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Wissenswertes über die Aufwindkraftwerk Funktionsweise

Frau und symbolische Darstellung eines Aufwindkraftwerkes

Ein Aufwindkraftwerk kann die Energie der Sonne nutzen, um Strom zu erzeugen: Durch die unendlich vorhandene Sonnenenergie entsteht in einer Anlage durch Solarthermie Wind und dieser treibt die Turbinen in dem Kraftwerk an. Wir erklären Ihnen in diesem Artikel genauer, wie die Aufwindkraftwerk Funktionsweise ist. Außerdem gehen wir auf den Wirkungsgrad, auf Vor- und Nachteile sowie auf vergangene und geplante Projekte ein.


Wie funktioniert ein Aufwindkraftwerk?

Papierflugzeug mit Person

Ein Aufwindkraftwerk (auch: Thermikkraftwerk) kann die unendlich verfügbare Solarthermie zur umweltfreundlichen Energieerzeugung nutzen. Das Aufwindkraftwerk ist – vereinfacht dargestellt – ein großes Glasdach in der Art eines Treibhauses mit einem angeschlossenen kaminartigen Turm. In diesem Turm oder Kamin befinden sich je nach Bauart an Generatoren gekoppelte Horizontalachsenturbinen oder Vertikalachsenturbinen.

Die Sonneneinstrahlung trifft auf einen Solarkollektor und der Boden der Fläche heizt sich auf. Durch die erzeugte Wärmeenergie wird wiederum die sich darüber befindende Luft erwärmt und durch den Temperaturunterschied zwischen der Luft im Solarkollektor und der Außenluft entsteht eine Druckdifferenz.

Warme Luft hat eine geringere Dichte als kalte Luft: Die erwärmte Luft steigt in den Kamin auf, wodurch ein Luftstrom entsteht, der die Turbinen antreibt. Die Turbinen geben ihr Drehmoment an Generatoren weiter, die auf diese Weise Strom erzeugen. Nachts – bzw. sobald die Sonne nicht mehr scheint – kann übrigens die restliche Bodenwärme weiterhin dazu dienen, zusätzlichen Strom zu erzeugen, auch wenn die Stromerzeugung geringer ausfällt.

Aufwindkraftwerke arbeiten emissionsfreiAufwindkraftwerke bedienen sich ausschließlich der erneuerbaren Energie in Form von Solarthermie und erzeugen vollkommen emissionsfrei Strom. Weder CO₂, noch andere Schadstoffe entstehen und im Gegensatz zu Photovoltaikanlagen kommen sie auch völlig ohne seltene Rohstoffe wie Indium oder Gallium aus!

Funktionsweise Aufwindkraftwerk
Funktionsweise eines Aufwindkraftwerks

Perfekte Voraussetzungen für ein Aufwindkraftwerk

Person sitzend mit blauen Zahnrädern

Damit ein Aufwindkraftwerk effizient arbeiten und ausreichend viel Strom produzieren kann, braucht es vor allem viel Sonne sowie viel Platz. Aufwindkraftwerke müssen entsprechend in sonnenreichen und großzügigen Gebieten gebaut werden (z.B. in Südeuropa, in Wüsten oder in Äquatornähe).

Auch in Bezug auf den Bau gilt es wichtige Punkte zu beachten: Die Kollektorparks müssen groß genug sein, um die hohe Lufterwärmung durch die Sonne zu gewährleisten. Außerdem muss der Turm ausreichend hoch sein, um die entstehenden Druckunterschiede bestmöglich zu nutzen. Zu welchen Problemen hohe Türme führen können, erfahren Sie übrigens im nächsten Kapitel.

Auch die Bodenbeschaffenheit hat Auswirkungen auf die Effizienz der Anlage. Während sich die Farbe des Bodens auf die solaren Einstrahlungswerte auswirkt, hat die Bodenbeschaffenheit auch Einfluss darauf, wie viel Energie im Boden gespeichert werden kann. Positiv ist, dass bei einer hohen Speicherfähigkeit Aufwindkraftwerke auch nachts noch Strom erzeugen können.

  • Voraussetzungen für ein Aufwindkraftwerk im Überblick
  • Viel Sonne
  • Viel Platz
  • Große Kollektorparks
  • Hoher Turm
  • Positive Bodenbeschaffenheit

Geschichte und Zukunft vom Aufwindkraftwerk

Blatt Papier mit Lupe

Die Stromerzeugung durch Aufwindkraftwerke kann einen wichtigen Teil zur Energiewende beitragen. Stand 2022 befinden sich großtechnische internationale Projekte jedoch erst in der Planung. Im Folgenden werfen wir einen Blick auf Projekte, die in der Vergangenheit durchgeführt wurden sowie auf geplante Bauvorhaben.

💡 Das einzig aktive Aufwindkraftwerk weltweit

Stadtskyline

Stand 2022 erzeugt auf der ganzen Welt nur ein einziges Aufwindkraftwerk tatsächlich Strom! Das 2010 in Betrieb genommene Aufwindkraftwerk befindet sich in China, nahe der Stadt Wuhai und es erreicht eine Leistung von etwa 200 Kilowatt. Die Anlage verfügt über einen nur 50 Meter hohen Turm, da höhere Türme sehr anfällig für Stürme und Erdbeben sind.

