DE19844659A1

DE19844659A1 - Solarthermisches Aufwindkraftwerk

Info

Publication number: DE19844659A1
Application number: DE19844659A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Hayduk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 1999-03-25

Description

Die Erfindung betrifft ein mit solarthermischer Energie betriebenes Auf windkraftwerk mit besonderer Ausgestaltung für den Einsatz an bestimmten Standorten, vorwiegend im Bereich der subtropischen Hitzegürtel der Erde

An Windkraftwerken, bei welchen nicht die atmosphärische Windbewegung, sondern ein mit Hilfe der Solarenergie direkt erzeugter Luftstrom zur Energiegewinnung genutzt wird, sind bisher lediglich sogenannte Auf windkraftwerke bekannt. Diese bestehen aus einer verglasten, zu den Seiten hin offenen Terrainüberdachung sowie aus einem mittig darin er richteten Kamin, in dessen Fuß eine Windturbine angebracht ist. Die Luft erwärmt sich konvektiv über dem von der Sonnenstrahlung aufgeheiz ten Boden, wobei im Kamin ein aufwärts gerichteter Luftstrom entsteht, welcher die Windturbine antreibt. Da die Zunahme des Luftdrucks nach unten in der warmen Luftsäule im Kamin geringer ist als in der kühle ren Außenluft, entsteht an der Kaminbasis eine Unterdruckzone, in wel che von den Seiten her ständig Außenluft einströmt. Dieser sogenannte "Kamineffekt" nimmt mit steigender Kaminhöhe an Intensität zu.

Durch die Verlegung großlumiger wassergefüllter Schläuche auf dem über dachten Terrain läßt sich ein Wärmespeicher schaffen, welcher die tags über aufgenommene Wärme nachts allmählich an die darüberstreichende Luft abgibt und so einen kontinuierlichen Kraftwerksbetrieb ermöglicht.

Als nachteilig bei herkömmlichen Aufwindkraftwerken ist der äußerst geringe Wirkungsgrad anzusehen, wie der Betrieb der bisher einzigen größeren Pilotanlage (errichtet in Manzanares, Spanien) zeigte:

Diese besaß eine Glasdachfläche von 45000 m² und einen 195 m hohen Ka min mit 10 m Durchmesser. Bei einer maximalen Differenz zwischen der Außentemperatur und der Temperatur am Kaminfuß von 17 K und einer ma ximalen Windgeschwindigkeit von 43 km/h im Kamin betrug die Turbinen leistung 50 kW. Dies entspricht einem Wirkungsgrad von 0,1%. In Anbe tracht der Erstellungskosten der Anlage von ca. 16 Mill. Mark muß die se Leistungsausbeute als verschwindend gering eingestuft werden.

Um höhere Windgeschwindigkeiten im Kamin und somit eine günstigere Ko sten-Nutzenrelation zu erreichen, wird derzeit die Errichtung von An lagen mit einer Glasdachfläche von annähernd 80 km² und 1000 m hohen Kaminen mit 170 m Durchmesser erwogen, welche bei einer Differenz zwi schen der Außentemperatur und der Temperatur am Kaminfuß von ca. 35 K und einer Windgeschwindigkeit im Kamin von etwa 58 km/h eine Turbinen leistung von 200 MW erwarten lassen. Dies entspräche einem Wirkungsgrad von 0,25%. Bei Anlagenkosten von wenigstens 1,3 Mrd. Mark lägen jedoch die kalkulierten Stromerzeugungskosten von 14 Pfennig pro Kilowattstunde immer noch erheblich über denjenigen moderner Kohlekraftwerke.

