Aufwindkraftwerk

Das so genannte Aufwindkraftwerk fällt unter die Gruppe der meteorologischen Reaktoren und stellt eine Sonderform eines Solarthermiekraftwerks dar. Bislang existieren lediglich kleinere  Pilotanlagen an Aufwind-Kraftwerken, deren Funktionsprinzip auf den Grundzügen der Thermodynamik mit aufsteigender, warmer Luft und den Treibhaus-Effekt beruht und die Solarthermie als Fachrichtung und Umwelttechnik der erneuerbaren Energien auch für die zukünftige Stromversorgung interessant erscheinen lässt. Die Aufwindtechnologie stellt gewissermaßen das solarthermische Pendant zu einem Fallwindkrafwerk dar, welches ebenfalls auf dem Prinzip der Thermodynamik beruht und solaren Ökostrom erzeugt.

Grafik: Aufwindkraftwerk | 3 D Visualisierung von bgp design im Auftrag von Schlaich Bergeman und  Partner | www.sbp.de

Geschichte von Aufwindkraftwerken

In der Historie wird ein solches Solarkraftwerk erstmals im Jahre 1903 von Herrn Isidoro Cabanyes in dem Magazin "Electrical Energy" vorgestellt. Die Innovation erlebte zu Beginn des 20. Jahrhunderts aber keine experimentelle Phase und geriet daher leider schnell in der Fachwelt der erneuerbaren Energieerzeugung in Vergessenheit. Das Konzept des Isodoro Cabanyes sah vor, die Solarthermie in Kombination mit Windkraft zur Gewinnung elektrischer Energie zu Nutzen.

Aufwindkraftwerke: Das Funktionsprinzip

Funktionsprinzip von Aufwindkraftwerken

Ein bodennaher, großflächiger Raum wird bei einem  Aufwindkraftwerk mit lichtdurchlässigem Material (zum Beispiel Glas) abgedeckt. Die einfallenden Sonnenstrahlen erwärmen dann folglich durch den entstehenden Treibhauseffekt die bodennahe Luftschicht unter der transparenten Abdeckung. Analog zu einer thermischen Solaranlage dient dieser bodennahe Bereich als Solarkollektor, der die einfallende Solarenergie in Wärme umwandelt. Ein hoher Turm innerhalb der Anlage ermöglicht nun im Aufwindkraftwerk, dass die erwärmte (leichtere) Luft nach oben durch den Turm-Kamin entweichen kann. Diese Luftbewegung kann, beispielsweise im Fußbereich des Turmes, durch Windturbinen abgegriffen und nutzbar gemacht werden. Das ist das Urkonzept von einem Solarkraftwerk nach dem Solarthermie Prinzip, und sollte nicht mit der verwandten Solartechnologie  Solarturmkraftwerk verwechselt werden. Das Jahr 1982 erlebte die Konstruktion eines Aufwindkraftwerk Prototyps. Das Bundesdeutsche Technologieministerium finanzierte in Zusammenarbeit mit dem spanischen Stromanbieter Fenosa in der Ortschaft Manzanares den Bau einer Aufwind-Pilotanlage nach diesem Aufwind-Prinzip mit Kamineffekt.

Aufwindkraftwerk: Erprobte Anlagen im Betrieb

Der Deutsche Prof. Dr. Ing. Jörg Schlaich aus Stuttgart, hatte die Projektleitung der Anlage, welche rund 150 km südlich der Stadt Madrid stand. Mit einer Schornsteinhöhe von 195 m (bei 10 m Durchmesser des Turms), wurde das Aufwindkraftwerk bis 1989 betrieben. Die Sammelfläche für Sonnenstrahlen auf dem Boden ("Absorber-Fläche") betrug 46.000 m² und erwirtschaftete in der Spitze bis zu 50 Kilowatt an elektrischer Energie in Form von Strom. Während der Operationsphase des Aufwindkraftwerks wurden sehr wichtige Erfahrungen gesammelt. Solarthermie als ökologisch unbedenkliche Energiequelle, bedarf weiterer Experimente an Großmodellen und solarthermischen Pilotanlagen an Aufwindkraftwerken. Die aufgewärmten Luftmassenströme strömen in diesem relativ kleinen Solarkraftwerk mit bis zu 15 m/sek durch den Schornstein im Aufwindkraftwerk nach oben.