💡 Die Anfänge des Aufwindkraftwerkes

Bereits im Jahr 1903 arbeitete der spanische Oberst Isidoro Cabanyes an einem ersten Konzept zu einem sogenannten Sonnenkamin. Ende der 1970er-Jahre wurde dieses Konzept von Michael Simon aufgegriffen. Zusammen mit dem Stuttgarter Bauingenieur Jörg Schlaich entwarf er eine Pilotanlage: Im Jahr 1980 entsteht dann diese erste 100 Kilowatt produzierende Versuchsanlage mit einem fast 200 m hohen Turm, 10 m Durchmesser und einem 45.000 m² großen Glasdach in Manzanares, Spanien.

Im Juni 1982 nahm die Anlage ihren Betrieb auf. Der Wirkungsgrad dieser ersten Anlage betrug nur etwa 1 bis 2 % (zum Vergleich: Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von etwa 10 bis 20 %). Bis zu ihrem Einsturz nach einem Sturm im Jahr 1989 arbeitete die Testanlage in Spanien jedoch sehr zuverlässig und sie lieferte wichtige Erkenntnisse für zukünftige Projekte.

💡 Ein geplantes Aufwindkraftwerk: Der Solar Tower

gelber Blitz

In Zukunft soll ein neues Aufwindkraftwerk, der Solar Tower in La Paz County, Arizona gebaut werden. Geplant wird das Projekt von dem australischen Unternehmen EnviroMission Ltd. Die Anlage soll einen rund 800 m hohen Turm erhalten, der Kollektor soll einen Durchmesser von etwa 7 km betragen und 32 Turbinen sollen für die Stromerzeugung verantwortlich sein.

Der Solar Tower soll mit 200 Megawatt Leistung insgesamt 100.000 Haushalte in Amerika mit emissionsfrei hergestelltem Strom versorgen. Die Leistung des geplanten Aufwindkraftwerkes ist deutlich höher als die Leistung bisheriger Projekte. Das hat Gründe. Die Einflussgrößen eines Aufwindkraftwerkes sind nämlich vor allem:

  1. Die Größe der Vordachfläche: Es soll möglichst viel Luft durch den Treibhauseffekt erwärmt werden.
  2. Die Höhe des Turm: Die Höhe trägt zum Druckunterschied bei, der wichtig für die Stromerzeugung ist.

Aufwindkraftwerk Vor- und Nachteile

Person mit Waage

In der Theorie hört sich die Stromgewinnung durch ein Aufwindkraftwerk durchweg sehr positiv an, dennoch gibt es aktuell nur ein einziges funktionsfähiges Aufwindkraftwerk weltweit! Aus diesem Grund wollen wir an dieser Stelle die Aufwindkraftwerk Vor- und Nachteile etwas genauer betrachten.

Aufwindkraftwerk Vor- und Nachteile:

  • Keine Emissionen bei der Stromherstellung
  • Keine Verschmutzung der Umgebung (z.B. durch Feinstaub)
  • Kein Wasserverbrauch
  • Zuverlässige Stromerzeugung
  • Niedrige Betriebskosten der Anlage
  • Erzeugung von Strom auch in der Nacht: Der Boden wärmt sich tagsüber auf und gibt nachts Wärmeenergie frei.
  • Enormer Flächenverbrauch für den Bau der Anlage
  • Teilweise erforschte Umwelteinflüsse
  • Unbekannte Einflüsse der Verschmutzung des Vordaches
  • Abhängigkeit von der Sonne beeinflusst mögliche Standorte für ein Aufwindkraftwerk
  • Unbekannte Wartungskosten

Energiewende: Alternativen zum Aufwindkraftwerk

grüne Glühbirne

Im Rahmen der Energiewende soll Strom aus nachhaltigen Energieträgern produziert werden, um Emissionen zu reduzieren. Neben Aufwindkraftwerken werden bereits Solar- und Photovoltaikanlagen eingesetzt, um privat sowie gewerblich grünen Strom zu produzieren. Weitere Möglichkeiten der grünen Stromgewinnung sind z.B. die Nutzung von Wasserkraft oder Wind.

Im Zuge des geplanten Kohleausstieges und der steigenden Elektromobilität steigt der Strombedarf weiter an. Wichtiger denn je ist es also, zusätzliche umweltfreundliche sowie emissionsfreie Energiequellen zu nutzen, um Strom für unsere moderne Gesellschaft zu produzieren. Hilfreich sind neben Großprojekten auch z.B. die Photovoltaikanlagen und Balkonkraftwerke von sogenannten Prosumern (Produzenten und Verbrauchern von Strom).

Wenn auch Sie nachhaltig produzierten Strom zum Schutz der Umwelt beziehen wollen, aber keine eigene Solaranlage installieren wollen bzw. können, so haben Sie immer die Wahl zwischen vielen verschiedenen Ökostromanbietern sowie Ökostromtarifen. Bei Fragen können Sie sich gerne an die unabhängigen Energieexperten bei Energiemarie wenden, um sich beraten zu lassen.

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