TEIL C

Augmentor-Systeme

Diese Systeme beruhen auf der Erkenntnis, daß die Anströmgeschwindigkeit des Windes durch besondere aerodynamische Konstruktionen erhöht werden kann. Dadurch erhöht sich auch die sonst relativ geringe Energiedichte des Windes, was bisher meist durch eine aufwendige Ummantelung der normalerweise frei laufenden Turbine erreicht wurde. Ein gutes Beispiel hierfür ist das oben bereits beschriebene Vortec-System.

Seit dem 19. Jahrhundert werden die unterschiedlichsten Formen und Umsetzungen vorgeschlagen, von denen ich einige präsentieren werde, die mir im Zuge meiner Patentrecherche begegnet sind.

Zu den Vorläufern der aktuellen technischen Umsetzungen gehören beispielsweise der Wind Wheel von P. A. Ensign aus dem Jahre 1866 (US-Patent Nr. 0058397), ein System unter dem Namen Improvement in Atmospheric Motive-Powers von W. Jones (US-Patent Nr. 0129567 von 1872), die Wind Engine von J. L. Walker, die sich eindeutig auf die Nutzung des Kamineffekts bezieht (US-Patent Nr. 0273920 von 1883), der Electric Generator von E. C. Woodell (US-Patent Nr. 0695524, erteilt 1902), der für Einzelgebäude gedachte Atmospheric power generator von A. J. Fandrey (US-Patent Nr. 1112203 von 1914) oder der  Air motor von Harry Mcgraw (US-Patent Nr. 1464575, erteilt 1923).

Ich bin mir sicher, daß eine erweiterte Recherche in internationalen Patent-Datenbanken eine Vielzahl weiterer Systeme und Erfindungen zutage fördern würde, die es nie zum Stadium der Umsetzung geschafft haben.

Breiter bekannt werden Augmentor-Systeme erst durch die Innovation von J. T. Yen, auf die ich als nächstes zu sprechen komme.

Tornadoturm

J. T. Yen entwickelt bei der Grumman Aerospace Corp. in den USA eine neuartige Windkraftanlage, bei der der Wind durch einzelne geöffnete vertikale Schlitze in eine oben und unten offene Turmkonstruktion geleitet wird, um sich dort zu einem Wirbel zu verdichten.

Da die Leistung eines Windrades nicht nur von der kinetischen Energie des Windes, sondern auch von der Druckdifferenz vor und hinter den Flügeln abhängt, wird beim Tornadoturm-Konzept der Unterdruck im Kern des Wirbels gegenüber der von unten zur Turbine hinströmenden Außenluft besonders vorteilhaft ausgenutzt. Ein 60 m hoher Turm von 20 m Durchmesser soll eine Leistung von 1 MW erbringen können. Mit einer 2 m Turbine sollen sich sogar bis zu 2 MW erreichen lassen, was einem konventionellen Rotor von 65 m Durchmesser entspricht (!).

Yen beantragt das Patent 1975, es wird ihm mit unter Nummer US 4070131 im Jahr 1978 erteilt. Wer sich näher mit dieser Technologie beschäftigen möchte sollte sich die Gegenhaltungen dieses Patentes anschauen, die bis in das Jahr 1878 zurückverfolgen lassen.

Im Jahr 1982 wird vom Physikalischen Institut Würzburg eine Untersuchung des Tornadoturms veröffentlicht, die im Tagungsbericht des 4. Internationalen Sonnenforums in Berlin erscheint. Auch die Ergebnisse von Windkanaltests an Modellen mit spiralförmigem Querschnitt, logarithmischer Spirale und variablem Höhen/Durchmesser-Verhältnis werden veröffentlicht.

Prof. Rechenberg von der TU-Berlin (Erfinder des Windkonzentrators, siehe im Absatz Neue Designs) erläutert während eines Vortrags im Jahr 1984, daß die Wirbelbildung im Tornadoturm durch die Innenreibung nicht ausreichend verstärkt werden könne, um die theoretisch 20- bis 30-fache Windgeschwindigkeitsverstärkung zu erreichen.

Ich werde im nachfolgenden Teil D noch einmal auf den Tornadoturm zurückkommen, wenn es um die Energie von Wirbeln geht.

Anscheinend inspiriert diese Erfindung weitere Landsleute von Yen, denn 1983 beantragt Cheng-ting Hsu aus Ames, Iowa, das Patent für eine Tornado type wind turbines (US-Patent Nr. 4452562, erteilt 1984), und 1988 beantragt Dong-an Yeh aus Taipei, Taiwan, das Patent für einen Revolving power tower, das er 1990 auch erhält (US-Patent Nr. 4935639). Beide Bauversionen gleichen weitgehend dem Tornadoturm von Yen.

Wie schon bei vielen anderen Technologien nachgewiesen, hat auch Yen Vorläufer, deren Innovationen unter dem Begriff Luftwirbelkraftwerke bekannt werden.

Das Prinzip dieser Kraftwerke wird vermutlich als erstes von dem französischen Luftfahrtingenieur Edgard Henri Nazare aus Seine beschrieben, der 1964 ein entsprechendes Patent für einen Générateur de cyclones artificiels beantragt, welches er dann 1966 unter der Nr. 983953 erhält. Während seines Aufenthalts im französischen besetzten Algerien hatten ihn die dort in der Wüste häufig beobachteten Luftwirbel auf den Geschmack gebracht.

Wesentliches Element seines tour solaire Kraftwerks in Form einer Venturidüse sind die spiralförmigen Leitapparate am Fuß des Turmes, welche die angesaugte Luft in Drall versetzen und zum Kreiseln bringen sollen. Dadurch wird ein riesiger Wirbel erzeugt, der dem Rüssel eines Tornados ähnlich sieht. Dieser Luftwirbel soll den sehr hohen und daher auch sehr teuren Kamin der üblichen Aufwindkraftwerke ersetzen.

Nazare beantragt 1982 ein weiteres Patent, in dem er die Technologie seines Kraftwerks wesentlich detaillierter beschreibt. Dieses Patent mit der Nr. 8205544 wird ihm 1983 erteilt. In den Folgejahren versucht er die Mittel zu bekommen, um einen Prototyp zu bauen, dessen Basis einen Durchmesser von 300 m haben sollte, bei einer Turmhöhe von ebenfalls 300 m. Die Anlage soll in der Lage sein, aus den um 30°C unterschiedlichen Temperaturen zwischen den hohen und niedrigen Schichten der Atmosphäre eine elektrische Leistung von etwa 200 MW zu erzeugen.

Nach vielversprechenden Testes, die im Jahr 1997 seitens der Société Sumatel aus La Bathie an einem 6 m hohen Modell in Savoyen durchgeführt werden, wird die Entwicklung unterbrochen, da Nazare im September 1998 in Paris stirbt, ohne seine Erfindung verwirklicht zu haben.

Erst 2006 macht Sumatel weiter; das Unternehmen will ein 60 m Modell auf Guadeloupe errichten, an dem weitere Versuche durchgeführt werden sollen. Diesmal soll zusätzlich auch noch Wärme aus Geothermalenergie in das System fließen. Die Firma geht davon aus, daß der Luftwirbel eines 300 m hohen Turmes bei einem Luftschichten-Temperaturunterschied von 30°C bis 50°C zwischen 180 MW und 310 MW erzeugen kann.