Kritiker derartiger Pläne verweisen nicht nur auf den äußerst geringen Wirkungsgrad und den enormen Flächenbedarf derartiger Kraftwerke, son dern auch auf den Einsturz des Stahlkamins der Pilotanlage in Manzana res infolge Stürmeinwirkung und äußern die Befürchtung, daß 1000 m hohe Kamine trotz Stahlbetonbauweise durch Stürme oder Erdbeben zum Einsturz gebracht werden könnten (vgl. "Der Spiegel" 46/1997, S. 222-223). Zudem dürfte die Reinigung derart großer Terrainüberdachungen von Staub belägen welche in der Regel in einem zwei- bis dreiwöchigen Abstand er folgen müßte und welche die Verwendung großer Wassermengen erfordert, er hebliche Probleme aufwerfen: Zum einen ist die Beschaffung größerer Was sermengen in niederschlagsarmen Regionen mit hohen Kosten verbunden, zum anderen summiert sich bereits eine lediglich 0,1 mm dünne Staubschicht auf einer Fläche von 80 km² zu einer Menge von 8000 m³, deren Abtransport insofern schwierig sein dürfte, als schwereres Räumgerät auf einem fragi len Glasdach nicht einsetzbar ist.

Um ferner auf einer Fläche von 80 km² einen Tageswärmespeicher in Form von großlumigen, wassergefüllten Schläuchen anlegen zu können, müßten we nigstens 80 Mill. m³ Wasser herbeigeschafft werden, was außerordentlich hohe Kosten verursachen würde. Darüberhinaus mußte das Wasser mit Sub stanzen versetzt werden, welche das Wachstum von Mikroben unterbinden, da diese sich in dem warmen Milieu stark vermehren würden und mit der Zeit das Schlauchmaterial zersetzen könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konzept für ein solarther misch betriebenes Aufwindkraftwerk vorzuschlagen, welches

1.) die Bereitstellung von Druckluft für den Turbinenantrieb ermöglicht, d. h. Windgeschwindigkeiten von wenigstens etwa 100 km/h erzielen läßt, bei größeren Anlagen sogar noch erheblich darüber,
2.) eine wesentlich effizientere Nutzung der einfallenden Sonnenstrah lung ermöglicht als bei herkömmlichen Aufwindkraftwerken,
3.) eine größtmögliche Sturm- und Erdbebensicherheit der Anlage gewähr leistet und daher Anlagenhöhen von erheblich über 1000 m zuläßt,
4.) die Schaffung eines Wärmespeichers auch ohne die Verwendung wasser gefüllter, großlumiger Schläuche ermöglicht,
5.) im Vergleich zu herkömmlichen Aufwindkraftwerken eine Senkung der Baukosten um ca. 50% erzielen läßt,
6.) Möglichkeiten für eine automatische, effiziente und kostengünstige Reinigung einer transparenten Terrainüberdachung von Staubbelägen schafft,
7.) einen wirtschaftlichen Betrieb bereits bei einer Fläche einer trans parenten Terrainüberdachung von weniger als 1 km² erlaubt,
8.) jegliche Umweltschäden sowie eine Lärmbelästigung von in der Nähe wohnenden Personen ausschließen läßt.
9.) neben der solarthermischen Energiegewinnung eine weitere Möglich keit zur effizienten Energieerzeugung bietet,

um im Ergebnis emissionsfrei gewonnene Energie zumindest ebenso kosten günstig wie in modernen Kohlekraftwerken bereitstellen zu können, bei besonders günstigen Standortbedingungen sogar kostengünstiger als in Wasserkraftwerken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine transparen te Überdachung 11 natürlichen Untergrundes, welche zur Gänze oder zumindest teilweise an einem sonnenseitig gelegenen Berghang 12 errichtet ist,. an ihrer Basis mit einem großflächigen Lufteinlaß 13 versehen ist, während an ihrer Spitze, d. h. unmittelbar oder zumindest möglichst nahe am Gip fel des betreffenden Berges, wenigstens ein vergleichsweise sehr englu miges Turbinengehäuse 14 als Luftauslaß 15 angeordnet ist (Fig. 1 und 2).

Nachstehend ist die Erfindung anhand einer zwei bevorzugte Ausführungs formen darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilperspektivische Frontalansicht eines solarthermisch be triebenen Aufwindkraftwerks,

Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht desselben-Kraftwerks, Fig. 3 eine perspektivische Seitenansicht des obersten Abschnitts einer Ausführungsform des Kraftwerks, bei welcher das Turbinen gehäuse 14 am oberen Rand eines zum Berggipfel führenden Schachts 18 im Inneren des Berges angeordnet ist

