AufwindkraftwerkIn einem Thermikkraftwerk, auch Aufwindkraftwerk genannt, wird Luft von der Sonne erwärmt und steigt in einem Kamin auf. Eine oder mehrere Turbinen erzeugen aus dieser künstlichen Luftströmung elektrischen Strom. Das erste Thermikkraftwerk wurde 1931 von dem Autor Hanns Günther in seinem Buch "In Hundert Jahren" beschrieben. Ein halbes Jahrhundert später entwickelte Professor Dr. Ing. Jörg Schlaich aus Stuttgart sein Aufwindkraftwerk und baute im Mai 1982 mit Unterstützung des deutschen Bundesforschungsministeriums in Manzanares (Spanien) eine erste Versuchsanlage mit einer Leistung von 50 bis 100 Kilowatt. Das Kraftwerk arbeitete über mehrere Jahre hinweg einwandfrei und hatte damit die bis dahin oft angezweifelte technische Realisierbarkeit einer solchen Anlage bewiesen. FunktionsprinzipDie Funktionsweise ist sehr einfach. Die Sonne scheint durch ein großes Glasdach (Kollektor) und heizt die Luft am Boden 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, der mit Hilfe von Turbinen in Strom umgewandelt wird. Wasserschläuche auf dem Boden der Anlage speichern tagsüber einen Teil der Wärme und geben diese nachts wieder ab, so wird rund um die Uhr Strom produziert. Abgesehen von der Intensität der Sonnenstrahlung hängt die Leistung eines solchen Elektrizitätswerks von zwei Faktoren ab, von der Kollektorfläche und der Kaminhöhe. Je größer die überdachte Fläche ist, desto mehr Luft wird erwärmt und desto schneller steigt die Luft im Kamin auf (bei gleichbleibendem Kamindurchmesser), und je höher der Kamin ist, desto größer ist der Druckunterschied zum Boden und desto schneller steigt die Luft im Kamin auf. Daher führen sowohl eine Vergrößerung der Kollektorfläche als auch der Kaminhöhe zu einer größeren Leistung der Anlage. Die Versuchsanlage in Manzanares hatte einen Kollektordurchmesser von 244 m und eine Kaminhöhe von 195 m, damit erreichte sie eine Leistung von 50 kW. Ein Aufwindkraftwerk mit einer Leistung von 200 MW benötigt einen Kollektor von 8 km Durchmesser und einen 1000 m hohen Kamin. Thermikkraftwerke versuchen die durch die Sonne erzeugte Thermik (genauer die in der Thermik enthaltene kinetische Energie der Luft) in elektrische Energie umzuwandeln. Allgemein wird in der Natur die eingestrahlte Energie jedoch nur zu einem geringen Anteil in Thermik umgesetzt. Der Grund liegt im relativ zu anderen thermischen Kraftwerken geringen Druckgradienten, der den Luftstrom antreibt. Thermikkraftwerken gelingt es diese Energie im Kamin zu bündeln und zu nutzen. Die Energie des Luftstromes selbst ist nach dem Betzschen Gesetz nur zu maximal 59,3% nutzbar. Daher und weil lediglich der Thermikanteil der Sonnenenergie genutzt wird, bleibt der auf die von der Sonne eingestrahlte Energie bezogene Wirkungsgrad entsprechend schlecht. Gleichzeitig findet die Umwandlung der Sonnenenergie in Thermik in der Natur stets in meteorologischen Längenmassstäben (km) statt. Entsprechend müssen auch Thermikkraftwerke sowohl im Dachradius als auch in der Kaminhöhe eine entsprechende Grössenordnung aufweisen. Dies hat den oben beschriebenen grossen Landschaftsverbrauch zur Folge. Es besteht die Möglichkeit auch nachts Energie zu erzeugen, da sich der Boden tagsüber ebenfalls 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. Dabei sinkt die Gesamtleistung ab, jedoch wird nachts im Allgemeinen auch weniger Strom als tagsüber verbraucht. Um diesen Effekt zu verstärken können auch thermische Speicherelemente, beispielsweise geschlossene wassergefüllte Behälter, die mehr Wärme als der Boden speichern können, unter dem Kollektor angebracht werden. Vor- und Nachteile eines ThermikkraftwerksVorteile:
Nachteile:
UmsetzungenDas erste kommerzielle Kraftwerk, das Thermikkraftwerk Buronga soll in Australien, nahe Mildura errichtet werden. Die Bauarbeiten sollten 2005 beginnen, die Inbetriebnahme soll 2008 erfolgen. Der Kamin wird 1000 m hoch und von einem 38 km² großen Kollektor umgeben sein. Die Maximalleistung beträgt 200 MW. Es ist allerdings unsicher, ob der Betreiber Enviromission die nötige Finanzierung für den Bau erlangen kann. Mit einem Baubeginn 2005 ist daher nicht mehr zu rechnen. Weitere Anlagen sind in der Volksrepublik China und den USA geplant. Literatur
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