Von Nazare inspiriert ist auch der Russe George Mamulashvili, der noch zu Zeiten der Sowjetunion zwei Patente für seinen Trailing Solar Chimney erhält (Nr. 13119654 von 1984 und 1526335 von 1988). Die ersten theoretischen Untersuchungen erfolgen 1995, anschließend sollen erste Kleinmodelle gebaut werden.

Auch dieses System beruht auf einer Verwirbelung der Luft, wobei der geplante Prototyp aus einem selbstansaugenden Spiralturm von 333 m Höhe und 30 m Durchmesser bestehen soll, der von einer 600 m durchmessenden und auf etwa 3 m aufgeständerten Kollektorfläche umgeben ist. In dieser Dimension soll Mamulashvilis Anlage 100 MW erzeugen. Die Eintrittsgeschwindigkeit der Luft wird mit 80 km/h angegeben. Die Arbeiten werden allerdings 1997 unterbrochen, weil es nicht gelingt die Wirbelströmung zu stabilisieren.

Unabhängig voneinander greifen Ende der 1990er Jahre der Australier Norman Louat und der kanadische Ölingenieur Louis Marc Michaud aus dem kalifornischen Sarnia die Idee der Luftwirbelkraftwerke wieder auf.

Louat, an der Südostküste Australiens in Batemans Bay, New South Wales, beheimatet, beantragt 1999 ein internationales Patent für seinen Unbounded Vortical Chimney und erhält es unter der Nummer PCT/AU99/00037 im Jahr 2000. Über Versuche oder Umsetzungen ist mir jedoch nichts bekannt.

Das Prinzip von Michauds Anlage wiederum ähnelt zwar einem Aufwindkraftwerk (s.u.), doch wird die warme Luft am Boden eines zylinderförmigen Gebäudes hier zusätzlich verwirbelt – wodurch ein künstlicher Sturm entsteht. Dabei entwickelt sich eine weitaus größere Kraft als beim konventionellen Thermikkraftwerk.

Michaud beantragt sein erstes Patent 2001, es wird ihm 2003 erteilt (US-Patent Nr. 7086823). Es sieht als Hauptanwendung seiner Atmospheric Vortex Engine (AVE) den Einsatz in Kühltürmen konventioneller Kraftwerke vor, wo 20 % der in der Abluft steckenden Energie durch entsprechende Turbinen am Faß des Turmes genutzt werden sollen. Als weitere Wärmequelle wird warmes Ozeanwasser genannt.

Gemeinsam mit Tom Fletcher beginnt Michaud im Juni 2005 im US-Bundesstaat Utah mit Tests an keinen Modellen wie dem 2,4 m hohen ‚square vortex generator’ (TF-1) mit 90 x 90 cm Grundfläche. Der darin erzeugbare Mini-Tornado hat einen Durchmesser von rund 15 cm.

Bereits im August desselben Jahres wird in Fletchers zwischenzeitlich gegründeter Firma Atmospheric Vortex Tower LLC ein wesentlich größerer Prototyp getestet. In dem 10 m durchmessenden und 15 m hohen System gelingt es einen 1 m durchmessenden künstlichen Wirbelsturm zu erzeugen (anderen Quellen zufolge soll dieser Turm 15 x 30 m groß gewesen sein).

Eine weitere, technisch wesentlich aufwendigere Versuchsanlage (LM-6) wird sinnvoller weise aus Plexiglas errichtet, wodurch sich die Wirbelentstehung gut beobachten läßt.

In künftigen Kraftwerken mit 400 m Durchmesser und 100 m Höhe soll ein ebenfalls 100 m durchmessender Tornado entfacht werden, der sich bei einer Windgeschwindigkeit von bis zu 320 km/h in eine Höhe von 1 – 15 km erstrecken soll. Den Preis einer derartigen Anlage kalkuliert der Erfinder auf 60 Mio. $, ihre Leistung würde im Bereich von 100 bis 500 MW liegen. Bisher ist allerdings nicht klar, ob sich der Luftwirbel bei stärkerem überörtlichen Wind aufrecht erhalten läßt.

Mitte 2007 gründet Michaud eine eigene Firma Namens AVEtec Energy, und beginnt an der University of Western Ontario in Kanada mit Windkanal-Versuchen, es werden verschiedene Computersimulationen gefahren und der Erfinder sucht nach Investoren für sein System.

In Deutschland erhalten die Ingenieure Peter-Michael Rietbrock aus Köln, und Hasan Oezbey vom Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR e.V., im Jahre 2002 den Kölner Innovationspreis für eine Weiterentwicklung des konventionellen Aufwindkraftwerkes, die im Grunde eine Kombination dieser Technologie mit dem Tornadoturm von Yen darstellt.

In ihrem Wirbel-Strömungs-Kraftwerk, von dem ein Prinzipmuster mit einem Durchmesser von 3 m existiert, wird durch Solarenergie und Wärme ein Luftwirbel erzeugt. Auch hier dringt die Sonnenenergie durch die transparente Glas-/Folienkonstruktion und erhitzt eine darunterliegende Absorberfläche. Das Aufsteigen der erwärmten Luft führt in der kaminartigen, hyperbolischen Form der Konstruktion jedoch zu einem tornadoähnlichen Effekt.

Der durch den Luftaufstieg entstehende Unterdruck sorgt an der Basis der Konstruktion für ein Ansaugen von Außenluft, die durch eine Vielzahl von beweglichen, flügelartigen Windleittoren hineinströmt. Diese sorgen vor allem dafür, daß die einströmenden Luftmassen tangential in das Rondell gesaugt werden und schon beim Eintreten in den Trichter die für die Gesamtwirkungsweise der Konstruktion optimale Strömungsrichtung aufweisen. Durch die sich schnell drehenden Luftmassen wird ein Radialrotor angetrieben, der mit dem Generator an der Turmspitze verbunden ist.

Ein weiteres System bildet der 1998 patentierte Hurricane Tower des Marine-Ingenieurs John Pina Craven, dessen erster 10 m hoher Prototyp ab 2005 in seinem Natural Energy Labor auf der Hawaii-Insel Kona steht. Diesmal soll der künstlich erzeugte Miniatur-Wirbelsturm allerdings nicht der Energieerzeugung dienen – sondern Meerwasser entsalzen. Craven, der früher für das streng geheime U-Boot-Projekt Polaris verantwortlich gewesen ist, ist auch maßgeblich am OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) Projekt bei Keahole Point auf Kona beteiligt, das seit 1982 läuft (s.u. Wasserenergie, Thermalgradient).

Im Inneren des Polyethylen-Rohres wird ein Wirbelsturm simuliert: Warmes Brack- oder Salzwasser strömt am Boden hinein, verdunstet und steigt – von einem Propeller beschleunigt – in zunächst kleinen Wirbeln auf, die sich zu einem großen Wirbeln vereinigen. Dieser triff dann oben auf einen Wärmetauscher, durch den 7° bis 8° C kaltes Tiefenwasser zirkuliert, was die mit Wasserdampf gesättigte Luft zum Abregnen bringt. Der entsalzte Niederschlag wird in einer Wanne aufgefangen. Diese Technik soll sehr wirtschaftlich sein – der Erfinder nennt Betriebskosten von nur wenigen Cent pro Kubikmeter Trinkwasser. Für eine größere Anlage auf der Insel Saipan in der Mariannen-Gruppe soll das US-Energieministerium bereits Fördermittel von 1,5 Mio. $ zugesagt haben.