Fig. 4 eine perspektivische Seitenansicht einer Kraftwerksvariante, bei welcher der eine Schenke 1 einer transparenten Überdachung 11 an der Ostflanke eines in Nord-Südrichtung verlaufenden Höhenzu ges errichtet ist, der andere Schenkel 11' dagegen an dessen Westflanke

Hinsichtlich- der Funktionsfähigkeit solarthermisch betriebener Wind kraftwerke wird davon ausgegangen, daß eine transparente Terrainüber dachung nicht an jedem Standort notwendigerweise auf ebenem Untergrund d. h. in der Horizontalebene liegend, errichtet sein muß. Eine solche Anordnung wird lediglich bei relativ nahe am Äquator gelegenen Stand orten als zweckdienlich angesehen, an welchen die Sonnenstrahlen je nach Jahreszeit entweder aus südlicher oder aus nördlicher Richtung einfallen, weshalb es hier nachteilig wäre, eine transparente Terrain überdachung einem Nord- oder Südhang anliegend zu errichten, da sie zeitweise auf die sonnenabgewandte Seite der Erhebung zu liegen käme.

Mit zunehmender Entfernung vom Äquator, insbesondere distal der Wende kreise, ändern sich die Verhältnisse jedoch insofern, als auf der Nord hemisphäre die Südhänge und auf der Südhemisphäre die Nordhänge von Bergen ganzjährig sonnenseitig liegen und daher eine wesentlich gün stigere Einstrahlungsbilanz aufweisen als ebenes Terrain. Es wird da her vorgeschlagen, an solchen Standorten die transparente Überdachung 11 eines solarthermisch betriebenen Aufwindkraftwerks einem sonnenseitigen Berghang 12 oder einer Geländestufe anliegend zu errichten, um so die günstige Einstrahlungsbilanz nutzen zu können.

Um auch die Strahlungsabsorption und Wärmespeicherfähigkeit natürlichen Untergrundes optimieren zu können, wird vorgeschlagen, die Anordnung so zu treffen, daß aus Massivgestein bestehender Untergrund, auf welchem eine transparente Überdachung 11 errichtet ist, mit einer schwarzen Farbschicht versehen ist. Als besonders geeignet für diesen Zweck wird solches Farbmaterial angesehen, welches die Wärmeabstrahlung des Ge steins im Thermalinfrarotbereich verhindert. Dieser Effekt kann wahlwei se auch durch die Verwendung sogenannten Wärmeschutzglases für eine transparente Überdachung 11 erzielt oder verstärkt werden.

Die Luftführungsanordnung 16 (Fig. 2) ist hierbei so zu treffen, daß die Luft, welche durch den Lufteinlaß 13 unter eine transparente Überdachung 11 einströmt und sich konvektiv über dem von der Sonnenstrahlung auf etwa 80°C aufgeheizten Boden erwärmt und aufgrund ihres geringer werdenden spezifischen Gewichts nach oben steigt, nur durch ein Turbinengehäuse 14 bzw. den Luftauslaß 15 entweichen kann, da die transparente Über dachung 11 ansonsten allseitig, d. h. auch zu den Seiten hin, luftdicht, gestaltet ist.

Die Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und Außenluft bleibt hier bei in Höhe des unteren Drittels einer transparenten Überdachung 11 noch relativ gering, weshalb diese hier noch, zumindest bei kleineren Anlagen, als Foliendach ausgebildet sein könnte. Ab etwa dem mittleren Drittel empfiehlt sich eine Verglasung einer transparenten Überdachung 11 mit nach oben hin zunehmender Wandstärke, d. h. zunehmender Wärme- Isolierfähigkeit, da die Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und Außenluft an der Spitze solcher Anlagen, welche bis weit über die Null gradgrenze emporreichen, mehr als 100 K betragen kann. Eine nach oben hin zunehmende Wandstärke der Verglasung einer transparenten Oberda chung 11 wird auch aufgrund der Druckfestigkeit als sinnvoll erachtet, da parallel zur Zunahme der Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und Außenluft auch der Druckunterschied zunimmt.

Hinsichtlich der Druckverhältnisse sind insbesondere folgende drei Fak toren zu berücksichtigen:

Während der atmosphärische Luftdruck in Meereshöhe durchschnittlich 1013 mbar beträgt, werden in 2000 m Höhe nur noch 780 mbar gemessen und in 5000 m Höhe sogar nur noch 500 mbar.

