DE19857172A1

DE19857172A1 - Spezialschiff zum Auslegen maritimer Solarfolien

Info

Publication number: DE19857172A1
Application number: DE19857172A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Volkrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2000-06-15

Abstract

Hochseetaugliches Spezialschiff zum Transport und zum Verlegen von photovoltaisch beschichteten maritimen Solarfolien, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Antriebe an Bord zwecks Gewährleistung der bei Folienverlegearbeiten notwendigen hohen Präzision mit intelligent über Sensoren und Elektronik gesteuerten Elektromotoren arbeiten, was neben den Antrieben für die Folientrommeln auch für den mit dem Propeller und der Ruderanlage integrierten Unterwasser-Elektromotor gilt, wobei die am und seitlich vom Heck des Verlegeschiffes angeordneten, mit Transportrollen ausgerüsteten Hebebühnen und Rutschen die Ränder von bereits im Wasser liegender und neu vom Schiff abgezogener Folien derart aufeinander legen, daß m. H. von Schweißen oder Verkleben ein mechanisch zuverlässiger Verbund eines großen auf dem Meerwasser schwimmenden Solarteppichs hergestellt wird.

Description

Maritime Solarfolien bestehen vornehmlich aus transparentem, elastischem Polye thylen und setzen sich aus drei miteinander verschweißten oder verklebten Folien zusammen: Die obere, meist aus dem Wasser ragende Deckfolie, die mittlere pho toaktiv beschichtete Trägerfolie und die ins Meerwasser eintauchende Bodenfolie. Ein Quadratkilometer einer solchen Folie kann bei Annahme eines relativ niedrigen Anlagenwirkungsgrades von 5% im Jahr etwa 0,1 Millionen kWh elektrische Energie aus Sonnenlicht produzieren. Um ein großes 1300-MW-Kernkraftwerk für die Be reitstellung von etwa 10 Mrd kWh im Jahr durch eine maritime Solaranlage zu erset zen, ist eine z. B. an der Nordküste des Mittelmeeres auf der Wasseroberfläche zu verlegender Folienteppich mit 100 km² Fläche z. B. in Form eines Quadrats mit 10 km Kantenlänge zu verlegen. Für diesen wichtigen Arbeitsgang sind speziell gestal tete neuartige Folienverlegeschiffe erforderlich. Zum besseren Verständnis der Be schreibung sei auf anliegende zeichnerische Darstellungen mit Fig. 1 bis 4 hin gewiesen.

Als eine für wirtschaftliche Verlegearbeiten optimale Größe hat sich eine Schiffslänge von etwa 250 m bei einer Breite von etwa 35 m erwiesen. Im Inneren des Schiffes lassen sich zehn große Rollen mit aufgewickelter Solarfolie von 30 m Breite unterbringen. Die Rollen mit 2 m Innen- und 20 m Außendurchmesser haben unter Vorgabe einer Dicke pro Lage von 3 mm (2,2 mm Solarfolien, 0,8 mm Luft und zwischenliegendes Antihaftmaterial) etwa 3000 Lagen und damit etwa 100 km Länge pro Rolle. Ein Schiff kann

10 × 100 km × 0,03 km = 30 km²

von der Land-Folienverladestation im Hafen bis zum Verlegeort in ein sonnenreiches und wenig sturmgefährdetes Meer transportieren. Ein solcher Folienteppich produziert im Jahr bei einem Wirkungsgrad von 5% aus der aufgestrahlten Sonnen energie ca. 3 Mrd kWh. Um ein 1300 MW-Kernkraftwerk mit einer Jahresproduktion von etwa 10 Mrd kWh abzulösen, müssen die Verlegeschiffe bis zu viermal vom Hafen zum Verlegeort und zurück fahren. Bei einer Verlegegeschwindigkeit von 5 km/Std. (Fußgängergeschwindigkeit) und einer angenommenen aktiven Tagesar beitszeit von 12 Stunden sind etwa 17 Tage zum Auslegen einer Folienladung erfor derlich. Wird unterstellt, daß das Beladen des Schiffes mit aufgewickelten, etwa je 60 Tonnen schweren Folienrollen, eine Hafenliegezeit von 1 Tag erfordert, für An- und Rückreise bei voller Fahrt des Schiffes 12 Tage zu veranschlagen sind, (Bsp. Fahrstrecke Hamburg-Genua) so erfordert ein einzelner Einsatz insgesamt etwa 30 Tage. Wird Werftliegezeit für Wartungsarbeiten hinzugerechnet, steht das Schiff im Jahr für etwa 10 Einsätze bereit.