In Frankreich lassen sich Michel Alain Coustou und Paul Alary 2005 einen Luftwirbelgenerator patentieren (Nr. 0408809). Unter dem Namen Tour Aerogeneratrice wird eine Kombination aus Windkraft, Kamineffekt, Treibhauseffekt, Corioliskraft und Venturi-Effekt beschrieben. Auch hier soll die Luft spiralförmig in den Turm geleitet werden, um einen Tornadoeffekt hervorzurufen.

Auf dem Foto sieht man die beiden Erfinder mit einem Tischmodell während eines Vortrags auf der 32. französischen SF-Convention in Tilff, Esneux.

2006 lassen sich Coustou und Alary ihr System unter dem wohlklingenden Namen Air Power Generator Tower auch international patentieren (Nr. 018587).

Im August 2007 melden die Blogs eine weitere Variante unter dem Namen Energy Tower, die diesmal auf Robert J. Rohatensky zurückgeht. Der Erfinder betrachtet sein System als ‚solarbetriebene Wärmepumpe’ (Solar Heat Pump Electrical Generation System, SHPEGS) und möchte es im Rahmen eines open-source Projektes weiterentwickeln.

Auf seiner gut gefüllten Homepage shpegs.org werden verschiedene Ansätze und technische Modifikationen gezeigt, die den nach Jahreszeit bzw. Örtlichkeit unterschiedlichen Betrieb der Anlage verdeutlichen. Durch Integration eines unterirdischen Wärmespeichers mittels Erdsonden entsteht ein Heißluft-Kreislauf, sobald die Umgebungsluft wärmer als die Bodentemperatur wird – während sich im umgekehrten Fall ein Kaltluft-Kreislauf aufbaut. Auf der Abbildung ist der Winderbetrieb dargestellt.

Ein weiteres Projekt – ebenfalls unter dem Namen Energy Tower – wird Ende 2007 aus Schweden bekannt. Initiator ist Eric Stiig mit seiner Firma Energytower AB in Umeå. Das 2004 beantragte und 2008 erteilte US-Patent Nr. 7364399 trägt den etwas komplizierten Namen Wind power plant of cyclone type and method of obtaining energy from such.

Bei diesem System wird der auftreffende Wind über ein spiralförmiges Leitblech in die Anlage hineingeleitet, wo er sich aufgrund des abnehmenden Innendurchmessers beschleunigt. Im Kern des leicht schrägen Turmes befindet sich eine Senkrechtachser-Windkraftanlage (3-Blatt Darrieus), die sich nun zu drehen beginnt. Die beschleunigte Luft erhöht den Druck und die Temperatur an der Innenwand des Turmes, was einen relativen Druckverlust in der Mitte des Turms erzeugt – das Auge des Tornados. Hierdurch entsteht ein Kamineffekt, der die Rotordrehzahl beschleunigt, während der Unterdruck wiederum neue Luft in den Turm hineinzieht.

Nach der Durchführung verschiedener Untersuchungen an einem Modell bis Mitte 2009 und anschließender Tests der Nullserie soll 2010 die Markteinführung starten.

Vom Ansatz des österreichischen Wirbelforschers Viktor Schauberger ausgehend entwickelt Evgeny Sorokodum ab 2000 in Rußland eine ganze Reihe kleindimensionierter Konzepte, die sich ebenfalls den Vortex-Generatoren zuordnen lassen.

Hier abgebildet ist eine pyramidenförmige Struktur, die der Erfinder im Rahmen seiner Moskauer Firma Vortex Oscillation Technology Ltd. umsetzen möchte. Sorokodum arbeitet auch an oszillierenden Wärmepumpen (Vortex-oscillatory heat pumps) und der Kondensation von atmosphärischer Feuchtigkeit zur Wassergewinnung.

Bevor wir nun zu den riesigen Aufwindkraftwerken kommen, möchte ich noch eine Innovation beschreiben, die mehr für einen kleindimensionierten und dezentralen Einsatz gedacht ist – und die unter dem augenzwinkernden Namen ‚Windhamster’ bekannt ist.

Windhamster

Der ‚Windhamster’, eine Entwicklung der beiden Berliner Ingenieure Jürgen und Olaf Schatz, ist ein zylinderförmiges, eineinhalb Meter hohes und einen Meter breites Gerät, dessen Außenwand aus beweglichen Lamellen besteht und eine sehr große Ähnlichkeit mit dem Tornadoturm von Yen aufweist. Auch hier sind die Lamellen so angeordnet, daß der Wind zwar in das Hamster-Innere vordringen, aber nicht wieder hinaus kann. Dort soll er zu rotieren anfangen und sich zu Wirbelfäden aufwinden, die wiederum zu einer ganzen Wirbelspule aufgewickelt werden. So entsteht eine Wirbelströmung wie bei einem Hurrikan, in dessen Zentrum eine speziell konstruierte Turbine mit zugehörigem Generator den ‚Orkan in der Dose’ in elektrische Energie umformt, während die Strömung nach oben abfließt. Da die Winde nicht direkt genutzt werden, sondern erst nach mehrmaliger Verwirbelung, tritt eine Verstetigung der Rotationsgeschwindigkeit ein. Weitere technische Vorteile sind, daß der Windhamster kein Getriebe benötigt und auch die komplizierte Steuerung von Propellerflügeln entfällt.

Die Erfinder erklären: „Die Parallelströmung ‚Wind’ wird in eine stationäre Wirbelströmung umgewandelt. Dieser wird durch eingelagerte Geschwindigkeitskonzentrationen durch Induktion nach dem Biot-Savardschen-Gesetz eine höhere Umfangsgeschwindigkeit verliehen. Damit werden größere Masseströme realisierbar.“ Der entscheidende Fakt dabei ist, daß der Wirbelwind im Zylinder durch das ‚heraus-bremsen’ an der mittigen Turbine nicht verzögert wird, sondern im Gegenteil sogar erkennbar beschleunigt. Man muß in solchen Systeme die Masse nur mittig heraus nehmen – und die äußeren Massen stürzen beschleunigt nach innen, wobei die Molekulargeschwindigkeit als wesentliche Komponente zur Strömung insgesamt beiträgt (die molekulare Bewegung der Luft ist dreifach schneller als die Orkangeschwindigkeit). Die Idee kam den Erfindern übrigens, als sie sich mit der Entwicklung eines neuartigen Filtersystems für Schornsteine befaßten, das mit Luftwirbeln arbeitet. In ihren Darlegungen beziehen sie sich u.a. auch auf die theoretischen Grundlagen des Ersatz-Strömungsfeldes für zyklonische Staubabscheider nach Barth/Muschelknautz.