Zweitens wird der Luftdruck im Bereich eines Berggipfels durch die atmo sphärische Windbewegung beeinflußt, und zwar durch den zumeist kräftig und stetig wehenden Höhenwind. Dieser wird bei jeder Windrichtung an ei nem Berggipfel aus seiner ursprünglich horizontalen Bewegungsrichtung in eine vertikal aufsteigende Bewegung gezwungen, weshalb über hö heren Berggipfeln erheblich niedrigere Luftdruckwerte gemessen werden als in gleicher Höhe in einiger Entfernung vom Gipfel, wobei der luft drucksenkende Effekt von der Windstärke abhängt
Drittens läßt sich der Innendruck der Luft unterhalb einer transparen ten Überdachung 11 durch die Wahl der lichten Weite eines Turbinenge häuses 14 regulieren: Je geringer dessen lichte Weite gewählt wird, de sto stärker staut sich die Luft unterhalb des obersten Abschnitts einer transparenten Überdachung 11 an, wobei die Dichte der solarthermisch gewonnenen Energie, auf ein höheres Niveau angehoben wird. Da im Bereich eines Turbinengehäuses 14 bzw. eines oberen Luftauslasses 15 keine Druck Differenz zwischen der Innen- und Außenluft herrschen kann, entweicht die Innenluft mit umso höherer Geschwindigkeit und entsprechend hohem Staudruck auf die Schaufeln einer Turbine 17 nach außen (Fig. 1 und 2).

Die im obersten Abschnitt eines in große Höhe reichenden erfindungsge mäßen Kraftwerks auftretenden Drücke und Windgeschwindigkeiten stellen hohe Anforderungen an das verwendete Material hinsichtlich der Festig keit und Schwingungs- bzw. Schalldämpfung. Es wird vorgeschlagen, die Anordnung so zu treffen, daß die aufsteigende Warmluft vom Oberrand ei ner transparenten Überdachung 11 über ein Stollensystem 18 in einen zum Berggipfel führenden, sich nach oben hin konusartig verjüngenden Schacht 19 eingeleitet wird, an dessen oberer Mündung, d. h. dem Luftauslaß 15, das Turbinengehäuse 14 angeordnet ist. Diese Maßnahme bezweckt zum einen eine optimal schwingungsdämpfende Verankerung eines Turbinengehäuses 14 in massivem Gestein, zum anderen gewährleistet sie eine größtmögliche Druckfestigkeit der Wandung eines Schachts 19 (Fig. 3).

Um die bei hohen Drehzahlen auftretenen Windturbinengeräusche von den talwärtigen Regionen bzw. dort befindlichen Ansiedelungen abschirmen zu können, wird vorgeschlagen, die Anordnung so zu treffen, daß das Turbi nengehäuse 14 am unteren Rand eines in den Berggipfel gegrabenen Trich ters 20 ins Freie mündet, welcher die Schallwellen nach oben lenkt und so ihre Ausbreitung nach unten und zu den Seiten hin eindämmt (Fig. 3).

Um Staubbeläge von der Glasoberfläche auf einfache Weise entfernen zu können, wird vorgeschlagen, die Anordnung so zu treffen, daß eine trans parente Überdachung 11 mit automatisch schwenkbaren Spritzdüsen 21 ver sehen ist, aus welchen bei Bedarf Warmwasser mit hohem Druck versprüht werden kann (Fig. 3). Es empfiehlt sich, die Oberfläche einer transpa renten Überdachung 11 so zu gestalten, daß das versprühte Spülwasser oder Regen- und Schmelzwasser nicht direkt in der Fallinie abläuft, sondern schräg nach unten bzw. zu den Seiten hin ablaufen kann. Wird das ablaufende Wasser über Sammelrinnen in einen oder mehrere Speicher 22 eingeleitet, so läßt es sich nach seiner Klärung erneut für Reini gungszwecke verwenden. Im allgemeinen wird die Zufuhr von Regen- oder Schmelzwasser für eine Vollfüllung und Vollhaltung eines Speichers 22 ausreichen.

