DE102004038658A1

DE102004038658A1 - Kraftwerksanlage zur kombinierten Nutzung von Wind, Sonne und Biomassen

Info

Publication number: DE102004038658A1
Application number: DE102004038658A
Authority: DE
Inventors: Michael Schelowsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Die erneuerbaren Energiequellen Wind, Sonne und Biomassen werden bisher nur für sich genutzt, aber nicht einander ergänzend in einem Kombinationskraftwerk, das Strom 24 Stunden lang auch bei Windstille und fehlender Sonnestrahlung erzeugt. Dies wird mit der vorgeschlagenen Kraftwerksanlage möglich, indem über einer subterranen Kraftwerkshalle aerodynamisch geformte Speicherkörper im Wechsel mit Düsenräumen bodennahe Luftströme verdichten und mit Konvertersystemen Strom erzeugen höhere Windgeschwindigkeiten (nur aus der Hauptwindrichtung) mit aerodynamischen Bauformen zu erschließen, ermöglicht die ergänzende Raumnutzung zur Umwandlung von agrar- und forstwirtschaftlichen Biomassen zu Energiequellen (Biogas, Rapsöl, Holzpellets) für den Einsatz von Wärme-Kraft-Kopplungs-Anlagen zur Stromerzeugung rund um die Uhr, ergänzt durch Solarstrom aus Installationen auf der Dachfläche der Kraftwerksanlage. Bei einer Höhenbegrenzung auf max. 40 Meter bei gleicher oder höherer Energieausbeute erübrigen sich übliche Propellergeneratoren auf Hochmasten zur Beruhigung der Landschaft als Fortschritt im Umweltschutz. Mit Errichtung und Betrieb dieser dezentralen Kraftwerksanlagen im Agrarraum werden konjunkturunabhängige, neue Dauerarbeitsplätze geschaffen in einem jeweils lokalen, wirtschaftlichen Aufschwung.

Description

Die natürlichen, erneuerbaren Energiequellen Wind, Sonne und Biomassen aus der Agrar-und Forstwirtschaft werden bislang jeweils nur einzeln mit fortschreitender Perfektion genutzt. Dieser Stand der Technik kennt kein Verfahren zur gemeinsamen, einander ergänzenden Nutzung zum Zweck einer kontinuierlichen Stromerzeugung aus diesen drei Energiequellen über volle 24 Stunden, also auch bei Windstille und bei fehlender Sonnenstrahlung, wobei diese Fehlzeiten durch Einsatz von Biomasseenergie in einem gemeinsam dazu bestimmten Gebäude zu ergänzen wären.

Weder in der theoretisch beschreibenden Literatur noch in der realen Energiewirtschaft sind solche Kraftwerksanlagen zur kombinierten Nutzung erneuerbarer Energien bekannt. Erst mit der Fähigkeit, rund um die Uhr Strom zu erzeugen, wären sie im Prinzip gleichwertig mit Wasser- Fossil -und Atomkraftwerken. Erst mit dieser Fähigkeit könnten dezentrale, örtliche Kombinationskraftwerke aus erneuerbaren Energiequellen eine sozial-ökonomische Unabhängigkeit von den bislang Marktpreis und Konjunktur beherrschenden Energiekonzernen gewinnen für einen jeweils lokalen, wirtschaftlichen Aufschwung als konjunkturunabhängige Basiswirtschaft.

In diesem Sinn ist das Konzept zu einer Kraftwerksanlage darauf angelegt, sowohl mit der Errichtung wie mit dem ständigen Betrieb neue, lokale Dauerarbeitsplätze zu schaffen und durch Einkünfte aus dem lokalen Stromverbrauch zu erhalten. Für den freien Wettbewerb auf dem Energie- wie auch auf dem Arbeitsmarkt könnte damit ein neues, politisch mitgestaltendes Element entstehen.

Die hier vorgeschlagene Kraftwerksanlage beruht auf der bislang vernachlässigten Tatsache, dass die zur Windenergienutzung notwendige höhere Luftgeschwindigkeit nicht nur dadurch erreichbar ist, dass Propellerrotore auf Hochmasten in die Landschaft gestellt werden, sondern indem auch bodennähere Windströme durch aerodynamisch geformte Baukörper zu ähnlich höheren Strömungsgeschwindigkeiten verdichtet werden können nach der allgemeinen physikalischen Strömungslehre.

Dienen aerodynamisch geformte Baukörper mit ihren Zwischenräumen als Düsen ebenso der Erschliessung eines höheren Winddruckes – wenn auch unter Verzicht auf Schwenkbarkeit bei wechselnden Windrichtungen – so ergeben sich in der Beschränkung auf eine Hauptwindrichtung entsprechend umbaute Räume zur zusätzlichen Verwertung von land- und forstwirtschaftlicher Biomasse für eine ergänzende Stromerzeugung bei Windstille. Die bei einem solchen funktionalen Gebäude entstehenden Wand-und Dachflächen bieten sich weiterhin an für die Nutzung von Sonnenenergie. Damit bietet die Kraftwerksanlage die bauliche Voraussetzung zur Installation der verschiedenen Vorrichtungen nach dem Stand ihrer Technik für die kombinierte Nutzung von drei erneuerbaren Energiequellen.