Im Sommer 1993 gewinnt Jürgen Schatz die Teilnehmer der Beratungskonferenz der Deutschen Stiftung Umwelt für seine Idee. Außerdem erwirkt das Umweltministerium bei der Investitionsbank des Landes Brandenburg ein zinsloses Darlehen, um dem Erfinderteam ein zeitweiliges Arbeitseinkommen zu sichern, die Messeplatzierungen zu finanzieren und die Prüfung des Windhamster vornehmen zu können.

Mit Unterstützung der ‚Fördergesellschaft Erneuerbare Energien’ und einer Yachtwerft, die durch ihre innovative Ausrichtung prädestiniert war und mit großem Engagement bereits vorher tätig geworden war, entsteht ein durchsichtiges Funktionsmodell von ca. 130 cm Höhe und 90 cm Durchmesser, das im  November 1993 an der TU Berlin in den Windkanal gestellt  und gemessen wird.

Im Ergebnispapier heißt es: „Grundsätzlich ähnelt (der Windhamster) historischen Windenergie-Vertikalläufern, und unterliegt damit auch den prinzipiellen Nachteilen von Widerstandsläufern im Vergleich zu Auftriebs-Windenergie-Konvertern. Allerdings wird in dem vorliegenden Konzept eine Energiekonzentration durch gezielte Wirbelbildung innerhalb des Konverters angestrebt, so daß ein höherer Wirkungsgrad von den Konzeptträgern postuliert wird.“

Im Detail: Die Windgeschwindigkeiten der Meßstrecke wurden von 0 auf 14 m/s hochgefahren, an den Generator war ein Potentiometer als Ohmsche Last angeschlossen. Bei 7 m/s lief der Windhamster an, die Rotordrehzahl erhöhte sich annähernd linear bei steigender Windgeschwindigkeit auf maximal U = 187. Die Meßleistung auf diesem Höhepunkt lag bei P = 17,04 W. Bei 14 m/s liegt die theoretische Strahlleistung bei 1000 W, statt der zu erwartenden Leistungsminderung auf 40 % erreichte der Windhamster jedoch nur knapp 2 %! Damit war die prinzipielle Wirkungsweise des Windhamsters nachgewiesen, der Wirkungsgrad jedoch lag jenseits von Gut und Böse. Trotzdem wird der Entwicklung auf der 42. Weltmesse für Erfindung, Forschung und industrielle Innovation (EUREKA) in Brüssel 1993 eine Goldmedaille verliehen.

Im Januar 1994 läuft in der TU Dresden die zweite Versuchsreihe an. Die Yachtwerft hatte das Funktionsmuster aufgerüstet, das Verstärkermodul stand bereit, und auf Wunsch der Erfinder waren noch mehrere Kamine als Aufsätze gefertigt worden. Im Verlaufe von fünf Tagen wurden sämtliche Varianten durchprobiert. Doch die Ergebnisse der Berliner Windkanalversuche bestätigten sich und die Verstärkermodule bewirken keinerlei Leistungssteigerung. Bei einer Anströmgeschwindigkeit von 15,5 m/s wird eine Drehzahl von 250 U/min und eine elektrische Leistung von 18,3 W erreicht. Damit liegt der Wirkungsgrad nur unwesentlich über den Berliner Ergebnissen und schießt eine wirtschaftliche Verwertung endgültig aus.

Im Gutachten heißt es weiter, daß „die Strömungsbeobachtungen mit Paraffinölnebel keine Hinweise auf Strukturen von Wirbelspulen im Rotornachlauf oder auf Effekte der Windenergiekonzentration (erbrachten).“

Trotzdem wird der Windhamster 1994 auf der Hannovermesse ausgestellt, und nach einer Testanlage mit 0,3 kW in Großopitz bei Tharandt/Sachsen wird am 06.10.1994 das erste ‚funktionsfähige Modell’ auf dem Dach des Technologiezentrums Glaubitz/Sachsen installiert, das 2,5 kW Nennleistung erbringen soll. Man redet davon, daß die Serienproduktion 1996 starten soll.

Ein Grund für den geringen Wirkungsgrad liegt in der größtenteils am Zylinder vorbeiströmenden Luft, denn nur 15 % der auf den Stirnflächenquerschnitt zuströmenden Luft gelangen überhaupt in den Windhamster. Ein weiterer Grund für die Ineffektivität besteht meiner Meinung nach darin, daß sich der Hamster selbst nicht bewegt. Wenn er ebenfalls rotieren würde, dann kämen mehrere andere – und möglicherweise auch additiv wirkende – Effekte zum Tragen. Er würde dann auch schon sehr der Messias-Maschine ähneln, über die ich im Teil D ausführlich berichte.

Nachdem ich über 10 Jahre lang nichts mehr über den Windhamster gehört habe, scheint sich ab 2000 Dr. Matthes Haug mit dem System zu beschäftigen. 2007 gründet er in der Schweiz die Firma Energie System Lösungen (ESL) AG. In seinen Vorträgen beschreibt Haug die Entwicklung des Windhamsters als so gut wie abgeschlossen und geht davon aus, daß die Maschine bereits 2008 Serienreife erlangt und in Massenproduktion gehen kann.

Aufwindkraftwerk

Bereits 1519 zeichnet ein J. Knobloch das Prinzip eines Aufwindkraftwerks. Die Anlage betreibt einen Grill, welcher durch den Rauchabzug angetrieben wird. Die Information darüber stammt von Herrn Leitlein, der sie m.W. im Deutschen Museum in München gefunden hat.

Im August 1903 beschreibt der katalanische Offizier der spanischen Armee Isidoro Cabanyes in dem Magazin ‚La energía eléctrica’ und unter dem Titel ‚Proyecto de Motor Solar’ vermutlich als Erster das Konzept eines modernen Aufwindkraftwerks.

Diese Technologie wird schon im Jahr 1929 von dem Französischen Meteorologen Bernard Dubos erfunden und patentiert, der mit ihrer Hilfe senkrecht aufsteigende, wirbelsturmähnliche Luftströmungen erzeugen will. Etwa sechs Jahre später schlägt Dubos außerdem vor, mit Hilfe riesiger Dampf-Schornsteine Regen zu erzeugen. Die Aufwind-Technologie scheint jedoch nicht realisiert worden zu sein, obwohl es Dubos sogar gelang, die damals als nicht gerade fortschritlich geltende Pariser Akademie dafür zu begeistern.

Dubos legt den Plan vor, an den Steilabstürzen der Atlas-Kette und dem Hoggar-Gebirge in Nordafrika 1.000 - 1.500 m hohe Steigrohre aus 10 m durchmessendem, wärmeisolierenden Leichtbeton zu installieren, durch welche die mittels Glasdächern stark erhitzte Luft nach oben steigt und dabei in ihrem Inneren die Schaufeln von Windturbinen antreibt. Der erzeugte Strom soll die lokale Infrastruktur stärken sowie an das europäische Stromnetz geliefert werden.

In Deutschland wird das Prinzip dieser Aufwindkraftwerke erstmals durch das 1931 erscheinende Büchlein von Hanns Günther In hundert Jahren bekannt. Der Autor berichtet außerdem über eine Entwicklung des Lufttechnischen Instituts in Saint-Tyr, wo man erfolgreich an kleineren Anlagen arbeiten würde, die sich auch für den europäischen Raum eignen.

