Grundlastfähige Windkraft – mit „Abwärmewindrädern“ wäre es möglich

Grundlastfähige Windkraft – mit „Abwärmewindrädern“ wäre es möglich

Im Gegensatz zu anderen im alternativen Spektrum sehe ich durchaus eine große Zukunft für erneuerbare Erzeugersysteme. Lediglich nicht jetzt und nicht in Deutschland, sondern vor allem im sonnenreichen Ausland und im Zusammenhang mit Photovoltaik. Doch es gibt eine Ausnahme. Es geht dabei um eine Nischenanwendung für Windräder, die auch bei uns profitabel funktionieren würde, ohne dabei jemanden oder etwas zu stören.

 

Aufwindkraftwerke, was funktioniert und was nicht

 

Vor einigen Jahren gab es die Idee für sog. Aufwindkraftwerke. Das Konzept klang spannend, konnte sich jedoch nicht durchsetzen. Aufgrund der baulichen Herausforderung für einen mindestens 500m hohen Turm mit maximal großem Durchmesser würden die Investitionskosten jeden Rahmen sprengen, während Technikalternativen gleichzeitig immer günstiger werden. Selbst unter Verwendung der riesigen Braunkohlebrachen und deren Renaturierungsbudgets für derartige Kraftwerke, wie ich mir als Lösung überlegt hatte, käme man kaum bei einer Schwarzen Null heraus.

Doch die Grundidee dahinter ist nach wie vor stimmig. Dabei geht es um permanente Temperaturunterschiede, die dafür sorgen, dass ein Wind entsteht, der dann über Turbinen „abgeerntet“ wird. Beim Aufwindkraftwerk wäre der warme Teil unten an der Basis, wo über eine große Kollektorenfläche die Bodenluft aufgewärmt wird, um sie dann über den Turm abzuleiten.

Ganz oben im Turm ist es kühl, weshalb ein derartiges Kraftwerk auch sehr hoch sein müsste. Der Umfang ergibt sich aus der Ausbeute für die Windräder, die mit der Fläche überproportional steigt. Aufgrund dieser Notwendigkeiten ließe sich nicht alles streichen bei meiner Idee, aber doch einige der teuersten Komponenten, so dass am Ende ein wirtschaftlich tragfähiges Konzept herausspringen könnte.

 

Kraftwerksabwärme

 

Den Kern meines alternativen Aufwindkraftwerks bildet die Abwärme von fossilen Kraftwerden. Diese gibt es zuhauf – also noch – und zeigt sich in der Regel in Form von weißen Wolken, die aus den Kraftwerken aufsteigen. Die noch in diesen Wolken steckende Wärmeenergie würde sich perfekt eignen und es gibt wie gesagt mehr als genug davon.

Noch immer geht über die Hälfte der Bruttoleistung eines Kraftwerks in Form von Wärme verloren. Für das Kraftwerk Jänschwalde mit seiner Jahresproduktion von circa 20 TWh beispielsweise bedeutet es, dass noch einmal weit über 20 TWh an Wärme in die Umwelt abgegeben wird.

Zwar wird diese Niedertemperaturwärme teilweise für Fernwärmesysteme verwendet. Doch im Sommer ist das nur sehr wenig, während das Temperatur des Fernwärmewassers beim Rücklauf noch immer 50-60°C aufweisen. Das unterstreicht noch einmal, dass erheblich mehr Abwärme vorhanden ist, als benötigt wird, was auch von den vorhandenen Kühltürmen unterstrichen wird, da es diese nicht bräuchte, wenn sämtliche Abwärme vom Fernwärmenetz absorbiert würde.

 

Abwärmewindräder und ihre Leistung

 

Die nicht benötigte Abwärme aus den fossilen Kraftwerken ließe sich komplett umleiten in Aufwindkraftwerke. Die oben beschriebenen technischen Grenzen des Aufwindkonzepts könnten dabei größtenteils deswegen umgangen werden, weil so viel Wärme zur Verfügung steht, dass weder ein Kollektorenfeld zur Erhitzung der Bodenluft erforderlich ist, noch ein (allzu) hoher Turm benötigt wird, um einen ausreichenden Temperaturunterschied zu erzeugen.

Im Grunde genommen wäre es sogar denkbar, Windräder horizontal in bestehende Kraftwerkskühltürme einzubauen. Die Ausbeute würde vielleicht sogar ausreichen, um eine derartige Investition zu rechtfertigen, auch wenn der Aufbau kaum optimal wäre, da der Rotorendurchmesser ein bedeutender Faktor bei der Ausbeute darstellt.