Für die Errichtung der obersten Abschnitte einer transparenten Über dachung, insbesondere bei solchen Anlagen, welche in die Permafrost zone emporreichen, eignet sich insbesondere eine Rippe 23, d. h. eine - erhabene Partie eines Berghanges 12, welche aufgrund ihrer windexponier ten Lage ganzjährig schneefrei und somit auch lawinensicher ist (Fig. 2). Die Errichtung eines erfindungsgemäßen Kraftwerks wird ohnehin in aller Re gel während der warmen Jahreszeit erfolgen, also zu einer Zeit, in der im Bereich der subtropischen Hitzegürtel der Erde die Schneegrenze in sehr großer Höhe gelegen ist.

Obzwar die glatte Oberfläche einer transparenten Terrainüberdachung 11 kaum Angriffsflächen für den atmosphärischen Wind bietet, könnte ein hangab wärts wehender Sturm einen so starken Unterdruck an ihrer Oberfläche entstehen lassen, daß einzelne Glasscheiben zu Bruch gehen. Hierbei käme es zwar rasch zu einem Abbau des Unterdrucks, jedoch wäre die Be hebung derartiger Schäden mit beträchtlichen Kosten und einem zeitwei ligen Ausfall des Kraftwerks verbunden. Um derartige Schäden vermeiden zu können, wird vorgeschlagen, die Anordnung so zu treffen, daß ein Teil der Fenster einer transparenten Überdachung 11 als Ventilklappen 24 ausgebildet sind, welche sich bei grenzwertig hoher Materialbelastung von selbst öffnen und bei Nachlassen der Belastung wieder schließen (Fig. 3.).

Im Ergebnis lassen sich so folgende Vorteile erzielen:

