Solar Tower – Aufwindkraftwerk wird zweitgrößtes Gebäude der Welt

Schon das Sonnenwärmekraftwerk Ivanpah ISEGS in der Mojave-Wüste in den Vereinigten Staaten von Amerika ist ein beeindruckendes Bauwerk mit einer noch beeindruckenderen Technologie. Nun soll ein neues Solarkraftwerk, genauer ein Aufwindkraftwerk – Solar Tower in La Paz County, Arizona entstehen.

Der Solar Tower soll dabei eine Höhe von 800 Metern erreichen und wird damit das zweitgrößte Gebäude der Welt sein.

Solar Tower Arizona - Aufwindwärmekraftwerk
Solar Tower Arizona – Aufwindkraftwerk (Quelle: Screenshot YouTube-Video)

Elektrische Energie durch den Glashauseffekt

Der Solar Tower stammt vom australischen Unternehmen EnviroMission Ltd. und soll mit 200 MW Leistung insgesamt 100.000 Haushalte in Amerika mit Strom versorgen.

Er besteht aus einem 800 Meter hohen Kamin und einem am Boden befindlichen gläsernen Vordach (Kollektor), welches etwa 7 km im Durchmesser beträgt. Am unteren Eingang zum Kamin sorgen 32 Turbinen für die Stromerzeugung.

Durch die Sonneneinstrahlung wird die Luft und der Boden unter dem Vordach erwärmt – Treibhaus-/ Glashauseffekt. Hierdurch strömt die warme Luft in Richtung Kamin. Warme Luft hat eine geringere Dichte als die außenliegende Luft um das Aufwindkraftwerk. Somit entsteht eine Druckdifferenz, die den Kamineffekt bewirkt. Luft wird von außen angezogen und durch die Erwärmung in Richtung Kamin transportiert (Thermik).

Beim Solar Tower in Arizona findet im Bereich der Turbinen eine Druckumwandlung statt. Durch die 32 Turbinen und die Generatoren wird die mechanische Energie in elektrische umgewandelt.

Prinzip - Solar Tower - Aufwindwärmekraftwerk
Prinzip – Solar Tower – Aufwindkraftwerk (Quelle: Autor Cryonic07 / CC-Lizenz)

Einflussgrößen eines Aufwindkraftwerks sind vor allem

  • die Größe der Vordachfläche
    je größer, desto mehr Luft kann erwärmt werden
  • die Höhe des Kamins
    je höher, desto größer ist der nutzbare Druckunterschied

Die Technologie des Solar Tower ist nicht neu

Von 1982 – 1989 wurde in Manzanares, Spanien das erste Aufwindkraftwerk in Betrieb genommen. Der dortige Solar Tower wurde in Zusammenarbeit der spanischen Regierung und der deutschen Bauingenieure Schlaich + Partner umgesetzt.

Die Resultate waren, wie erwartet, positiv. Mit einer konstant erzeugten Leistung von ca. 50 kW erhielt man aus dem Versuchsprojekt wichtige Erkenntnisse für Weiterentwicklungen und größere Aufwindkraftwerke.

Die Versuchsanlage in Manzanares hatte einen Kollektorradius von 122 m und eine Kaminhöhe von 194,6 m. 1989 fiel sie leider eines mehrtägigen Sturmes zum Opfer.

Vor- und Nachteile eines Aufwindkraftwerks

Ein Aufwindkraftwerk ist natürlich vor allem von der Sonne abhängig. Also bietet es sich an, aride Zonen, in denen es sehr wenig regnet, als Standorte zu nutzen. Dies wären beispielsweise Wüstengebiete.

Laut EnviroMission sind die größten Nutzen des Solar Towers

  • keine Emissionen (jährlich können 900.000 t CO2 eingespart werden)
  • keine Verschmutzung der Umgebung (z.B. Feinstaub)
  • kein Wasserverbrauch
  • zuverlässige und nachhaltige Energieerzeugung
  • niedrige Betriebskosten
  • Erzeugung von Energie in der Nacht (da sich der Boden tagsüber aufwärmt und er nachts diese Wärmeenergie freigibt)

Im unten aufgeführten Video über den Solar Tower kann man sehen, dass das Projekt auch für Touristen genutzt werden soll. Dies bringt für die Region viel Potenzial mit sich, birgt aber auch wieder einige Risiken in sich.

Es gibt jedoch auch kritische Seiten, die man beim Bau eines Aufwindkraftwerks berücksichtigen muss. Diese sind hauptsächlich der enorme Flächenverbrauch und teilweise erforschte Umwelteinflüsse.

Um eine Anlage effizient nutzen zu können, benötigt man eine riesige Fläche für das Vordach sowie eine entsprechend große Kaminhöhe. Für eine bessere Flächennutzung wurden schon Tests mit Pflanzen unter dem Vordach gemacht. Jedoch kam man zum Ergebnis, dass diese Pflanzen sehr schnell verdorren. Aufgrund der Bewässerung, beginnt des Weiteren die Unterseite des Vordaches zu beschlagen. Dies führt zu Leistungseinbußen beim Erwärmen der für die Stromerzeugung nötige Luft.