Wir unterstellen, daß 5 Folienverlegeschiffe zum ständigen Einsatz in deutschen Häfen verfügbar sind, so daß Folienverlegearbeiten ohne Pausen auftragsgemäß abgewickelt werden können. Dann läßt sich der Ersatz eines 1300 MW-KKWs durch eine maritime Solarfolienanlage theoretisch binnen 55 Tagen abwickeln. Um die ge samte heutige Kapazität deutscher KKWs von 150 Mrd kWh/Jahr auf maritime Solar technik umzustellen, sind theoretisch etwa 825 Arbeitstage notwendig, was sich aber durch den gleichzeitigen parallelen Einsatz von zwei Verlegeschiffen halbieren läßt, so daß im Prinzip etwas mehr als zwei Jahre ausreichen, um die heutige KKW-Ka pazität vollwertig auf Solarstrom umzustellen. Der Engpaß bei der Verwirklichung ei nes solchen Zeitplanes dürfte nicht bei den maritimen Verlegearbeiten bestehen, sondern bei der Vorfertigung der benötigten großen Mengen von Solarfolien in Chemiebetrieben. Insbesondere bedarf es schnellerer und wirtschaftlicherer Verfah ren zur Beschichtung von Folien mit photaktivem Material als gegenwärtig bekannt. Sicher ist das möglich, aber bislang wurde noch nicht über bessere Verfahren für die hier genannten großen Mengen nachgedacht.

Unter Beachtung vorstehender kurzen Zeiten für die maritime Solarfolienverle gung ist es keine Utopie, nicht nur die KKWs, sondern bei allen der Stromerzeugung in Deutschland dienenden Kraftwerke auf maritime Solarenergie umzusteigen. Da der Anteil der Kernenergie bei uns etwa 30% beträgt, genügen etwa weitere 5,5 Jahre, um auch die zur Luftverschmutzung beitragenden und die fossilen Energie vorräte dezimierenden herkömmlichen Kraftwerke abzulösen. Bei einer Jahrespro duktion aller deutschen Kraftwerke von etwa 500 Mrd kWh fallen bei Vorgabe eines mittleren Preises von 0,20 DM/kWh im Jahr Einnahmen in Höhe von 100 Mrd DM an. Die Investitionen für die neuen maritimen Solaranlagen sollen hälftig durch Stromeinnahmen während einer etwa 20jährigen Lebensdauer gedeckt werden, d. h. die Investitionskosten sollen unter

20 Jahre × 100 Mrd DM × 0,5 = 1000 Mrd DM

bleiben. Brennstoffkosten gibt es bei der Sonnenenergie nicht. Unterstellen wir, daß der Bau und der Betrieb eines Folienverlegeschiffs während seiner 20jährigen Le bensdauer etwa 200 Millionen DM und somit bei 5 bereit gehaltenen Schiffen 1 Mil liarde DM kostet, liegt der Kostenanteil für die Verlegeschiffe bei 0,1%, ist also ver nachlässigbar gering. Daher sollte an einer hochwertigen Ausstattung solcher Schiffe nicht gespart werden.

Es ist keine Utopie, auf der Erde den gesamten Energiebedarf künftig mit Hilfe von maritimen Solaranlagen zu decken. In etwa 100 bis 200 Jahren besteht hierzu so oder so ein Zwang, da darin die fossilen Rohstoffvorräte, zuerst von Erdöl, dann von Erdgas und später als Kohle, erschöpft sind. Beginnen wir mit der Ablösung der Elektroenergiekraftwerke unserer Erde durch maritime Solaranlagen! Dazu werden für den Energiebedarf von 10 × 10 Mrd kWh/Jahr etwa 100.000 km² auf dem Meer wasser zu verlegender Solarfolien benötigt. Das hört sich viel an, ist jedoch nur 0.03% der Oberfläche unserer Weltmeere. Wir verhindern mit der maritimen Solar technik den Verbrauch von Festland für teuere landgestützte Solaranlagen und ma chen nebenbei unfruchtbares Land wie Wüsten m. H. von im Sommer anfallender Überschuß-Solarenergie durch Wandlung von Meer- in Trinkwasser fruchtbar. Soll vorgenannter Übergang von herkömmlichen Kraftwerken zur Stromerzeugung auf maritime Solaranlagen binnen etwa 50 Jahre weltweit gelingen, so reicht eine Flotte an Verlegeschiffen, die an verschiedenen Orten der Erde stationiert sind, von ledig lich etwa einem Dutzend Schiffen aus. Das ist verschwindend gering im Vergleich zur Größe der gegenwärtigen Handelsflotten.

Fig. 1 zeigt die Aufsicht auf ein Folienverlegeschiff mit z. B. 250 m Länge und 35 m Breite. In zehn Schächten sind zehn Folienrollen (1) hintereinander unterge bracht. Das Heck (2) ist ähnlich wie bei einem Fischfabrikschiff abklappbar. In Fig. 2 ist 3 die "Brücke" mit Räumen für die Steuerung des Schiffes einschließlich der Motoren für die Folientrommeln und die Anordnung am Heck zum Verlegen und Ver schweißen der Ränder von nebeneinander ausgelegter Folien. Darunter befinden sich die Mannschaftsräume. Das Schiff muß sehr präzise mit eigner Kraft auf Kurs gehalten werden. Dies erfolgt mit Hilfe des mit dem Propeller und Ruder integrierten Unterwasser-Elektromotors am Heck (4) und zusätzlichem Bugstrahler. Im Bug (5) ist auch das hochtourige Diesel- oder Gasturbinenaggregat installiert, das die Elek troenergie für das gesamte Schiff liefert. Die Trommelantriebe (6) sind mit der Schiffgsgeschwindigkeit synchronisiert. Auf Schienen längs des Schiffes wird ein über den Folienrollen laufendes Folienschneid- und Schweißgerät (7) beim Rollen wechsel ferngesteuert eingesetzt. Die Seitenwände und der Schiffsboden sind mit flutbaren Kammern (8) ausgestattet, um das Schiff trimmen zu können, z. B. wenn sich der Schwerpunkt im Zusammenhang mit dem Abspulen der Folienrollen ver schiebt oder das Schiff im Vergleich zu den bereits im Wasser schwimmenden Foli enteppich zu hoch aufschwimmt.