1.) Bei einem erfindungsgemäßen Aufwindkraftwerk befindet sich ein Tur binengehäuse 14 im Gegensatz zu herkömmlichen Aufwindkraftwerken nicht in einem Bereich erniedrigten Luftdrucks, in welchem die Ener giedichte auf ein geringeres Niveau abgesenkt ist, sondern in einem Überdruckbereich, in welchem die Dichte der solarthermischen Ener gie auf ein wesentlich höheres Niveau angehoben werden kann. Die Verwendung von Druckluft für den Turbinenantrieb bietet vor allem insofern einen außerordentlich großen Vorteil, als die Leistung von Windturbinen mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zunimmt. Beträgt beispielsweise die Gesamthöhe eines erfindungsgemäßen Kraft werks 2000 m, so läßt sich mit Hilfe der solaren Energiezufuhr die Druckdifferenz zwischen der Basis und der Spitze der Anlage von etwa 230 mbar zu einem beträchtlichen Anteil nutzen. Bereits ein Staudruck der Luft von 8 mbar entspricht einer Windgeschwindigkeit von rund 130 km/h und ein solcher von 50 mbar sogar schon einer Windgeschwin digkeit von mehr als 300 km/h.
Der Wirkungsgrad erfindungsgemäßer Kraftwerke kann bereits bei einer Anlagenhöhe von 1000 m auf etwa 2% eingeschätzt werden, bei einer An lagenhöhe von 2000 m bereits auf rund 5% und übertrifft somit den Wirkungsgrad herkömmlich konzipierter Aufwindkraftwerke um ein Viel faches.
2.) Ein erfindungsgemäßes solarthermisch betriebenes Kraftwerk benötigt im Gegensatz zu herkömmlichen Aufwindkraftwerken keinen Kamin, wo durch sich die Baukosten erheblich reduzieren lassen.
3.) Während ein hoher, freistehender Kamin an seiner Basis bei stärkerer atmosphärischer Windbewegung beträchtlichen Hebelkräften ausgesetzt ist und daher nicht in beliebig große Höhe emporgezogen werden kann, bleiben die allenfalls wenige Meter hohen Stützen 25 (Fig. 2) einer hanganliegend errichteten transparenten Überdachung 11 von derart starken Hebelkräften verschont, weshalb die Gesamthöhe eines er findungsgemäßen Kraftwerks je nach der Terrainbeschaffenheit bis über 4000 m betragen kann, an einigen Standorten sogar bis 6000 m.
4.) Massiver Felsboden, aus welchem steilere Berghänge in der Regel be stehen, bietet im Gegensatz zu Lockergestein eine maximale Sicher heit gegen erdbebenbedingte Bodendeformationen oder Hangrutschungen, welche eine transparente Überdachung 11. bereits bei einer relativ geringen Bebenmagnitude zerstören könnten.
5.) Massivgestein besitzt eine erheblich bessere Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeicherkapazität als Lockergestein. Sofern seine Oberfläche mit einer schwarzen Farbschicht versehen ist und seine Wärmeabstrah lung im Infrarotbereich auf die beschriebene Weise verhindert wird, vermag die eingestrahlte Solarwärme tagsüber tief in den Untergrund vorzudringen, da nur ein Teil der Wärme an die über die Gesteins oberfläche streichende Luft abgegeben wird. Es entsteht daher bereits während der Kraftwerkserrichtung ein tief in das Gestein reichender Wärmespeicher, welcher nicht nur für den Nachtbetrieb, sondern sogar während einer mehrtägigen Schlechtwetterperiode genügend Wärmeener gie für einen kontinuierlichen Kraftwerksbetrieb liefern kann. Die Schaffung eines Wärmespeicher läßt sich somit auch ohne die Verle gung großlumiger wassergefüllter Schläuche bewerkstelligen, wodurch sich ebenfalls beträchtliche Kosten einsparen lassen.
6.) Steilere Berghänge mit aus Massivgestein bestehendem Untergrund sind keineswegs eine unabdingbare Voraussetzung für die Errichtung bzw. den Betrieb erfindungsgemäßer Kraftwerke. In Regionen zwischen den Wendekreisen der Sonne und etwa dem 18. nördlichen oder südli chen Breitengrad weisen nämlich Berghänge mit einem relativ gerin gen Neigungswinkel im Jahresdurchschnitt aus besagten Gründen eine wesentlich günstigere solare Einstrahlungsbilanz auf als Hänge mit einem steileren Neigungswinkel. Auch an solchen Hängen wäre ein Be trieb erfindungsgemäßer Kraftwerke zur kostengünstigen Stromerzeu gung möglich. Daß Hänge mit einem geringeren Neigungswinkel in der Regel nicht aus Massiv-, sondern aus Lockergestein bestehen, ist in sofern nicht als nachteilig anzusehen, als an flachen Berghängen seismisch bedingte Hangrutschungen kaum vorkommen.
Lockergestein besitzt zwar im Vergleich zu Massivgestein eine weit aus geringere Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeicherkapazität, wes halb es als Tageswärmespeicher nicht in Betracht kommt, jedoch läßt sich bei solchen Terrainbedingungen immer noch von der Möglichkeit Gebrauch machen, großlumige wassergefüllte Schläuche als Tageswärme speicher zu verwenden.
