DE102004061838A1

DE102004061838A1 - Benzin-erzeugendes Drachenschiff

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Publication number: DE102004061838A1
Application number: DE102004061838A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-20

Abstract

Windkraft wird mit einem rechnergesteuerten Drachen in großer Höhe eingefangen und über ein Zugseil auf ein Schiff übertragen. Eine am Schiffskörper angebrachte Wasserturbine wird mit dem Schiff durch das Wasser gezogen. Die Fahrtströmung versetzt die Turbine in Drehung und ein angeschlossener Stromgenerator wandelt diese in elektrischen Strom. Der Strom wird direkt an Bord gewinnbringend genutzt, beispielsweise zur Umwandlung von Biomasse in Benzin.

Description

Windenergie wird üblicherweise mit Hilfe von Windrädern gewonnen, die auf hohen Türmen montiert sind. Es gibt Windräder mit horizontaler Achse, die nach dem Wind ausgerichtet werden müssen, und es gibt von der Windrichtung unabhängige Windräder mit vertikaler Achse. In jedem Fall ist man bestrebt, die Rotoren möglichst hoch anzubringen, da die Windgeschwindigkeit und infolge die erzielbare Leistung mit der Montagehöhe zunimmt. Gleichzeitig sollen die Rotoren aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine möglichst große Strömungsfläche abdecken.

Die Größe der Anlagen stellt hohe Anforderungen an die Festigkeit der Konstruktion. Sowohl die Rotorblätter wie auch der Turm müssen dem Verbiegen im Wind standhalten. Oft muss auch das Gewicht schwerer Bauteile wie Getriebe und Generatoren in großer Höhe getragen werden. Der Bau von Windkraftanlagen erfordert vergleichsweise große Mengen an hochwertigem Material. Die gewonnene Windenergie ist darum relativ teuer und lohnt sich nur an sehr windreichen Standorten.

Als besonders ergiebig erweisen sich Küstengebiete oder das Meer, weil sich hier nur wenige Hindernisse dem Wind entgegenstellen. Allerdings sind Windkraftanlagen an Küsten mit Fremdenverkehr und Fischfang nicht gerne gesehen. Das Aufstellen im Wasser verursacht zusätzliche Kosten, vor allem wenn das Wasser tief ist oder lange Anschlussleitungen zum Stromnetz benötigt werden.

Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbilligung der Windenergie.

Windkraft wird mit einem rechnergesteuerten Drachen in großer Höhe eingefangen und über ein Zugseil auf ein Schiff übertragen (1). Eine am Schiffskörper angebrachte Wasserturbine wird mit dem Schiff durch das Wasser gezogen. Die Fahrtströmung versetzt die Turbine in Drehung und ein angeschlossener Stromgenerator wandelt diese in elektrischen Strom. Der Strom wird direkt an Bord gewinnbringend genutzt, beispielsweise zur Umwandlung von Biomasse in Benzin.

Die Idee, Schiffe mit Zugdrachen anzutreiben, ist nicht neu. Vermutlich wurden auch schon Wasserturbinen zur Stromversorgung von Segelschiffen eingesetzt, etwa zur Beleuchtung, oder für Kühlanlagen. Segelschiffe wurden bislang jedoch immer als Transport- und Verkehrsmittel verwendet, zur Fischerei, zum Walfang, oder zu Vergnügungszwecken, aber noch nie als Plattform zur Bereitstellung billigen Windstroms für technische Prozesse.

Gegenüber herkömmlichen Segelschiffen oder Windkraftanlagen entfällt bei einem Drachen der teure Mast, da sich dieser durch aerodynamischen Auftrieb selbst trägt. Gleichzeitig kann der Drache sehr hoch aufsteigen und dort die wesentlich stärkeren Höhenwinde nutzen. Anders als ein Mast entfaltet er dabei keine kenternde Hebelwirkung. Während ein Mast Biegekräften widersteht, wird das Seil des Drachens allein auf Zug belastet, wofür deutlich weniger Material erforderlich ist. Konsequenterweise verzichtet man darum auch beim Drachen selbst auf starre Elemente und versteift ihn lieber durch Luftsäcke oder Luftkammern.