Bei einem Prototypen wurden gehäuft Windhosen über dem Vordach beobachtet. Wie dies beim Solar Tower in Arizona aussehen könnte, kann man nicht vorhersagen.

Ein weiterer Aspekt, der kritisch betrachtet werden muss, ist die Verschmutzung des Vordaches aufgrund äußerer Einflüsse. Da der Wirkungsgrad hierdurch verringert wird, müsste Maßnahmen zur Säuberung ergriffen werden. Wie dies die Wartungskosten beeinflusst, ist nicht bekannt.

Fazit und Ausblick

Ein Aufwindkraftwerk als erneuerbare Energiequelle sollte also nicht unterschätzt werden. Energieerzeugung durch die Sonne wird in unserer Lebenszeit unerschöpflich bleiben. Auch wenn der solare Gesamtwirkungsgrad nur 0,5% beträgt, hoffe ich, dass das Projekt in Arizona nicht nur in der Planungsphase bleibt, sondern auch umgesetzt wird. Anscheinend soll der Solar Tower ungefähr 750 Mio Dollar kosten und Ende 2014 mit dem Bau begonnen werden.

In Arandis, Namibia solle eine ähnliche Anlage entstehen. Die Höhe des Kamins soll dort jedoch stolze 1500 Meter betragen. Mit 400 MW Nennleistung könnte der gesamte Strombedarf des Landes (ohne industrielle Großabnehmer) gedeckt werden. Jedoch steckt auch dieses Projekt noch in der Planungsphase fest.

Wie siehst du das Projekt Solar Tower? Hast du noch andere Vor- oder Nachteile, die ich hier noch nicht aufgeführt habe? Vielleicht hast du auch noch eine Lösung der besseren Flächennutzung parat? Ich freue mich auf deinen Kommentar.

Über Stefan Reinsprecht 148 Artikel

Hi, ich bin Stefan Reinsprecht, der Herausgeber von Netzkonstrukteur. Als Maschinenbauingenieur mit jahrelanger Erfahrung in der Konstruktion und Entwicklung interessiere ich mich sehr für technische Dinge. Hier erfährst Du Neuigkeiten, aber auch Grundlagen. Viel Spaß beim Lesen.
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2 Kommentare

  1. Hallo Stefan,
    das ist eine sehr interessante Sache.
    In meinen Augen kann man die Effektivität durch einen noch vernachlässigten Faktor erhöhen, und zwar über eine wesentliche Erhöhung der Temperaturdifferenz und somit der Druckdifferenz bzw. der Luftströmungsgeschwindigkeit und der Leistung insgesamt.
    Würde man mit Öl gefüllte „normale“ Solarkollektoren benutzen um die Solarenergie zu speichern, könnte man dieFlüssigkeit bis auf ca. 200 ° C aufheizen in einem Pufferspeicher unterhalb des Aufwindturmes speichern und Nachts über eine „Heizung“ freigeben. Dann könnte die Temperaturdifferenz bis zu 200° erhöht werden. (Inden Wüsten kannes ja auch Nachts sehr kalt werden.)
    So liefert dieses Kraftwerk nur nachts Strom; dafür aber mit einem sehr viel höheren Wirkungsgrad! (Ca. Faktor 8-10!) Tagsüber kann der Strombedarf über „normale“ Photovoltaikanlagen generiert werden.
    Ich würde gerne mit Ihnen darüber in einen Gedankenaustausch kommen.
    Ich bin Mühlenbautechniker und Solartechniker und interessiere mich sehr für erneuerbare Energien.
    Freundliche Grüße, Tobias

  2. @ Tobias Hanel: Coole Idee! aber bei einem Gesamtwirkungsgrad von 0,5% und Installationskosten von geschätzt 100 – 150€ /m² inkl. Skalierung bei herkömmlichen Thermokollektoren nicht finanzierbar! 35km² damit ausgelegt würden ~3,5 – 4 Mrd. € kosten! Der damit erzielbare Mehrgewinn an Strom würde die zusätzlichen Installationskosten nicht abdecken.

    Was mich interessiert ist warum man dieses AWKF nicht auch intensiv in die Meerwasserentsalzung einbindet?
    An der Basis entstehen im Turmeingangsbereich Temperaturen von 70° bis 100°. Damit könnte man mit etwas Zufeuerung oder mittels Kollektoren Meerwasser sehr einfach verdampfen und den Dampf anschließend an den Außenwänden des Turmes im oberen, kühleren Turmbereich kondensieren. Groß geschätzt würde das dem Gesamtsystem bei einem Wirkungsgrad von 0,5% und 35km² Fläche nur wenig Energie entziehen, die Kosten für die Meerwasserentsalzung schätze ich mal grob bei 1/5 der üblichen Kosten.

    Noch einfacher: Man leitet einen Teil der heißen Luft von der Innenseite an die Außenseite, kühlt die Luft herunter und gewinnt so ohne Zugabe von Energie über die Kondensation Wasser. Bei großen Kühlflächen und hoher Luftfeuchtigkeit (zb. Negev – Wüste) dürfte da einiges zusammenkommen.

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