7.) Im Gegensatz zu herkömmlichen Aufwindkraftwerken, welche nicht ein mal bei einer Glasdachfläche von 80 km² und 1000 m hohen Kaminen eine ähnlich kostengünstige Stromerzeugung wie in modernen Kohle kraftwerken erlauben, ermöglicht ein erfindungsgemäßes, druckluft betriebenes Kraftwerk bereits bei einer Anlagenhöhe ab etwa 600m und einer transparenten Überdachung 11 ab etwa 150000 m² eine ebenso kostengünstige Stromerzeugung wie in Kohle- oder Kern kraftwerken. Ab einer Anlagenfläche von ca. 1 km² und einer Gesamt höhe von etwa 2000 m wird sogar eine kostengünstigere Stromerzeu gung als in Wasserkraftwerken als möglich erachtet.
8.) In den sonnenscheinbegünstigten Regionen der Erde findet sich eine Vielzahl von in Nord- Südrichtung verlaufenden Gebirgszügen, welche nur wenige exakt nach Süden oder Norden ausgerichtete, d. h. je nach Hemisphäre sonnenseitig liegende Berghänge aufweisen.
Es läßt sich bei in Nord- Südrichtung verlaufenden Höhenzügen je doch im Rahmen der Erfindung die Anordnung so treffen, daß sowohl am Osthang als auch am Westhang solcher Höhenzüge jeweils ein Schen kel einer transparenten Überdachung 11, 11' errichtet ist, - welcher im Gipfel- oder Gratbereich oder betreffenden Erhebung in ein gemeinsames Turbinengehäuse 14 mündet (Fig. 4). Eine solche An ordnung ermöglicht es, daß während des Vormittags der ostseitige Schenkel einer transparenten Überdachung 11 durch die Son nenstrahlung Wärme erhält, gegen Mittag sowohl der ost- als auch der westseitige Schenkel und nachmittags der westseitige Schenkel. Da sich die Luft über dem erwärmten Untergrund vorwiegend konvek tiv und nicht etwa direkt durch Strahlung erwärmt, vermag der ostseitig gelegene Schenkel einer transparenten Überdachung 11 zumindest bis zum Abend thermische Energie für den Kraftwerks betrieb zu liefern, während der westliche Schenkel in der Regel- bis nach Mitternacht Energie für den Kraftwerksbetrieb liefern kann. Bei einer solchen Kraftwerksvariante wird bei günstigen Standortbedingungen immer noch eine kostengünstigere Stromerzeu gung als in Kohle- oder Kernkraftwerken möglich sein.
9.) An einem sonnenseitig gelegenen Berghang errichtete transparente Überdachungen 11 eines erfindungsgemäßen Kraftwerks lassen dank des günstigen Einfallwinkels der Sonnenstrahlung eine solarvoltaische Energiegewinnung zu, ohne daß hierbei tagsüber die solar thermische Energieausbeute nennenswert gemindert würde. Für diesen Zweck eignet sich insbesondere solches Glas, welchem eine dün ne Halbleiterschicht aufgedampft ist. Der Wirkungsgrad derartiger Solarkraftwerke liegt derzeit bei 5 bis 8%. Bei einer Fläche einer erfindungsgemäß hanganliegenden Terrainüberdachung von beispiels weise 1 km² erbringt dies tagsüber eine Energieausbeute von 50 bis 80 MW. Besonders hoch ist hierbei die Energieausbeute in größeren Höhen, da die Intensität der Sonnenstrahlung hier weitaus höher als in den Niederungen ist.
Sofern für die oberen Abschnitte einer transparenten Überda chung 11 eines erfindungsgemäßen Kraftwerks doppelwandiges Isolier glas verwendet wird, eignet sich insbesondere die Oberseite der unteren Glasscheiben für eine derartige zusätzliche Energiegewin nung, da diese keinerlei Windschliff ausgesetzt ist und somit op timale Bedingungen für eine dauerhafte solarvoltaische Energie gewinnung bietet.
10.) Sonnenseitig gelegene Berghänge in subtropischen, sonnenscheinbe günstigten und entsprechend niederschlagsarmen Regionen sind im allgemeinen sehr vegetationsarm oder sogar gänzlich vegetations frei, dies insbesondere bei felsigem Untergrund mit weitgehend ho mogener Oberfläche. Derartige Areale sind weder land- noch forst wirtschaftlich nutzbar und stellen in aller Regel auch keine schüt zenswerten Biotope dar. Ihre Überbauung mit erfindungsgemäßen Kraftwerksanlagen kann daher aus ökologischer Sicht volle Akzep tanz finden. Zu berücksichtigen ist zudem, daß eine transpa rente Überdachung 11 stets nur einen relativ kleinen Teil eines Berges überdeckt und ihre in die Permafrostregion hinaufreichenden Partien ohnehin praktisch außerhalb der Biosphäre liegen.
11.) Die Anzahl der für die Errichtung erfindungsgemäß konzipierter Kraft werke geeigneten Standorte, welche mit vertretbaren Kosten an vor handene Stromleitungen oder Stromverbundnetze angeschlossen werden können, kann weltweit als so groß eingeschätzt werden, daß ihre Ge samtleistung in etwa 10% jener Leistung entspräche, die derzeit mit Hilfe von Kohlekraftwerken erzielt wird. Es ließe sich somit eine Reihe veralteter Kohlekraftwerke stillegen und durch den Einsatz erfindungsgemäßer Kraftwerke eine Senkung der CO₂-Emissionen in einer Größenordnung von etwa 5% erzielen.
12.) Der Betrieb erfindungsgemäßer Kraftwerke ermöglicht nicht nur ei ne äußerst kostengünstige Stromerzeugung und somit eine hohe Ren dite investierten Kapitals, sondern berechtigt auch zum Verkauf von Emissionsrechten, welcher als Klimaschutzmaßnahme bereits in naher Zukunft auf nationaler und internationaler Ebene zugelassen sein wird.

