Solare Aufwindkraftwerke: Entwürfe / Forschungen

Projektdaten

Auftraggeber Akquisitionsentwürfe und Anwendungsforschung
Entwurf Kraftwerks-Gesamtentwürfe nebst Komponenten
Bearbeitungsbeginn ab 2007
Unsere Leistung Thermo-fluiddynamische Kraftwerks-Auslegung sowie konzeptionelle Vorplanungen, Akquisitionsentwürfe und Anwendungsforschung

Projektbeschreibung

Seit 2007 hat K&P verschiedene Vorentwürfe für solare Aufwindkraftwerke erstellt. Hierbei ergab sich eine Vielzahl von Forschungsfragestellungen, die simultan bearbeitet wurden. Leider ist bis heute noch keines der obigen Projekte verwirklicht worden.

Solare Aufwindkraftwerke bestehen aus einer großen, glasbedeckten Kollektorfläche (bis 7 km Durchmesser), dem solaren Aufwindkamin (bis 1000 m Höhe) und dem Turbinenhaus mit den Turbogeneratoren. Sie stellen in Wüsten die derzeit wirtschaftlichste Technologie zur Gewinnung von Elektrizität dar. Die Sonnenstrahlen durchdringen das Kollektor-Glasdach, heizen den Bodenabsorber auf, dieser wiederum erwärmt die Innenluft. Diese Warmluft strömt zum zentralen Solarkamin und entweicht auftriebsbedingt durch diesen in die Umgebung. Dadurch entsteht ein permanenter Luftstrom im Kraftwerk, der Turbogeneratoren zur Stromerzeugung antreibt. Solare Aufwindkraftwerke sind somit Windkraftwerke, die ihren benötigten Wind selbst erzeugen.

Die Simulation der Energieerzeugung eines solaren Aufwindkraftwerks erfordert die Umsetzung komplizierter Theorien der Thermo-Fluiddynamik und der Optik in Computeralgorithmen. Diese sind hochgradig nichtlinear, was sich in einem hohen Berechnungsaufwand widerspiegelt. Schnelle Algorithmen zu gewinnen erfordert große Erfahrung mit nichtlinearen Prozesssimulationen.

Aufwindkraftwerke liefern von allen derzeitigen Technologien zur Energieerzeugung aus erneuerbaren Ressourcen den wirtschaftlichsten Strom. Sie benötigen kein Wasser, weder als Arbeitsmedium noch zur Rückkühlung von Dampf, höchstens zur Glasreinigung.

Umfangreiche Optimierungsanalysen zweier Kraftwerksfamilien ergaben folgende Ergebnisse: Für die Kraftwerkstypen 500/2000 (750/3500) mit Kaminhöhen von 500,00 m (750,00 m) und äußeren Kollektordurchmessern von 2.000,00 m (3.500,00 m) wurden jährlich geerntete Gesamtenergien von 54.9 GWh/a (219.4 GWh/a) unter maximalen Generatorleistungen von 18.7 MW (75,0 MW) ermittelt. Bei Gesamtinvestitionen von 111 Mio. € (337,6 Mio. €) ergaben sich für Annuitäten + Versicherungen 7,4 Mio. € (22,8 Mio. €), was bei Abschreibungszeiträumen von 33 Jahren und jährlichen Solareinstrahlungen von 2,2 MWh/m² zu Strom-Erzeugungskosten (LECs) von 0,131 €/kWh (0,099 €/kWh) führte.

Veröffentlichungen

Krätzig, W.B.
Solar updraft power technology – State and advances of low-concentrated thermal solar power generation. VGB PowerTech 11 (2012), 34-39.

Krätzig, W.B.
An integrated computer model of a solar updraft power plant. Advances in Engineering Software 62-63 (2013), 33-38.

Krätzig, W.B.
Physics, computer simulation and optimization of thermo-fluidmechanical processes of solar updraft power plants. Solar Energy 98 (2013), 2-11.