So funktioniert ein
HYDROSOLARKRAFTWERK®
Wenn wir es schaffen, ausreichende Flächen für Solarerntemaschinen und leistungsfähige Speicher für die Energieeinlagerung bereitzustellen, kann uns die Sonne mit einem Überangebot an sauberer Energie versorgen.
Die dafür erforderlichen Flächenanteile (für Speicher und PV-Anlagen) liegen im niedrigen einstelligen Prozentbereich unserer Landesfläche.
Ein solarangetriebenes und steigerungsfähiges Energiekreislaufsystem
Die Speicherung und Glättung der solaren Energie erfolgt möglichst am Ort der Erzeugung
Wie können wir mit Hilfe der Sonne Masse heben und bis zum Verbrauchszeitpunkt speichern?
Wie können wir leistungsfähige Systeme erzeugen und dabei Baukosten und Umwelteinwirkungen minimieren?
Denken Sie sich einmal in das kreislaufartige System hinein...
Immer wenn die Sonne scheint oder der Wind weht, werden möglichst große Wasserspeicher aufgeladen, die uns auch in Dunkelflautezeiten versorgen.
Bei einer Speicherung der stark volatilen solaren Energieformen in der Nähe der Produktion können der "Zappelstrom" geglättet und die Übertragungsnetze entlastet werden.
Mit der Bereitstellung leistungsfähiger Wasserspeicher zur Einlagerung erneuerbarer Energieformen reduzieren wir nicht nur den fossilen Energieverbrauch (aktiv), sondern passen uns auch an die Herausforderungen des Klimawandels (passiv) an.
Die Bevorratung von erneuerbarer Energie und von Wasser wird zur entscheidenden Zukunftsfrage.
Rezept zum Bau für ein HYDROSOLARKRAFTWERK®:
- Höhenunterschiede
- Speichervolumen
- Wasser (süß oder salzig) oder ein anderes umlaufendes Medium
- Solarernteeinrichtungen (Photovoltaik, Windkraft, Wasserkraft)
- Fall- und Steigleitungen
- Generatoren und Pumpen
- sonstige Infrastruktureinrichtungen (Bauten, Wasserschloss, E-Leitungen, Wandler...)
Dieses Rezept lässt sich bei Gebirgen unterschiedlicher Höhe, sonstigen Höhenunterschieden, Bauwerken u.ä. fast weltweit anwenden.
Denken Sie auch einmal an Inseln, Steil- oder Gebirgsküsten, Hochhäuser, Beschneiungsteiche...
Da die Kraftwerksformel eine einfache, lineare Gleichung ist, lassen sich eingelagerte Energiemengen bei geringerer Höhe auch mit mehr Speichervolumen kompensieren.
P = η x r x g x h x Q
P … Leistung [Watt]
η … Wirkungsgrad der Anlage [1]
r … Dichte des Transportmediums [kg/m³]
g … Erdbeschleunigung bzw. Fallbeschleunigung [9,81 m/s² auf der Erde]
h … nutzbarer Höhenunterschied [m]
Q … Massenstrom [m³/s]
Zum energetischen Ersatz fossiler Energieträger (ca. 200 TWh/a) würde eine Solarerntefläche (PV) von ca. 1.000 km² (Quadrat mit 31,6 km Seitenlänge) = 1,2 % der österreichischen Staatsfläche ausreichen (*).
Speicherseen (Ober- und Unterbecken) im schätzungsweise ähnlichem Flächenausmaß würden zusätzlich erforderlich werden.
*) Anm.:
Berechnet mit einem jahresdurchschnittlichen und nutzbarem Solareintrag von 200 kWh/m².a
(Rechnung: 200 x 10^9 kWh / 200 kWh.m² / 10^6 (m²/km²) =1.000 km²)
Solarangetrieben und steigerungsfähig
Bei ausreichend dimensionierter Systembauweise (insbes. Speicherseen) und weiterer Hinzuschaltung von Solarerntemaschinen (Photovoltaik, Windkraftanlagen) entstehen fortlaufende und nachträgliche Möglichkeiten der Arbeits- und Leistungssteigerung (Grundlast- und Spitzenlastabdeckung) im Kreislaufsystem.
Je mehr Energie zur Aufladung geerntet wird, desto kräftiger wird der energetische Umlauf. Die Leistung der Generatoren und die gewinnbare Energie können bis zu Volums- und Flächengrenzen direkt proportional mit der Solarerntefläche gesteigert werden.
Sanduhrprinzip
Das solarangetriebene Kreislaufsystem ist vergleichbar mit einer Sanduhr, die durch die fortlaufend vergrößerte Solarernte immer schneller und öfter gewendet werden kann.
Die Durchflussmenge kann mit Erhöhung der solaren Energiezufuhr (PV, Wind) durch die erhöhte Wendezahl vergrößert werden, was zu kürzeren Versorgungszeiträumen aber zu höherer Energie(rück)gewinnung führt. Die abrufbare Leistung des Kraftwerkes kann somit direkt über die Solarernte gesteuert werden.
Geschlossenes Umlaufsystem
Der Energiekreislauf zwischen Aufladung, Speicherung und Rückgewinnung erfolgt zur Schonung natürlicher Gewässer möglichst in geschlossener oder teilgeschlossener Systembauweise.
Wasser oder ein anderes geeignetes Übertragungsmedium sollte zur Systemfüllung in erreichbarer Nähe sein.
