Eine Idee für die regenerative Energieerzeugung und mehr Wasser in der Atmosphäre.
Die Beobachtungen in den letzten Jahrzehnten intensiver Beobachtungen des Weltklimas führt zu folgenden grundlegenden Tendenzen:
Es sind zwei Sachverhalte die uns jetzt auch in Europa existenziell zu schaffen machen: Verdunstung und Dürre, neben weniger Langregenereignissen.
In Nordafrika und dem nahen Osten gibt es sehr trockene Gegenden mit den Problemen die sich daraus ergeben.
Durch die Abholzung, gerade in Brasilien, werden tropische Regenwälder zerstört. Dies wird zur Folge haben, das diese Gegenden versteppen und verdorren.
Mit der Erhöhung der Feuchtigkeit in der Luft kann Wasser über die Luftströmung über Land gebracht werden und dort die Verfügbarkeit von Wasser erhöhen - unter Inkaufnahme einer möglichen Verstärkung von Extremregenereignissen.
Regenzeit, Trockenzeit, feuchte Zonen, trockene Zonen - das Klimasystem der Erde wird von Luftzirkulationen aufgrund der Corioliskraft durch die Rotation der Erde getrieben wird. Diese Luftströmungen können als Transportmedium genutzt werden.
Wir nutzen die rund 80% solarer Restenergie die in der Photovoltaik als Wärme anfallen um
vor
unseren Küsten Meerwasser zu verdunsten und die feuchte Luft in die oberen Luftschichten
in
rund 1000m Höhe zu leiten.
Dort wird die feuchte Luft transportiert. Bei geschickter Wahl der Standorte an den
Küsten
können die vorherrschenden Luftströmungen genutzt werden um die Feuchte übers Land zu
transportieren.
Dort kann die Feuchtigkeit in der Nacht als Tau ausfallen oder die Wahrscheinlichkeit
von
Regen erhöhen.
Photovoltaik ist mittlerweile eine robuste etablierte Technik regenerativ Elektrizität bereit zu stellen. Mit einem aktuellen Modulwirkungsgrad von 18-24% bei monokristalline Modulen und 15-20% bei polykristalline Module wird rund 80% der eingehenden solaren Strahlung in Wärme gewandelt. Diese Abwärme muss abgeführt werden, da der Modulwirkungsgrad mit steigender Temperatur sinkt.
Ergänzend gibt es noch etwas Abwärme durch die Wandlungs- und Stromtransporttechnik, insbesondere der Wechselrichtung und Transformation. Die Wirkungsgrade liegen hier bei rund 98% unter Vollast, so das noch einmal rund 2% als Wärme anfallen.
Die Abwärme kann auf dem Meer auf zwei Arten genutzt werden:
Basierend auf dem Grundkonzept und den traditionellen Implementierungen eines Aufwindkraftwerks:
Die Vorteile sind: von der Windrichtung unabhängig, fixe Verankerung möglich. Konzept erweiterbar auf festen Bau mit Fundament im Meeresboden in flachen Küstengewässern.
In manchen Küstenregionen gibt es vorherrschende Windrichtungen bei mittleren Windstärken. Die Belastungen auf die Konstruktion kann durch eine aerodynamisch Gestaltung verringert werden.
Als Implementierungsdetail: es kann die Windkraft genutzt werden, z.B. der Staudruck durch die Anordnung des Einlasses oder durch Düsen, die einen Unterdruck im Bereich des Aufwind-Kamins erzeugen.
Für die Überschlagsrechnung wird die runde Konstruktion verwendet, aufgrund der einfacheren Geometrie.
| Außendurchmesser d des Systems | 1.000 m |
| Basisfläche A: | 785.400 m² |
| Basisdurchmesser dT Aufwind Turm | 170 m |
| Solare Nutzfläche AS: | 700.000 m² (ca.) |
| Modulwirkungsgrad η: | 20 % |
| solare Peak Absorptionsleistung P0: | 1000 W |
| elektrische Modulleistung PM: | 200 W |
| Wärmeleistung PW: | 800 W |
| solare Peak AbsorptionsleistungP0g: | 700 MW |
| elektrische ModulleistungPMg: | 140 MW |
| Wärmeleistung je m² PWg: | 560 MW |
| solare Wandlung E0: | 1400 GWh |
| elektrischer Rohertrag Ee: | 280 GWh |
| Wärmeeintrag Ew: | 1120 GWh |
| solare Wandlung E0d: | 3636 MWh |
| elektrischer Rohertrag Eed: | 727 MWh |
| Wärmeeintrag Ewd: | 2909 MWh |
Annahme: Die Konstruktion nutzt die Hälfte der Wärmeleistung für Verdunstung, die andere Hälfte zur Temperaturerhöhung und Aufwindnutzung, dann ergeben sich folgende Abschätzungen (0,675kWh/kg):
| mittlere Verdunstung: | 1964t/Tag oder 22,73 kg/s |
Die Verdunstung ist Abhängig von der relativen Feuchte der Luft an die die Restwärme abgeben werden muss. Ein Modell das Luftstrom, Temperatur und Verdunstung in Beziehung setzt und damit die Anforderungen an die Konstruktion definiert müsste entwickelt werden.
Für die Leistung fand ich keine einfachen Berechnungsmodelle, aber ein Wirkungsgrad von rund 25% scheint mir auch hier möglich.
Durch die Wärmespeicherung der Konstruktion und des Wassers, sowie der Temperaturdifferenz durch die Abkühlung in der Nacht kann der Aufwind ggf. als 24h Grundenergiebereitstellung gewertet werden. Genauere Aussagen kann ich da aber erst nach detaillierter Modellierung treffen.
Es ist zu erwarten, dass je höher die feuchte Luft getragen wird, desto weiträumiger die Verteilung ist, auch hier müssten Modelle eruiert oder entwickelt werden die das beschreiben. Im Bereich der Kühltürme gibt es entsprechende Entwicklungen.
Ervin Peters
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