Den Wind mit einer Wasserturbine in Drehbewegung zu übersetzen anstatt mit einer Luftturbine hat große Vorteile. Wegen der deutlich höheren Dichte des Wassers kann die selbe Leistung im Wasser von einer viel kleineren Turbine erbracht werden als in Luft, bei gleichzeitig geringerer Strömungsgeschwindigkeit. Abgesehen von der Materialersparnis bei der Turbine bleibt vor allem die Schiffsgeschwindigkeit auch bei hoher Turbinenleistung niedrig, und mit ihr die Reibungsverluste des Schiffskörpers. Die Windgeschwindigkeit am Drachen wird durch die langsame Eigenbewegung des Schiffes kaum gemindert, die Zugleistung bleibt hoch. Ausschlaggebend ist jedoch, dass man eine Luftturbine mit Getriebe, Generator und Zuleitungen bei vergleichbarem Aufwand niemals auf die selbe Höhe und Größe bringen könnte wie einen Drachen.
Um eine ausreichende Manövrierfähigkeit des Schiffes zu gewährleisten, und auch um einen wirklich großen Zugdrachen verwenden zu können, benötigt das Schiff einen großen Kiel. Dieser ist am besten als sogenanntes Schwert ausgeführt, also einziehbar oder einklappbar, so kann das Schiff auch in flachen Hafengewässern fahren.
Da der erzeugte Windstrom bereits auf dem Schiff verbraucht wird, entfällt eine Stromleitung zum Festland und damit ein weiterer, wesentlicher Kostenpunkt abgelegener Windkraftanlagen. Auch eine Verankerung der Anlage auf dem Meeresboden muss nicht bezahlt werden. Stromproduktion auf hoher See entzieht sich steuerlichen und bürokratischen Hemmnissen. Auf dem Schiff ist Strom daher sehr billig und erlaubt die Durchführung technischer Prozesse, die bei Netzversorgung an Land zu teuer wären.
Lohnend wäre beispielsweise die relativ langsam ablaufende Umwandlung von Biomasse in flüssige Kohlenwasserstoffe. Hierzu sind bereits einige Verfahren bekannt. Bei hohem Druck, hoher Temperatur und reduzierender Umgebung werden die Kohlenstoffbindungen biologischer Makromoleküle aufgebrochen und mit Wasserstoff abgesättigt. Gleichzeitig werden Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor aus den Verbindungen entfernt, als Nebenprodukte entstehen Düngemittel. Der Biomasse könnten andere organische Stoffe beigemengt und auf diese Weise entsorgt werden, zum Beispiel Altgummi oder Kunststoffe. Die Verfahren benötigen viel Energie zum Zerkleinern der Biomasse, zum Heizen der Reaktoren, zum Betrieb von Pumpen und Destillationsanlagen, zum Herstellen reduzierender Bedingungen. Für letzteres bietet sich Wasserstoff an, der an Bord elektrolytisch durch Spaltung von Wasser erzeugt wird. Durch die endotherme Übertragung von Wasserstoff auf Biomasse würde ein Teil der gewonnenen Windenergie in chemischer Form gespeichert.
Elektrische Energie könnte man auch in Form von Wasserstoff speichern und ans Festland transportieren. Dort würde man den Wasserstoff mit Hilfe von Brennstoffzellen wieder zu Strom machen und in das öffentliche Stromnetz einspeisen.
Mancherorts wird zeitweise das Trinkwasser knapp. Mobile, windgetriebene Meerwasserentsalzungsanlagen könnten je nach Bedarf Wasser in verschiedenen Häfen abgeben. Mehrere Orte könnten sich eine solche Anlage teilen.
Auch andere technische Prozesse sind für die Durchführung auf windgetriebenen Plattformen geeignet, etwa die elektrolytischen Reinigung von Metallen, oder das Trennen von Luftgasen. Voraussetzung ist einerseits ein hoher Strombedarf, aber auch ein eine hinreichend lange Prozessdauer, für die sich das Verladen von Rohstoffen und Produkten lohnt. Ideal ist es, wenn als Rohstoffe Luft und Meerwasser genutzt werden. Auch eine gewisse Toleranz gegenüber windbedingten Leistungsschwankungen und Schiffsbewegungen ist erforderlich.
Das Bereitstellen von Windstrom auf einem Segelschiff könnte auch als Dienstleistung angeboten werden für Unternehmen, für die sich ein eigenes Schiff nicht auszahlt. Dazu würde man technische Prozesse in Containern abgepackt anliefern und an die Stromversorgung des Schiffes anschließen. Das lohnt sich vor allem dann, wenn der Kunde dadurch gleichzeitig Transport- und Lagerkosten einspart. Vorstellbar wäre zum Beispiel das langsame Brennen von Keramik während eines mehrtägigen Transports in gut isolierten Containern.
Mit der Verlagerung industrieller Produktion auf das Meer könnte man auf dem Festland den Verbrauch an kostbarem Grund und Boden eindämmen. In einigen Fällen dürfte ein Segelschiff sogar der bessere Standort für eine Fabrik sein als ein teures Grundstück in Hafennähe. Dies gilt vor allem dann, wenn neben dem Windstrom auch die Transportfunktion des Schiffes, sowie die wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen verschiedener Länder genutzt werden.

Claims

Plattform zur Bereitstellung billigen Windstroms für technische Prozesse, bestehend aus einem windgetriebenen Wasserfahrzeug, dessen Fahrtströmung mit Hilfe von mindestens einer im oder am Rumpf befindlichen Wasserturbine in elektrischen Strom umgewandelt wird. Der Strom wird mindestens einem an Bord installierten, technischen Prozess zugeführt.
Plattform zur Bereitstellung billigen Windstroms für technische Prozesse nach Patentanspruch 1, bei welcher die erzeugte Leistung zur chemischen Umwandlung von Biomasse verwendet wird, vorzugsweise in flüssige Kohlenwasserstoffe wie Benzin und andere Treibstoffe, und unter Verwendung von an Bord hergestelltem, elektrolytischem Wasserstoff.
Plattform zur Bereitstellung billigen Windstroms für technische Prozesse nach Patentanspruch 1, bei welcher die erzeugte Leistung zur Entsalzung von Meerwasser benutzt wird.
Plattform zur Bereitstellung billigen Windstroms für technische Prozesse nach Patentanspruch 1, bei welcher die erzeugte Leistung zur elektrolytischen Spaltung von Wasser benutzt wird, zur elektrolytischen Reinigung von Metallen, zum Trennen von Luftgasen, sowie für sonstige Reinigungs- und Darstellungsprozesse von Stoffen.
Plattform zur Bereitstellung billigen Windstroms für technische Prozesse nach Patentanspruch 1, bei welcher eine Vielzahl unterschiedlicher technischer Prozesse in Containern abgepackt ablaufen, die alle ihre Energie aus der bordeigenen Stromproduktion beziehen.