Dort nutzt man nämich die Erfahrungen, die bei der Entwicklung leistungsfähiger, ausschließlich mit natürlicher Windenergie arbeitender Ventilationssysteme zur Entlüftung von Wohn- und Arbeitsräumen gewonnen wurden.

Die Konstruktion als zylindrischer Schornstein aus Eisenblech kommt dem Jahrzehnte später tatsächlich gebauten Aufwindkraftwerk in Menzares schon recht nahe (s.u.), doch bei dem Windturm ist das obere Ende zusätzlich von einem kurzen Zylinder umringt, der den Luftaustritt und damit auch den Sog erleichtert und verstärkt. Diese Windtürme sollen bei ihrer Erprobung einen Wirkungsgrad von nahezu 100 % erreicht haben.

In dem US-Magazin Modern Mechanics und Invention vom Dezember 1930 ist auch eine Art 'liegendes' Aufwindkraftwerk dargestellt, bei dem es sich um eine deutsche Erfindung gehandelt haben soll.

Leider habe ich dazu keine weiteren Informationen finden können - ich glaube jedoch nicht, daß eine derartige Konstruktion einen effektiven Betrieb gerantiert hätte.

Danach scheint es für mehrere Jahrzehnte ruhig geblieben zu sein. Erst 1969 wird Vukasin Van Delic das 1967 beantragte US-Patent Nr. 3436908 für sein Solar air moving system erteilt, das eine sehr große Ähnlichkeit mit dem oben beschriebenen Aufwindkraftwerk von Dubos hat.

Mitte der 1970er Jahre kommt es dann insbesondere in den USA zu einem Boom an neuartigen Konzepten, die ich aufgrund ihrer Menge jedoch nicht im Einzelnen betrachten kann.

Die Nennung der Patentnummern erlaubt aber einen direkten Rückgriff auf die Originaldokumente – am besten über das Portal freepatentsonline.com.

Ich habe mich für die Veröffentlichung dieser Auflistung entschieden um zu belegen, daß es sogar in dieser relativ kleinen technologischen Nische eine schier endlose Zahl an Erfindern gibt, deren Kreativität sich (leider) ausschließlich in den Patenten niedergeschlagen hat – ohne jemals das Licht der Öffentlichkeit zu erblicken.

Aus meiner Sicht relevante Entwicklungen im Bereich der Aufwindkraftwerke sind...

- das Kühlturmartige Power system von Steven K. Levine aus New York (US-Patent Nr. 3936652, beantragt 1974, erteilt 1976),

- das Aufwindkraftwerk von Robert E. Lucier aus Ontario, das bereits dieselbe Grundstruktur aufweist wie das später in Menzares umgesetzte System (s.u.). Das erst US-Patent beantragt Lucier 1975 (Nr. 4275309), sein letztes wird ihm 1981 erteilt,

- das relativ einfach strukturierte und auf einem großen, flachen Solarkollektor beruhende Solar energy device von Elwood L. Newland aus Flint, Michigan (US-Patent Nr. 4033126, beantragt 1975, erteilt 1977),

- das Whirlwind power system der beiden Kalifornier Earl L. Carson und Donald W. Carson (US-Patent Nr. 4018543, beantragt 1975, erteilt 1977),

- die sehr aufwendige und mit einem umlaufenden Parabolspiegel ausgestattete Solar power plant von Ernest R. Drucker aus Ottawa (US-Patent Nr. 3979597, beantragt 1975, erteilt 1976),

- das Energy conversion system von Tony W. Butler Jr. aus Houston (US-Patent Nr. 4004427, beantragt 1975, erteilt 1977),

- die in vielen Varianten, darunter auch mit Solarreflektoren konzipierte Wind or water operated power plant von Nathan Cohen aus Great Neck, New York (US-Patent Nr. 4079264, beantragt 1976, erteilt 1978),

- das kuppelförmige Thermal air powered electric generator system von Merlin B. Christian aus Baytown, Texas (US-Patent Nr. 4118636, beantragt 1976, erteilt 1978),

- das Solar energy converting device von Charles S. Martin aus Albemarle, North Carolina (US-Patent Nr. 4096698, beantragt 1977, erteilt 1978),

- das Solar heat supplemented convection air stack with turbine blades von Jack Polyak aus Joliet, Illinois (US-Patent Nr. 4122675, beantragt 1977, erteilt 1978),

- die Solar thermal and wind energy power source von William H. Argo aus Oklahoma City (US-Patent Nr. 4224528, beantragt 1979, erteilt 1980),

- der Amplified wind turbine apparatus
von Leopold A. Hein aus Fayetteville, Tennessee, und William N. Myers aus Huntsville, Alabama (US-Patent Nr. 4309146, beantragt 1980, erteilt 1982),

- das sehr kompliziert wirkende Power generating system von Larry K. Campbell und William D. Farrier aus College Park, Georgia (US-Patent Nr. 4388533, beantragt 1981, erteilt 1983),

- das sowohl aufwärts wie abwärts gerichtete Wirbel nutzende System for the obtaining of energy by fluid flows resembling a natural cyclone or anti-cyclone von Zapata M. Valentin aus Madrid (US-Patent Nr. 4452046, beantragt 1981, erteilt 1984),

- die turmlose Wind and solar powered turbine der Kalifornier Ivan D. Wells, Jin L. Koh und Marvin Holmes (US-Patent Nr. 4433544, beantragt 1982, erteilt 1984),

- das Windmill power system von Edward A. Siegel aus Granby, Connecticut (US-Patent Nr. 4491740, beantragt 1982, erteilt 1985),

- das Hybrid solar-wind energy conversion system von Melvin Wortham aus Chicago (US-Patent Nr. 4779006, beantragt 1987, erteilt 1988), bei dem die Sonnenstrahlen per Reflektoren auf die zentrale Kollektorröhre gerichtet werden um den Kamineffekt in Gang zu bekommen,

- der Wind-driven power generator von Calvin C. Wight aus Lakewood, Ohio (US-Patent Nr. 4963761, beantragt 1989, erteilt 1990),

- die Solar venturi turbine von William R. Baird aus Sturgis, Kentucky (US-Patent Nr. 5381048, beantragt 1994, erteilt 1995),

- die Wind power machine von Ton A. Yea aus Taipei, Taiwan (US-Patent Nr. 5463257, beantragt 1995, erteilt 1995), bei welcher der Turm als sich drehender Vielblatt-Savonius gestaltet ist,

- oder auch der Column airflow power apparatus von Jerry W. Bohn aus Barrington, Illinois (US-Patent Nr. 6626636, beantragt 2001, erteilt 2003)

Zu bedenken gebe ich, daß es sich hierbei ausnahmslos um Patente aus den USA handelt – während gleichzeitig so gut wie sicher ist, daß ähnliche Ideen und Innovationen auch in anderen Ländern verfolgt worden sind.

Im Gegensatz zu vielen anderen Technologien wird diese aber auch umgesetzt. Ein wesentlicher Grund ist wohl, daß beim atmosphärenthermischen Aufwindkraftwerk (das auch ‚Thermikkraftwerk’ oder ‚Sonnenkamin’ genannt und oftmals dem Bereich der Sonnenenergie zugeordnet wird) drei physikalische Prinzipien miteinander kombiniert werden: der Treibhauseffekt, der Kaminzug und der Windantrieb.