Claims

1. Solarthermisches Aufwindkraftwerk mit

- einem tiefliegenden Lufteinlaß,
- einem hochliegenden Luftauslaß,
- einer Lufteinlaß und Luftauslaß verbindenden Luftführungsanordnung,
- einer transparenten Überdachung des natürlichen Untergrundes, die Teil der Luftführungsanordnung ist, und
- einer Stromerzeugungsturbine in der Luftführungsanordnung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungsanordnung entlang eines Berghanges angeordnet ist.

2. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungsanordnung am Berghang entlang dessen Fallinie angeordnet ist.

3. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Berghanges als Teil der Luftführungsanordnung verwendet wird.

4. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Berghang im Bereich der Luftführungsanordnung aus massivem Gestein besteht.

5. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im unteren Bereich der Luftführungsanordnung wenigstens deren Oberseite mit der transparenten Überdachung ausgestattet ist.

6. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß am tiefsten Punkt des Berghanges angeordnet ist.

7. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Überdachung in der dem Berghang vorgelagerten Ebene angeordnet ist und der Lufteinlaß an dem dem Fuß des Berghanges gegenüberliegenden Ende der transparenten Überdachung angeordnet ist.

8. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftauslaß möglichst nahe am Gipfel des Berghanges angeordnet ist.

9. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Luftführungsanordnung, insbesondere deren oberstes Drittel, im Inneren des Berges angeordnet ist.

10. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Überdachung vom Lufteinlaß über die gesamte Länge des an der Oberfläche des Berghanges verlaufenden Luftführungsanordnung erstreckt.

11. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil des natürlichen Untergrundes, der Teil der Luftführungsanordnung ist, zur Verbesserung der Wärmespeicherung mit einer schwarzen Oberfläche ausgestattet ist.

12. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Überdachung wenigstens teilweise nach außen zu öffnen ist.

13. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungsanordnung, insbesondere deren transparenter Teil, wenigstens im oberen Bereich, insbesondere von unten nach oben entlang der Führungsanordnung zunehmend, isoliert ist.

14. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als transparente Überdachung sogenanntes Isolierglas, also zwei durch eine Gaszwischenschicht beabstandete Glasscheiben, verwendet werden.

15. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Überdachung wenigstens teilweise, insbesondere auf der Oberfläche der tieferliegenden Glasplatte des Isolierglases, fotovoltaisch beschichtet ist zur fotovoltaischen Stromgewinnung.

16. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftführungsanordnung entlang einer entlang des Gleithanges von oben nach unten verlaufenden vorstehenden Rippe des Berghanges angeordnet ist.

17. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufwindkraftwerk mehrere, insbesondere zwei Luftführungsanordnungen aufweist, die an ein und demselben Turbinengehäuse, insbesondere ein und derselben Turbine, münden.

18. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aufwindkraftwerk mit zwei Luftführungsanordnungen diese an zwei gegenüberliegenden Berghängen desselben Berges angeordnet sind, insbesondere dem Osthang und Westhang eines Berges.

19. Solarthermisches Aufwindkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Überdachung im Querschnitt betrachtet möglich steil stehende seitliche Flanken ohne mittige quer verlaufende Verbindungsfläche aufweist zur Begünstigung des seitlichen Abrutschens von Staub und anderen Verschmutzungen.

20. Solarthermisches Aufwindkraftwerk mit

- einem tiefliegenden Lufteinlaß,
- einem hochliegenden Luftauslaß,
- einer Lufteinlaß und Luftauslaß verbindenden Luftführungsanordnung,
- einer transparenten Überdachung des natürlichen Untergrundes, die Teil der Luftführungsanordnung ist, und
- einer Stromerzeugungsturbine in der Luftführungsanordnung,

insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromerzeugende Turbine im oberen Bereich, insbesondere nahe des höchsten Punktes der Luftführungsanordnung, positioniert ist.