweifelte technische Realisierbarkeit einer solchen Anlage bewiesen.
Funktionsprinzip
Die Funktionsweise ist sehr einfach. Die Sonne scheint durch ein großes Glasdach (Kollektor) und heizt die Luft am Boden wie in einem Treibhaus auf. Die warme Luft steigt nach oben und strömt unter dem Glasdach zu einem Kamin in der Mitte der Anlage. Es entsteht ein Aufwind, der mit Hilfe von Turbinen in Strom umgewandelt wird. Wasserschläuche auf dem Boden der Anlage speichern tagsüber einen Teil der Wärme und geben diese nachts wieder ab, so wird rund um die Uhr Strom produziert.
Abgesehen von der Intensität der Sonnenstrahlung hängt die Leistung eines solchen Kraftwerks von zwei Faktoren ab, von der Kollektorfläche und der Kaminhöhe. Je größer die überdachte Fläche ist, desto mehr Luft wird erwärmt und desto schneller steigt die Luft im Kamin auf (bei gleichbleibendem Kamindurchmesser), und je höher der Kamin ist, desto größer ist der Druckunterschied zum Boden und desto schneller steigt die Luft im Kamin auf. Daher führen sowohl eine Vergrößerung der Kollektorfläche als auch der Kaminhöhe zu einer größeren Leistung der Anlage. Die Versuchsanlage in Manzanares hatte einen Kollektordurchmesser von 244 m und eine Kaminhöhe von 195 m, damit erreichte sie eine Leistung von 50 kW. Ein Aufwindkraftwerk mit einer Leistung von 200 MW benötigt einen Kollektor von 8 km Durchmesser und einen 1000 m hohen Kamin.
Letztlich sind die Probleme von Thermikkraftwerken darin begründet, dass die von der Sonne eingestrahlte Energie in der Natur allgemein nur zu einem geringen Anteil in Windenergie umgewandelt wird. Während sich dies negativ auf die Leistung von Thermikkraftwerken auswirkt, bewahrt es uns gleichzeitig vor ungeheuren Wirbelstürmen.
Vor- und Nachteile eines Thermikkraftwerk
Vorteile:
- Es wird eine regenerative Energiequelle (Sonnenstrahlung) verwendet
- Die Unterhaltskosten sind nach dem Bau (der hohe Investitionskosten verlangt) sehr gering
- Es wird kein Kühlwasser benötigt (Atom- und Kohlekraftwerke brauchen sehr viel Kühlwasser und müssen deswegen immer an einem Fluss gelegen sein)
- Es besteht die Möglichkeit auch nachts Energie zu erzeugen. Dazu werden wassergefüllte Behälter oder ähnliche thermische Speicherelemente tagsüber aufgeheizt. In der Nacht geben diese ihre Wärmeenergie wieder ab und können wegen der gleichzeitig abkühlenden Umgebungsluft weiter Energie für den Aufwindgenerator liefern.
Nachteile:
- Der Bau eines Thermikkraftwerks ist sehr teuer, da die Konstruktion schwierig ist
- Eine wirtschaftliche Nutzung ist nur in Gebieten mit starker Sonneneinstrahlung möglich
- Es gibt bislang keine Studien zur großtechnischen Anwendung von Thermikkraftwerken, z.B. könnte der Bau von einigen hundert solcher Anlagen die Luftschichtungen verändern, mit potentiellen Folgen für das Klima
- Großer Flächenbedarf für den Kollektor
Umsetzungen
Das erste kommerzielle Kraftwerk soll in Australien, nahe Mildura errichtet werden. Die Bauarbeiten sollten 2005 beginnen, die Inbetriebnahme soll 2008 erfolgen. Der Kamin wird 1000 m hoch und von einem 38 km² großen Kollektor umgeben sein. Die Maximalleistung beträgt 200 MW. Es ist allerdings unsicher, ob der Betreiber Enviromission die nötige Finanzierung für den Bau erlangen kann. Mit einem Baubeginn 2005 ist daher nicht mehr zu rechnen.
Weitere Anlagen sind in China und den USA geplant.
Literatur
- Jörg Schlaich: Das Aufwindkraftwerk. Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart, 1994, ISBN 342103074X
- Schlaich, Bergermann, Schiel, Weinrebe: Aufwindkraftwerke zur solaren Stromerzeugung. Erschwinglich - unerschöpflich - global. CD-ROM mit Begleitheft. Bauwerk Verlag, Berlin 2004. ISBN 3-934369-51-0
- Jochem Unger: Alternative Energietechnik. B.G. Teubner Stuttgart (ISBN 3-519-03656-8), Verlag der Fachvereine Zürich (ISBN 3-7281-1871-0), 1993. (Neben einer Vielzahl verwandter Fragestellung findet sich hier eine kritische Auseinandersetzung mit dem Wirkungsgrad von Thermikkraftwerken.)
Weblinks
- sbp.de Die Firma des Erfinders der Aufwindkraftwerke Herrn Prof. Dr. Ing. Jörg Schlaich
- Enviromission.com.au hat vor, mehrere dieser Kraftwerke in Australien zu bauen
- solarmissiontechnologies.com Diese Firma hat sich (ihrer Ansicht nach) die Rechte an der Technologie gesichert (engl.)
- Ein Interview mit Herrn Schlaich
- wissenschaft.de: Sturm im Turm
- www.sbznet.de/... Aufwindkraftwerk: Strom für Australien
- Eine Broschüre zu Aufwindkraftwerken (Link auf PDF-Datei)