Die einfallende Sonnenstrahlung erwärmt die Luft unter einem mit Glas oder Folie gedeckten Kollektordach, das sich kreisförmig um den in der Mitte stehenden Kamin ausbreitet. Die um 10° bis 20°C (andere Quellen sprechen von 15° bis 30°C) zusätzlich erwärmte Luft strömt zum Kamin und steigt in diesem auf. Verantwortlich dafür ist die Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und der aufgeheizten Luft unter dem Dach.

Solche Aufwindkraftwerke benötigen sehr große Flächen. Sie eignen sich deshalb besonders für Wüsten und ähnliches sonnenreiches Ödland. Ihr Wirkungsgrad erhöht sich mit der Höhe des Kamins, und zwar nicht geradlinig, sondern überproportional. Mit der Höhe des Kamins steigt nämlich die Temperatur- und Druckdifferenz zur Treibhausluft am Boden. Daraus resultiert wiederum ein zunehmendes Druckgefälle im Kamin, wodurch die erwärmte Luft angesaugt und in kinetische Energie, den Aufwind verwandelt wird. Windturbinen am unteren Ende des Kamins wandeln diesen Aufwind in elektrische Energie um. Doch trotz der frühen Beschäftung mit dieser Technik sind die theoretischen Grundlagen dafür erst im Jahr 2000 durch T. von Backstrom and A. Cannon erarbeitet und veröffentlicht worden.

Die neueren Forschungen an Aufwindkraftwerken werden in der Bundesrepublik Deutschland von dem Stuttgarter Prof. Jörg Schlaich, Mitglied der Ingenieursgemeinschaft Leonhardt & Andrä und Dozent an der TU Stuttgart, initiiert und vom BMFT unterstützt. Trotzdem hält sich die öffentliche Unterstützung in Grenzen, da es sich im Grunde um eine ‚Low-Tech’-Anlage handelt, die in Ländern der 3. Welt weitgehend mit lokalen Materialien und Arbeitskräften erstellt werden könnte. Ein Großteil der traditionellen Zulieferer von Kraftwerkskomponenten würden dabei leer ausgehen...

Nachdem das BMFT die Vorstudie bereits mit 200.000 DM unterstützt , werden anschließend rund 5 Mio. DM für die erste Pilotanlage bereitgestellt. Bereits 1980 entsteht eine 100 kW Versuchsanlage mit 200 m Höhe, 10 m Durchmesser und einem 45.000 Quadratmeter großen Glasdach (250 m Durchmesser – Höhe 1,85 cm, zur Mitte hin zunehmend) im spanischen Manzanares, etwa 150 km südlich von Madrid, die am 07.06.1982 ihren Betrieb aufnimmt. Der Wirkungsgrad wird mit 1 – 2 % angegeben, die innenliegende vierflügelige Windturbine hat einen Durchmesser von 10 m und der heiße Wind erreicht die Stärke 6 (= 12 m/s).

Die Anlage funktioniert bis 1989 zufriedenstellend und zeigt eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit, obwohl der Wirkungsgrad als ‚lausig’ bezeichnet wird. Doch auch die Vorteile des Systems werden deutlich: Die thermodynamische Trägheit des Aufwindkraftwerks und die Nutzung der Globalstrahlung ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb über den Tag und puffern selbst abrupte Angebotsschwankungen gut ab; auch bei bewölktem Himmel kann die Anlage bei verminderter Leistung durchgehend betrieben werden. Weil der Kollektorboden wie ein natürlicher Energiespeicher arbeitet, liefert das Kraftwerk auch bei Dunkelheit immerhin noch zwischen 5 und 15 % des Stroms. Der Boden wird mit der Zeit jedoch so hell, daß eine Bitumenschicht aufgespritzt werden muß. 1987 wird außerdem mit einer tiefschwarzen Folie experimentiert, die eine Temperaturerhöhung um etwa 7°C erbring, was eine Steigerung der Stromausbeute um rund 30 % bedeutet. Insgesamt erzielt die Anlage eine Durchschnittsleistung von rund 54 kW.

Bei einem Orkan im Februar 1989 stürzt die inzwischen von Rost geschwächte Kaminröhre jedoch um und beendet damit den Versuchsbetrieb. Allerdings war diese Versuchsanlage ursprünglich nur für einen zwei- bis dreijährigen Testbetrieb ausgelegt und hatte somit schon längst ihre Schuldigkeit getan. Das BMFT hatte rund 10 Mio. DM (andere Quellen sprechen von 16 Mio.) in diesen Versuch gesteckt, eine ergänzende Finanzierung, die das Projekt auf halber Streckte rettete, erfolgte durch die spanische ‚Union Electrica’.

Kurze Zeit später meldet Libyen Interesse an einer Zusammenarbeit, wird jedoch von den Bonner Beamten, die eine 50 % betragende Mitfinanzierung versprechen, als 'nicht adäquater Partner' abgelehnt (?!). Schlaich präsentiert seinerseits Planungen für ein 200 MW Großkraftwerk, das einen Kollektordurchmesser von 5 km sowie einen Kamin von 1.000 m Höhe und einem Durchmesser von 180 m haben soll. Die Gesamtkosten werden auf 1,34 Milliarden DM geschätzt.

1997 geht die Information durch die Presse, daß dieses 200 MW Kraftwerk in der Wüste des indischen Bundesstaates Rajastan gebaut werden soll, allerdings mit einem 6 - 7 km durchmessenden Dach. Um den Nachtbetrieb zu optimieren, sollen mit Wasserbefüllte Matten oder Schläuche tagsüber die Sonnenenergie speichern und in den Nachtstunden wieder abgeben. Der Auftrag geht an den Unternehmer Daya Senanayake aus Sri Lanka (Ceylinco Group), der bis 1999 mit dem Bau beginnen will. Problematisch gilt allerdings die Beschaffung des notwendigen Kredits von rund 1,3 Milliarden DM.

Auch die EXPO 2000 in Hannover soll ein 5 MW Aufwindkraftwerk der Firma Enercon erhalten, das mit 100 bis 200 m Höhe auch als Wahrzeichen dienen soll – leider fällt dieses Projekt späteren Sparmaßnahmen zum Opfer.

Planungen für Saudi-Arabien scheinen nie über das Stadium unverbindlicher Gespräche hinauszukommen. Dort soll es um 10 MW bis 100 MW Anlagen gehen, mit Abdeckungen von mehreren Quadratkilometern und Turmhöhen von 600 bis 800 m. Die Rotoren würden bei dieser Baugröße Durchmesser bis zu 100 m haben. Verhandlungen mit Ghana und Mexiko scheiterten ebenfalls.

Größere Chancen werden einem Projekt bei Buronga, 23 km nördlich des Städtchens Mildura eingeräumt, in der südwestlichen Ecke des australischen Bundesstaates New South Wales. In Tapio Station, einem früheren Umschlagplatz für Getreide und Rinder, soll das erste kommerzielle Aufwindkraftwerk der Welt Australiens Bilanz in Sachen Klimaschutz aufbessern.