Leider ist Berechnung der konkreten Leistung eines derartigen Abwärmewindrads ist nicht weniger komplex als für eine gewöhnliche Windkraftanlage. Daher werde ich darauf verzichten und mit Annahmen arbeiten. Es sei aber erwähnt, dass die Berechnung der optimalen Größe anders ausfallen muss, da die erwartete Windgeschwindigkeit dank der konstant zuströmenden Abwärme nur wenig schwankt. Die Anpassung an die unmittelbaren Gegebenheiten wäre deutlich besser möglich als bei konventionellen Anlagen, die Ausbeute entsprechend höher.

 

Die Preisleistung von Abwärmewindrädern

 

Für die Machbarkeit von Abwärmewindradanlagen insgesamt sind weniger die absoluten Werte zu Windgeschwindigkeit, Winddauer und Kosten relevant, sondern vielmehr die Preisleistung zwischen beidem.

Kleinwindkraftanlagen bis 100 KWp kosten alles inklusive durchschnittlich 5.000 Euro pro installierter Kilowattstunde. Bei größeren Anlagen kann mit 1.600 Euro pro Kilowattstunde gerechnet werden. Schreibt man diese auf 10 Jahre ab, dann bleiben pro Jahr 160-500 Euro als zu refinanzierende Kosten stehen. Der Einbezug von Zinsen bleibt außen vor, da diese aktuell ohnehin bei Null liegen, und auch signifikante Einsparungen zu erwarten sind, da die Windräder horizontal eingebaut werden und daher kein teurer Turm benötigt wird.

Die Dauer des Windes hängt ab von der Einsatzdauer des jeweiligen Kraftwerks. In Deutschland müssen Grundlastkraftwerke zwar immer öfters abgeschaltet werden, jedoch laufen sie noch immer deutlich mehr als die Hälfte der Zeit, was vor allem für Atomkraftwerke gilt. Erwartungsgemäß steht damit mindestens 5.000 Stunden pro Jahr Abwärme zur Verfügung, die sich in Wind umwandeln lässt.

Die Windgeschwindigkeit selbst muss unbekannt bleiben, da diese von der Wassertemperatur, der Lufttemperatur und dem Luftdruck abhängt. Näherungsweise wird angenommen, dass dauerhaft 75% der maximalen Windradleistung abgerufen werden kann.

Daraus ergibt sich für die jährliche Produktionsmenge 3.750 KWh (1 KWp x 5.000 Stunden x 75%) und den Mindestverkaufspreis eine Spanne zwischen 4,27 Cent und 13,33 Cent pro KWh (160 Euro / 3.750 KWh; 500 Euro / 3.750 KWh).

 

Fazit: Könnte sich eventuell lohnen, aber nur bei Großkraftwerken

 

Die Schätzung zeigt, dass Abwärmewindräder vor allem dann überlegenswert sind, wenn genug Abwärme vorhanden ist, um damit ein Windrad in industrieller Größe anzutreiben. Sie würden in diesem Fall den Effizienzgrad des eigentlichen Kraftwerks erhöhen. Der genaue Betrag wäre zwar verhältnismäßig klein, doch es wäre sehr wahrscheinlich dennoch profitabel.

Eine Umsetzung würde damit nicht nur in Deutschland realistisch, sondern auch in anderen Ländern ohne Ökosubventionen, wo grundlastfähige Großkraftwerke weiterhin rund um die Uhr im Betrieb sind und auch absehbar bleiben. Der Gewinn von Abwärmewindrädern könnte aufgrund der wesentlich höheren Auslastung sogar ähnlich hoch ausfallen wie in Deutschland unter EEG-Bedingungen.

Als große Frage bleibt natürlich, welche Größenordnung die Windrad haben könnten. Nimmt man hierfür an, dass letztlich nur 0,01% (1:10.000) der Abwärmeenergie aus der Fernwärme in Windstrom umgewandelt würde, dann kämen bei einem Kraftwerk der Größenordnung Jänschwalde eine Jahresproduktion von über 2 GWh heraus. Das ist eine imposant hohe Zahl, für die ein Windrad mit ungefähr 500KWp installiert werden müsste.

Unter Verwendung der obigen Zahlen ergäbe sich daraus eine Gesamtinvestition von 800.000 Euro, die sich auf jährlich 80.000 Euro verteilt. Der für einen profitablen Betrieb erforderliche Mindestverkaufspreis läge folglich bei 4 Cent pro KWh.

Auf Basis dieser Schätzungen lässt sich schließen, dass Abwärmewindräder als Geschäftsmodell tatsächlich funktionieren könnten.

Quelle Titelbild 1, 2

Bloggerei.de
Consent Management Platform von Real Cookie Banner