Wissenschaft Energie der Zukunft: Aufwind- und Fallwind-Kraftwerke

Dieses Thema im Forum "User News" wurde erstellt von raid-rush, 5. Juli 2015 .

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  1. #1 5. Juli 2015
    Zuletzt bearbeitet: 15. April 2017
    Schon ende der 30ger Jahren gab es Pläne und Entwürfe für neuartige Energiegewinnung. Allerdings waren diese damals nicht rentabel aufgrund der viel einfacheren Energieversorgung durch Gas, Öl und Kohle sowie später Atomkraft. Heute ist die Nachfrage an Energie so hoch und die Endlichkeit der billigen Energieträger rückt näher, das sich im Preisgefüge neue Türen öffnen für alte Ideen: Aufwindkraftwerke (AWK) und Fallwindkraftwerke (FWK).

    Vorteile von AWKs gegenüber der Photovoltaik und Solaranagen ist, dass diese auch nachts elektrische Energie erzeugen, da sich der Boden tagsüber erwärmt. In der Nacht gibt er diese Wärmeenergie wieder ab und kann weiter Luft unter dem Kollektor erwärmen. Wegen der sich gleichzeitig abkühlenden Umgebungsluft entsteht immer noch genügend Auftrieb, um das Kraftwerk zu betreiben. Bei entsprechender Bodenbeschaffenheit oder Sondermaßnahmen zur Erhöhung der Speicherkapazität des Bodens (z.B. schwarze Wasserbehälter) kann das Tages-Leistungsprofil noch deutlich optimiert werden.

    Aufwindkraftwerk_prinzip-illustration3.jpg

    Das Prinzip von Aufwindkraft:
    Die Sonne scheint durch ein großes Glas- oder auch ein lichtdurchlässiges Kunststoffdach (Kollektor) und heizt 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. Es entsteht ein Aufwind (Thermik), der mit Hilfe von Turbinen in elektrischen Strom umgewandelt wird.
    Es können entweder Horizontalachsenturbinen, die ringförmig am Fuße des Turms, also an der Übergangsstelle vom Kollektor zum Turm auf dem Boden, verwendet werden (geplant beim Mildura-Projekt) oder (wie in Spanien) die Vertikalachsenturbine am unteren Ende der Turmröhre.



    Eine ähnliche abgewandelte Variante die weitere Vorteile hat für Gegenden mit heißer und trockener Luft (zB Wüsten) ist das Fallwindkraftwerk

    fallwind-620x349.jpg


    Funktionsprinzip
    Fallwindkraftwerke benötigen keinen Kollektor zur Umwandlung der Sonnenenergie. Bei diesem Prinzip wird lediglich ein hoher Kamin verwendet, in dessen oberem Teil Wasser eingesprüht wird. Das verdunstende Wasser entzieht der Luft Wärme, diese kühlt sich um etwa 12 °C gegenüber der Außenluft ab und fällt innerhalb des Kamins mit Geschwindigkeiten bis 80km/h nach unten. Am Fuß des Kamins werden ähnlich wie beim Aufwindkraftwerk 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. Bei der Inbetriebnahme im Jahr 2018 wird der 680 Meter hohe und 350 Meter breite Turm das zweithöchste Gebäude der Welt sein.

    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 Mio. m³ Wasser pro Jahr benötigt, deshalb wird in der Regel Meerwasser zum Einsatz kommen. Dabei nimmt das Anheben von 1 m³ Wasser auf 1,2 km Höhe bei 97 % Wirkungsgrad des Pumpsystems ca. 3,2 kWh in Anspruch. 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
     

  2. Anzeige
  3. #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. :p
     

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