Die Firma EnviroMission Ltd. in Melbourne – Lizenznehmer der Stuttgarter Firma Schlaich Bergermann und Partner – arbeitet seit 2001 an diesem Projekt und will ab 2008 mittels 32 Turbinen mit einer Leistung von insgesamt 200 MW elektrischen Strom produzieren, der die Stromversorgung von 200.000 Haushalten sichern soll.

Bei der Mildura-Anlage mit Stahlbetonturmröhre und Stahl/Glas-Luftsolarkollektor (alternativ mit Kunststoffeindeckung) wird es sich um den weltweit höchsten Ingenieurbau handeln. Statt einer großen Windturbine im Schacht selbst sollen hier 32 Rotoren mit jeweils 6,25 MW Leistung ringförmig um den Kamin installiert werden. Rund 30 km² Glas oder transparentes Plastik und 400.000 Kubikmeter Beton muß die Firma verbauen, um den 1.000 m hohen und 130 m durchmessenden Schlot (damit wäre dieses gigantische Bauwerk das höchste auf unseres Planeten) sowie die dazugehörige Dachkonstruktion – Durchmesser 6 bis 7 km – zu errichten. Die Anlage wird damit eine Grundfläche von bis zu 38 km² bedecken. Durch Auslegen von geschlossenen Wasserschläuchen unter dem Kollektordach wird ein kontinuierlicher 24-Stunden-Betrieb garantiert. Die Wasserschläuche geben die tagsüber gespeicherte Wärme in der Nacht wieder ab.

Auf bis zu 35°C über Umgebungstemperatur soll die Luft unter dem leicht zur Mitte ansteigenden Treibhausdach von der einstrahlenden Sonne aufgeheizt werden und mit bis zu 55 km/h (= Windstärke 7) im Kamin nach oben jagen. Beim dortigen Lufteintritt wird mit einer Temperatur von 70°C gerechnet. Nach 15 Jahren Amortisations-Laufzeit könnte das auf 80 Betriebsjahre ausgelegte Projekt zur Goldgrube für die Investoren werden. Zusätzlich erhofft sich das Unternehmen Einnahmen aus dem Tourismus und will die äußeren 500 m unter dem Treibhausdach an Gemüsebauern verpachten. EnviroMission schätzt die Kosten für das geplante Kraftwerk auf rund 400 Mio. €.

2004 wird am Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) ein animierter Clip über das Mildura-Projekt hergestellt, den man sich unbedingt einmal anschauen sollte!

Der australische Sydney Morning Herald meldet im Dezember 2005 allerdings, daß die Planungen inzwischen modifiziert wurden und der Turm statt 1.000 m nur noch 400 m hoch werden soll, um die Kosten auf 250 Mio. $ zu senken. Im Oktober 2006 verlautet dann, daß der Baubeginn nun Anfang 2007 in Tapio Station, dem neuen Errichtungsort, stattfinden soll.

Dem aktuellen Stand Anfang 2009 zufolge befindet sich das Mildura-Projekt weiterhin mit seinen ursprünglichen Abmessungen in Planung. Im April 2009 startet EnviroMission die erste Finanzierungsrunde, und ein Monat später wird in Phoenix, Arizona, die US-Tochterfirma EnviroMission (USA) Inc. gegründet, die anschließend unter dem Label SolarMission agiert.

Ich werde die weitere Entwicklung jedenfalls aufmerksam verfolgen und hier protokollieren...

Bereits 2001 wird eine kleinere Variante des Aufwindkraftwerks aus der Schweiz bekannt, das in Städten für eine zusätzliche, energie-autonome Luftzirkulation sorgen soll. Der Solar City Air Filtre (SCAF) könnte auf großen Plätzen oder Straßenrondells errichtet werden. Ein Funktionsmodell wird 2005 an der Technischen Universität von Lausanne vorgestellt, und 2006 wird die SCAF Project Association gegründet um Sponsoren für den Bau eines Prototyps zu suchen.

Tiefe Tagebaugruben wiederum wollen A. Di Bella von der Northeastern University und der Elektroingenieur Jonathan Gwiazda nutzen. Ihr ab 2001 entwickeltes Power Tube Projekt besteht aus der Integration eines Solarkonzentrators mit einem bzw. mehreren Aufwindkraftwerken. Statt jedoch teuren Hochbau zu betreiben, schlagen die Autoren in ihrem 2003 zum Patent angemeldeten Konzept vor, natürliche sowie von Menschen gemachte geologische Gegebenheiten zu nutzen.

Um den Rand der riesigen Gruben sollen Heliostate aufgestellt werden um den Wärmeeintrag zu steigern, durch den in den schräg nach oben gerichteten Röhren starke Aufwärtsströmungen entstehen. Als weitere Wärmequellen werden die Geothermalenergie oder die Abwärme von Müllverbrennungsanlagen aufgezählt. Eine Abbildung des Konzepts befindet sich im Kapitel über Sonnentürme (s.d.).

Eine Variante des solaren Aufwindkraftwerks in Pyramidenform stammt von der 1983 gegründeten MSC Power Corp. Ltd. aus Singapur, die sich seit 1997 auch mit erneuerbarer Energie beschäftigt. Die mit Solarpaneelen verstärkte multifunktionale Anlage soll bis 36 MW Strom erzeugen und gleichzeitig auch noch Wasser entsalzen. Eine 10 MW Pyramidenanlage wäre rund 45 m hoch und hätte eine Grundfläche von 2.500 m², inklusive der zugeschalteten Entsalzungsanlage.

Die Patentierung wird im April 2004 beantragt und die von privaten Investoren aus dem Nahen Osten und Asien finanzierte MSC plant die Errichtung einer 10 Mio. $ kostenden 5 MW Versuchsanlage in Puna nahe Mumbai, die im Juni 2006  in Betrieb gehen sollte – was sich vermutlich jedoch verzögert hat, da es keinerlei aktuellere Informationen über diese Projekt gibt.

Ende 2005 baut und testet das Ministry of Science and Technology in Botswana zwei Monate lang ein kleines Aufwindkraftwerk-Modell mit einem 22 m hohen Kamin von 2 m Durchmesser und einer Kollektorfläche von 160 m2.

Im Februar 2006 wird ein europäisches 40 MW Projekt unter dem Namen Ciudad Real Torre Solar bekannt. Der 750 m hohe Stahlbeton-Turm nahe dem spanischen Dorf Fresno Fuente auf halbem Wege zwischen Toledo und Ciudad Real soll eine Kollektorfläche von 250 Hektar bekommen und die Stromversorgung von 25.000 Haushalten sichern. Das Projekt wird von dem Ingenieurbüro Camp 3 in Zusammenarbeit mit der Universität von Castilla - La Mancha (UCLM) durchgeführt. Der Baubeginn des 240 Mio. € teuren Aufwindkraftwerks soll im Frühjahr 2007 sein, drei Jahre später könnte es in Betrieb gehen. Ein interessantes Detail am Rande: An der Spitze des Turmes soll ein Aussichtspunkt eingerichtet werden.