Aufwindkraftkraft

Zukunftsperspektiven der Solarthermie-Technologie

Weitere Feldversuche mit der Solarthermie bedingen gewaltige Baumaßnahmen, die überbaute Sammelraumfläche und die Kaminhöhe der Anlagen nach dem Aufwindkraftwerk Prinzip, sind hier die wesentlichen Parameter. Solarthermiekraftwerk Anlagen mit einer Energiegewinnung aus Solarthermie von 200 Megawatt, würden nach aktuellen Hochrechnungen Kaminhöhen von 1.000 m und eine Solarkraftwerk Sammelfläche von rund 8 km² bedingen. Die mögliche Rentabilität von Solarthermie Anlagen wächst mit der Baugröße der Kraftwerke. Ein Aufwindkraftwerk hat nach geltender Ansicht der Fachleute aus dem Sektor der Solarthermie nur dann einen Sinn, wenn am Standort ungenutzte und große Flächen für ein Solarkraftwerk zur Verfügung stehen. Für weitläufige Wüstengebiete in Arizona (USA), Namibia, Australien und der Mongolei, sind nun Aufwindkraftwerk Anlagen projiziert oder geplant, beziehungsweise in der Bauphase. Die energiebewussten Politiker auf diesem Globus dürfen sicher mit weiteren Feldversuchen hinsichtlich der Solarthermie, seitens der Energiewirtschaft und vor allem auch der forschenden Wissenschaftler rechnen. Ein Solarkraftwerk oder Aufwindkraftwerk mag heutzutage noch nicht die Effizienz von anderen Formen der Energiegewinnung haben, aber die wirkliche Forschung um Solarthermie im industriellem Maßstab steckt im Vergleich zu den bewährten thermischen Solaranlagen für Ein- und Mehrfamilienhäuser ja gerade in den ersten Kinderschuhen. An schädlichen Emissionen hat ein Aufwindkraftwerk nämlich gar keine vorzuweisen. Lediglich der Bau von einem Solarkraftwerk würde wohl eine negative Ökobilanz (wie jedes Bauprojekt) haben. Im Betrieb befindliche Solarthermie Kraftwerke, liefern den gewünschten Strom dann ohne die Umweltbelastungen der konventionellen Kraftwerke mit ihren meist fossilen Brennstoffen.

Solarwärme:  Alternative Kraftwerksformen

Abseits des Konzepts der Aufwindkraftwerke existieren weitere solare Technologien, die sich für den Einsatz zur Solarstromerzeugung im industriellen Maßstab eignen.

Das Parabolrinnenkraftwerk

Parabolrinnenkraftwerke: Lange Reihen an gewölbten Spiegeln, die das Sonnenlicht auf zentriert verlaufende Röhren, die mit einer auf Wasser- oder Thermo-Öl basierenden Solarflüssigkeit durchflossen sind, fokussieren. Die Spiegel werden der Sonne nachgeführt.

Das Solarturmkraftwerk

Solarturmkraftwerke: Fresnel-Spiegel auf dem Boden der Anlage konzentrieren die Solarenergie in einem zentralen Absorber auf der Turmspitze (Receiver). Ermöglicht hohe Temperaturen über 1000 Grad Celsius und gute solare Wirkungsgrade.

Das Fallwindkraftwerk

Fallwindkraftwerke machen sich ebenfalls die Thermodynamik zu Nutze. An der oberen Spitze wird Wasser eingespritzt. Die heiße Luft in Wüsten wird durch das zugeführte Wasser abgekühlt, gewinnt an Dichte und sink in Folge der Konvektion nach unten. Der Luftstrom treibt im unteren Teil Turbinen zur Stromerzeugung an.

Lexikon

Fachbegriffe der Solarthermie, Photovoltaik, Heizungen und aus dem Themengebiet der erneuerbaren Energien,  komplexe Technik und Funktionsweisen im Online Lexikon von Paradigma, einem führenden Hersteller umweltfreundlicher Gas- und Pelletsheizungen sowie von thermischen Solaranlagen für Warmwasser und solares Heizen.