Fallwindkraftwerk

In einem Fallwindkraftwerk, oder Abwindkraftwerk wird von der Sonne erwärmte Luft durch Besprühen mit Wasser abgekühlt und fällt in einem Kamin nach unten. Turbinen erzeugen aus dieser künstlichen Luftströmung elektrischen Strom.

Der Kraftwerkstyp wurde erstmals 1975 von dem amerikanischen Ingenieur Phillip Carlson beschrieben und patentiert. Bisher wurde noch kein derartiges Kraftwerk realisiert. Seit den neunziger Jahren bemüht sich insbesondere der Israeli Dan Zaslavsky vom Technion Institut in Haifa um die Weiterentwicklung und Realisierung dieser Technologie.^[1]

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 20 m/s nach unten. Am Fuß des Kamins werden ähnlich wie beim Aufwindkraftwerk Windräder angeordnet, die dann Strom erzeugen.

Die besten und stetigsten Bedingungen für diesen Kraftwerkstyp finden sich im Bereich der Rossbreiten, da hier das ganze Jahr über durch die Hadley-Zelle trockene und warme Luft zur Verfügung steht. Aufgrund der indirekten Sonnennutzung funktioniert die Technologie auch nachts.

Wirtschaftliche Betrachtung

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.^[2] Fallwindkraftwerke kämen damit auf eine Leistung und Betriebsdauer, die mit konventionellen fossilen und atomaren Kraftwerken vergleichbar ist. Der Wirkungsgrad erreicht zwar nur etwa 2,5 %, ist aber aufgrund der „unendlichen“ und kostenlosen Ressource „warme Luft“ unerheblich. Etwa 1/3 der erzeugten Bruttoelektrizität wird als Pumpenergie benötigt, um das zu verdampfende Wasser auf die Spitze des Kamins zu transportieren. Da sich der Wirkungsgrad bei kleineren Anlagen deutlich verschlechtert, führt dies dazu, dass nur große Anlagen wirtschaftlich tragfähig erscheinen. Dies bedingt ein beträchtliches Risiko für Investoren, die immerhin um die 1,5 Milliarden € aufbringen müssten. Die von den Planern angegebenen Kosten von 2,5 ct/kWh an besten Standorten (Küste des Persischen Golfs und des Roten Meeres, Westafrikanische Küste, Namib-Wüste, Niederkalifornien, Atacama-Wüste, Teile Australiens) sind daher auch noch nicht belastbar.

Anwendungen im Umfeld

Ein großer Vorteil der Technologie besteht darin, dass sie auch ohne direkte Sonneneinstrahlung auskommt, also auch nachts funktioniert, ohne dass Speichertechniken eingesetzt werden müssten. In Regionen mit großen Reliefunterschieden käme die Möglichkeit hinzu, die notwendige Wassermenge in hochgelegenen Speicherseen zwischenzulagern, in Zeiten großen Strombedarfs abzurufen und zu Zeiten geringen Bedarfs wieder aufzufüllen. Die Kraftwerke könnten so theoretisch den schwankenden Strombedarf ausgleichen. Als weitere Nutzungen kommen die kostengünstige Entsalzung von Meerwasser (bei der der feuchte, salzige Fallwind durch semipermeable Membranen gedrückt würde), die Kühlung von Kraftwerken, Industrieanlagen oder Siedlungen, die Entsalzung kritisch belasteter Flüsse und Kanäle und die Aufzucht von Fischen in den Zuleitungskanälen in Betracht.

Umwelteinflüsse

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. Der Salzaustrag aus dem Kamin muss dabei vermieden werden, da dies zur Versalzung der umliegenden Böden führen würde. Aus dem gleichen Grund ergeben sich die bedeutendsten möglichen Umweltgefahren durch mögliche Brüche oder Leckagen der Wasserzuflussleitungen/-kanäle. Die über 1000 m hohen Türme könnten zu gewissen Landschaftsbeeinträchtigungen führen, der Flächenverbrauch ist aber im Vergleich zu anderen solaren Energieformen gering.

Es gibt bislang keine Studien zur großtechnischen Anwendung von Thermikkraftwerken, z. B. könnte der Bau von einigen hundert solcher Anlagen die Luftschichtungen verändern, mit potenziellen Folgen für das Klima.

Projekte

Die Realisierung eines ersten Prototyps wird seit mehreren Jahren im Wadi Araba in Israel nahe Eilat vorangetrieben, scheitert aber wohl im Moment an fehlenden finanziellen Ressourcen. Ein weiteres Projekt soll in Indien im Bundesstaat Rajasthan anlaufen.^[3]

Eine Weiterentwicklung ^[4] des Kraftwerkstyps wird von Robert J. Rohatensky vorgeschlagen. Über die technische und finanzielle Machbarkeit kann hier allerdings keine Aussage getroffen werden.

Quellen

1. ↑ Dan Zaslavsky: Energy Towers. In: PhysicaPlus 7
2. ↑ Gregor Czisch: Evaluation of the global potential of energy towers. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts
3. ↑ Energy Towers for Producing Electricity and Desalinated Water without a Collector Israel - India Steering Committee, Dezember 2001
4. ↑ Solar Heat Pump Electrical Generation System (SHPEGS) eingesehen am 29. November 2008

Weblinks

• [1] - ausführliches Video der energy tower ltd. zu Funktionsweise und Stand der Technik vom 14. Juni 2007
• „Energie aus Kühltürmen“ Beitrag aus den Tagesthemen vom 13. Jan. 2008