Fig. 3 und 4 zeigen die am Heck und seitlich davon angeordneten Einrichtun gen zum Nebeneinanderlegen von maritimen Solarfolien und zum Verschweißen aufeinanderliegender Folienränder. Am Heck ist eine ähnlich einer Rutsche gestal tete Bühne angebracht, auf der mit Unterstützung von synchron mit der Fahrge schwindigkeit des Schiffes laufenden, elektromotorisch angetriebenen Trommeln die von den Rollen abgespulte Folie ins Meer transportiert wird. Dabei sorgen die Rol len 9 dafür, daß die Folie leicht schräg gezogen wird, so daß sich der eine Rand mehrere Zentimeter über die bereits ins Meer ausgelegte Folie 10 schiebt. Sensoren überwachen den notwendigen Überlappungsfaktor und steuern die Rollen 9 und 11 zwecks Optimierung. Ab der Zone bei 11 bis zum Eintauchen der beiden Folien ins Meer erfolgt das Zusammenschweißen oder ggf. auch Kleben unter Zurhilfenahme von die Folien an ihren Überlappungszonen zusammenpressenden Walzen. Im Be darfsfall werden in die Schweißnaht zusätzlich Seile eingeschweißt, die von einer Seiltrommel im Inneren des Schiffes abgezogen werden. Diese eingeschweißten Seile dienen zur mechanischen Verstärkung des Folienteppichs und werden für Knotenpunkte für die den Solarteppich am Meeresboden befestigenden Ankertros sen genützt. Die am Heck seitlich befestigte und mit Rollen ausgestattete Folienhe bebühne kann bei voller Fahrt des Schiffes zwischen Hafen und Verlegeort seitlich hochgeklappt werden. Gleichermaßen kann die am Heck angeordnete Folienverle gebühne bei freier Fahrt eingezogen werden.

Claims

1. Hochseetaugliches Spezialschiff zum Transport und zum Verlegen von mit photo voltaischer Beschichtung ausgerüsteten maritimen Solarfolien, wobei die Folien von Transportrollen mit gleicher Geschwindigkeit wie die Relativgeschwindigkeit des Schiffes zum Meer abgezogen werden müssen, um sie sicher mit benachbarten, be reits auf dem Meer ausgelegten Folien verbinden zu können, dadurch gekennzeich net, daß die gesamte Energieversorgung des Spezialschiffes durch ein mit Diesel motor- oder Gasturbine angetriebenen Stromerzeuger und unter Abstimmung vom Propeller-Vortrieb mit der Abspulgeschwindigkeit der Folien durch sensor- und elektronisch gesteuerte Elektromotoren erfolgt.

2. Hochseetüchtiges Spezialschiff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung eines stufenlos fein einstellbaren Vorschubs ein mit dem Propel ler und dem Ruderblatt integrierter Unterwasser-Elektromotor und zusätzlich ein Bugstrahler eingesetzt wird.

3. Hochseetüchtiges Spezialschiff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Laderaum der maritimen Solarfolientrommeln ein auf Schienen rollendes, von der Brücke fernsteuerbares Schneide- und Folienschweißgerät angeordnet ist, das das Ende einer abgespulten Folienrolle mit dem Anfang der benachbarten, noch vollen Rolle verbindet und wobei auch die Stromleiterverbindungen zwischen den Solarkollektorzellen hergestellt und wasserdicht eingeschweißt werden.

4. Hochseetüchtiges Spezialschiff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Heck und seitlich vom Heck je eine ausklappbare Folienhebe- und Transport bühne angeordnet ist, wobei die Heckbühne des Schiffs unter Rollenunterstützung die vom Schiff gezogene Solarfolie seitlich leicht verschoben in Richtung Meeres oberfläche transportiert, wo die Folienkante über der mittels der seitlichen Hebe bühne unter Rollenhilfe aus dem Meer gehobene, bereits im Meer ausgelegte Foli enteppich zu liegen kommt und unter Anpressung beider Folienüberlappungen durch Schweißen oder Kleben mechanisch miteinander verbunden werden.

5. Hochseetüchtiges Spezialschiff gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim mechanischen Verbinden der maritimen Solarfolien in den überlappenden Teil beider Folien ein der mechanischen Stabilisierung und als Knotenpunkt für Anker trossen zum Festlegen des Solarteppichs über dem Meeresgrund dienendes Seil eingeschweißt oder geklebt wird.