Diesem Konzept entsprechend zeigt die 1 eine Seiteneinsicht in den Aufbau der Kraftwerksanlage mit den baulichen Funktionsteilen A bis D mit einem Horizontalschnitt a-a als 2 und einem Vertikalschnitt b-b als 3 – jeweils als Ausschnitte aus der Gesamtlänge eine Kraftwerksanlage.
Nach 1 befindet sich die durch die ganze Länge der Anlage reichende Kraftwerkshalle A unterhalb der Geländeoberfläche in flacher Hanglage, deren Verlängerung in die Düsenräume C einmündet. 1 zeigt einen Düsenraum C im Schnitt und zugleich die Seitenansicht eines aerodynamisch geformten Speicherkörpers B. Die Dachkonstruktion der Kraftwerksanlage besteht aus der Solarplattform D zwecks Installation von Solarzellen. In der Kraftwerkshalle A ist an zentraler Stelle eine Wärme-Kraft-Kopplungs-Anlage für die Stromerzeugung aus land- und forstwirtschaftlichen Biomassen wie z.B. Biogas, Rapsöl, Holzpellets vorgesehen.
2 als Horizontalschnitt a-a zeigt drei Speicherkörper B im Grundriss in der aerodynamischen Funktion der Strömungsverdichtung mittels einer Formgebung, die den so genannten „Göttinger Profilen" GP entspricht. Sie gewährleisten bei Flugzeugtragflächen eine Wirbel-und abrissfrei laminare Luftströmung – in vorliegender Anwendung, orientiert auf die Hauptwindrichtung lassen sich Schwankungen bis zu jeweils ca. 30 Grad erfassen. Je zwei gegenüber liegende Wandflächen der Speicherkörper B bilden somit die Düsenräume C mit verdichteter, beschleunigter Luftströmung. In diese werden Konverter K installiert, wobei unterschiedliche Systeme zu erproben sind; die sowohl mit Längsache wie mit Querachse drehen. Der umbaute Raum der Speicherkörper B dient zur Lagerhaltung von Biomassen wie auch zur Speicherung der daraus gewonnen Produkte (z.B. Methangas, Rapsöl, Holzpellets etc.) bis zur Verbrennung in der zentralen Wärme-Kraft-Kopplungs-Anlage in der Kraftwerkshalle A.
3 als Vertikalschnitt b-b zeigt im Ausschnitt die Kraftwerkshalle A in Längsausdehnung als Raum für die industriellen Prozesse der Umwandlung von Biomassen in WKK-gerechte Energieträger – ergänzt durch Stromzufuhr, die auf der Solarplattform D mittels dort installierbarer Solarzellen zu gewinnen sind. Die jeweils optimale Zuschaltung der wechselhaft verfügbaren, natürlichen Energiequellen soll digital durch Computereinsatz geregelt werden.
Je nach Anzahl der zum Kombinationskraftwerk vorgesehenen Speicherkörper B und Düsenräume C ergibt sich eine Gesamtlänge der Kraftswerkhalle A, die den Gedanen nahe legt, so gewonnene Energie unmittelbar mit hier angesiedelten (evtl.neuen) Gewerbebetrieben zu nutzen – zum eigenen, konjunktur-unabhängigen Strompreis.
Als Standorte für Kraftwerksanlagen bieten sich die schon vorhandenen Windparks in Agrargebieten an, indem zwischen den dort installierten Hochmasten mit Propellerturbinen Gebäudezeilen mit den Funktionselementen A bis D errichtet werden. Beschränkt sich die Bauhöhe auf die Wuchslänge der landschaftsüblichen Hochwälder (ca. 35–40 Meter) bei einer evtl.gleichen oder besseren Energieausbeute, dann erübrigen sich u.U. die bisher üblichen auf Hochmasten rotierenden Flügel der Windgeneratoren und als Fortschritt kehrt wieder natürliche Ruhe ein in die heimatliche Landschaft.

Claims

Kraftwerksanlage dadurch gekennzeichnet, dass der bauliche Gesamtkomplex aus vier Funktionsteilen besteht: Kraftwerkshalle (A), Speicherkörper (B), Düsenräume (C) und Solarplattform (D).
Kraftwerksanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Gesamtlänge der Anlage führende Kraftwerkshalle (A) unter dem Teil der Geländeoberfläche liegt, der den Düsenräumen (C) zugeordnet ist.
Kraftwerksanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass über der Kraftwerkshalle (A) eine Reihe von Speicherkörpern (B) angeordnet ist, deren Grundrissform durch die aerodynamische Konvexkurve der so genannten „Göttinger Profile" (GP = Flugzeugtragflächenprofile) gebildet wird.
Kraftwerksanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume zwischen den einzelnen Speicherkörpern (B) mit ihren aerodynamischen Aussenwandflächen strömungsverdichtende Düsenräume (C) bilden, in denen der Betrieb von Konvertern (K) unterschiedlicher Bauart vorgesehen ist.
Kraftwerksanlage nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine Solarplattform (D) zur Installation von Solarenergiemodulen die Reihe der Speicherkörper (B) und der Düsenräume (C) als gemeinsame Dachfläche überdeckt.