Im November 2007 schlägt Dr. Alan Williams unter dem Namen solar nozzle eine strömungstechnische Verbesserung bei Aufwindkraftwerken vor, bei welcher der Neigungswinkel der Kollektorfläche in Richtung auf den zentralen Kamin wesentlich stärker ausgeprägt ist.

Auch an der chinesischen University of Shanghai for Science and Technology beschäftigt man sich mit Aufwindkraftwerken, wie der Veröffentlichung ,Simulation Calculation on Solar Chimney Power Plant System (SCPPS)’ von 2007 zu entnehmen ist.

Im August 2008 wird der Plan bekannt, in Namibia für gut 900 Mio. $ ein 1.500 m hohes und 280 m durchmessendes 400 MW Aufwindkraftwerk zu errichten. Damit könnte der gesamte Elektrizitätsverbrauch der Hauptstadt Windhoek gedeckt werden. Immerhin scheint dort an 300 Tagen im Jahr die Sonne. Der Greentower soll aus Stahlbeton errichtet werden, den eine 37 km² große landwirtschaftlich genutzte Kollektorfläche umgibt. Der Nachtbetrieb wird durch die tagsüber erfolgende Wärmespeicherung in jenem Wasser gesichert, das nachts zur Bewässerung der Anbaupflanzen eingesetzt wird.

In das Projekt involviert sind der Initiator, der Physiker Wolf-Walter Stinnes aus Pretoria, das pan-afrikanische Patentverwertungsunternehmen Hahn & Hahn aus Hatfield sowie die südafrikanische Stellenbosch University. Stinnes hatte sich bis 2000 bereits mit einer Machbarkeitsstudie für eine ähnliche Anlage in der Kalahari-Wüste beschäftigt. Die Technologie sei damals allerdings noch nicht konkurrenzfähig gewesen.

Über den genauen Standort oder die Terminplanung ist bislang noch nichts Näheres bekannt. Die Namibische Regierung hat alledings zugesagt, die Hälfte der Gesamtkosten für eine aktuelle Machbarkeitsstudie von 780.000 $ zu übernehmen.

Ende 2008 stellt Michael Pesochinsky sein (bislang theoretisches) Konzept Superchimney vor. Ein derartiger Gigant von 5 km Höhe und mit 1 km Durchmesser soll etwa 330 GW (!) Strom erzeugen können – und aufgrund der Kondensation der oben austretenden Warmluft auch noch als Regenmaschine funktionieren.

Eine weitere Variante der Aufwindkraftwerke bildet der meerbasierte ‚MegaPower’-Turm, der von der niederländischen Energie- und Umweltbehörde Novem untersucht wird. Ich stelle ihn ausführlich unter den Meereskraftwerken vor (s.u. Temperaturgradient).

Interessant ist auch der Vorschlag von Christos Papageorgiou, der den Turm nicht aus Metallrohren oder gar Stahlbeton, sondern aus beweglichen ‚Leichter-als-Luft’-Strukturen gestalten möchte – daher der Name ‚Floating Solar Chimney’, der sich später zu ‚Solar Aero-Electric Power Plant’ (SAEPP) wandelt.

Der Kamin ist von heliumbefüllten Ringen umgeben, die ihm den nötigen Auftrieb verschaffen, während eine mit Druckluft gefüllte Trägerstruktur für seine Stabilität sorgt. Am Boden befindet sich eine blasebalgartige, flexible Kupplung, die dem Turm erlaubt, sich dem Wind anzupassen. Eine 100 MW Anlage mit einem beweglichen Kamin von 2 – 3 km Höhe und 50 – 85 m Durchmesser soll nur 35 – 70 Mio. € kosten. Der umgebende Kollektor würde einen Durchmesser von ebenfalls 2 – 3 km haben.

Ein ähnliches Konzept aus Leichtmaterialien stammt von Pierre Benhaiem, der uns schon bei den Darrieus-Rotoren begegnet ist und der sich mit Solarballonen beschäftigt.

Die ganz besonders eigene Beschreibung eines Aufwindkraftwerke findet sich in dem kuriosen Roman von Haruki Murakami ‚Hard-boiled Wonderland und das Ende der Welt’. Dort steigt regelmäßig alle drei Tage ein starker Wind aus den Tiefen der Erde hinauf und treibt dabei den Generator an, der die Stadt mit Strom versorgt...

Abwindkraftwerk

Diese Idee des downdraft energy tower geht ursprünglich auf den amerikanischen Physiker und Lockheed Aircraft Corp.-Mitarbeiter Phillip R. Carlson aus Pasadena im Jahr 1965 zurück, wobei das US-Patent erst 1974 durch das im kalifornischen Burbank ansässige Unternehmen beantragt wird. 1975 wird es unter der Nr. 3894393 und dem Titel Power generation through controlled convection (aeroelectric power generation) erteilt.

1993 wird das Konzept von dem israelischen Technion-Ingenieur Dan Zaslavsky aufgegriffen. Im Juni berichtet das Wall Street Journal von einer entsprechenden Anfrage beim israelischen Industrieministerium, das 5 Mio. $ für erste Forschungen zur Verfügung stellen soll. Anschließend soll eine 90 MW Pilotanlage für rund 25 Mio. $ die Modellrechnungen belegen. Diese, inzwischen als Sharav Sluice Energy Tower bezeichnete Anlage würde einem Turm von 1.000 m Höhe und einen Durchmesser von 400 m besitzen.

Das Prinzip ist einfach: Am Kopf des Turmes versprühen Düsen etwa drei Kubikmeter Meerwasser pro Sekunde. Das Wasser verdunstet, wobei die Luft abkühlt und in dem Schacht hinunterströmt. Am Boden sollen der Fallwind eine Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h erreichen und Turbinen antreiben.

Eine Anlage der genannten Größe würde 40 bis 80 Milliarden kWh Strom erzeugen. Allerdings geht etwa ein Drittel bis die Hälfte dieser Leistung für den Betrieb der Pumpen verloren, mit denen das zur Verdunstung notwendige Meerwasser in die Höhe gefördert werden muß. Weitere Probleme verursacht das im Wasser gelöste Salz – man rechnet mit rund 300 t Salz pro Stunde, die mit riesigen Förderanlagen weggeschafft werden müßten.

2002 beantragen Zaslavsky und seine Kollegen ein US-Patent, das sie 2003 auch erteilt bekommen (Nr. 6647717). Der komplizierte Name lautet: Renewable resource hydro/aero-power generation plant and method of generating hydro/aero-power. Anschließend werden an der Technischen Universität Haifa in einem fünfstöckigen Gebäude über 100 Versuche an Modellen von bis zu 21 m Höhe und 2 m Durchmessern durchgeführt.

Danach hört man erst Anfang 2008 wieder etwas über das Abwindkraftwerk: In der Presse wird gemeldet, daß ein amerikanischer Konzern das Zaslavsky-Patent, das inzwischen unter dem Namen Sharav-Tower bekannt wird, kaufen will.

Nach diesen zum Teil gigantischen Systemen zur Windkraftnutzung kommen wir abschließend zu neuartigen Designs und innovativen Rotorformen – sowie zu besonderen Standorten wie den Offshore-Windparks, wie sie zur Zeit überall am Entstehen sind...

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