Eigenerzeugung von Aufladestrom
Es werden im Kreislaufsystem bevorzugt kurzwegige und leistungsfähige „eigene“ solare Ernteflächen und „eigene“ Netze (Wechsel- oder Gleichstrom) in räumlicher Nähe errichtet, die Marktabhängigkeiten (Zukauf von Fremdenergie) reduzieren.
Die Einlagerung von Fremdenergie ist weiterhin möglich.
Umweltschonende und langlebige Batterien
Es entstehen leistungsfähige, langlebige und umweltschonende Speicherbatterien, die auch für andere Zwecke (Erholung, Freizeit, Nutzwasserreserven, Fischerei...) genutzt werden können.
Kostenminimierung durch Synergien
Durch synergetische Einbeziehung von Bergbau, Abfallwirtschaft, Bauwirtschaft, Tourismus (z.B. Beschneiungsteiche) können Kosten und Umweltauswirkungen minimiert werden
Gewässerschonung
Durch die Art der geschlossenen oder teilgeschlossenen Kreislaufführung entfällt die Problematik der Verlandung von Speicherseen (Eintrag von Geschiebfrachten) nahezu vollständig.
Mit dem Verfahren bzw. System muss nicht mehr direkt in natürliche Gewässer eingegriffen werden.
Wasserbevorratung und Katastrophenschutz
Bei geeigneter Bauweise können zunehmend wichtige Einrichtungen zur Bevorratung von Trinkwasser und/oder Nutzwasser und zur Abwehr von Naturkatastrophen (Hochwässer, Dürren) geschaffen werden.
Glättung und Speicherung
Die Vergleichmäßigung und Speicherung stark volatiler Energieformen (PV, Windkraft, Wasserkraft) erfolgen über den „Umweg“ HYDROSOLARKRAFTWERK®.
Der obere Wasserspeicher wird variabel mit Solarenergie befüllt und liefert über diesen "Umweg" Strom in das Netz.
Der System-Umlaufwirkungsgrad liegt bei etwa 70% bis 80%.
Entlastung und Stabilisierung der Netze
Die (Teil-) Einlagerung des volatilen Solarstromes in große Pufferspeicher am Ort der Energieerzeugung entlastet und stabilisiert die überregionalen Versorgungsnetze und ist der wichtige Schlüssel für eine Dunkelflauteversorgung und für eine Blackoutsicherung.
Rotierende Massen (Generatoren mit ausreichender Schwungmasse, Windräder mit der Trägheit der rotierenden Blätter) wirken zudem netzstabilisierend.
Verfahrenstechnische Merkmale
Ein HYDROSOLARKRAFTWERK® nutzt im Wechsel zwischen Energieernte und -speicherung bevorzugt geschlossene und umweltschonende Systemkreisläufe.
Ohnehin erforderliche Wirtschaftszweige (Bergbau, Abfallwirtschaft, Bauwesen, Tourismus) werden mittel- und langfristig synergetisch, kostenmindernd und vorteilhaft in das System eingebunden. Es sollen aber auch geeignete Standorte gefunden werden, die rasch entwickelt werden können.
Das solarangetriebene Kreislaufsystem HYDROSOLARKRAFTWERK® gleicht einem Pumpspeicherkraftwerk und besteht aus folgenden Hauptkomponenten:
- Oberbecken und Unterbecken
- Kraftwerk und Pumpwerk
- Leitungen für Wasser und Strom
- Solarernteeinrichtungen (insbesondere Photovoltaikflächen, Windräder, Wasserkraft) bevorzugt in räumlicher Nähe
Folgende Merkmale bzw. Unterschiede sind bedeutsam:
- Der Energiekreislauf erfolgt zur Schonung natürlicher Gewässer möglichst in geschlossener oder teilgeschlossener Systembauweise, woraus - alleine schon aus dem Spannungsfeld der gesellschaftlichen Akzeptanz betrachtet - vielfältige und zusätzliche Standortmöglichkeiten entstehen.
- Es werden im Kreislaufsystem kurzwegige und leistungsfähige „eigene“ solare Ernteflächen und Netze in räumlicher Nähe errichtet, die die Wiederaufladung der Speicher ggfs. (technisch noch zu klären) direkt über Gleichstrommotoren (ohne Wandlung DC/AC) ermöglichen („das Ladegerät soll nahe am Speicher stehen und ein kurzes Verbindungskabel haben!“).
- Es entstehen leistungsfähige, langlebige und umweltschonende Speicherbatterien, die bei ausreichend dimensionierter Bauweise und regionaler Verteilung die herausfordernden Zielsetzungen der Speicherung, Dunkelflauteversorgung und Blackoutsicherung unterstützen können.
- Die Einlagerung von „fremder“ Überschussenergie in das System ist über das Netz weiterhin möglich. Ebenso ist eine direkte Energieabfuhr über die Solarernteflächen und über Umformer (DC/AC) möglich.
- Möglichkeiten einer zunehmenden energetischen Eigenversorgung und einer Reduktion der Abhängigkeiten von externer Energiezufuhr werden sichtbar.
- Die Vergleichmäßigung und Speicherung stark volatiler Energieformen (PV, Windkraft, Wasserkraft) erfolgen über den „Umweg“ HYDROSOLARKRAFTWERK® möglichst am Ort der Produktion.
- Die (Teil-) Einlagerung des volatilen Solarstromes in große Pufferspeicher am Ort der Energieerzeugung entlastet und stabilisiert die überregionalen Versorgungsnetze.
- Durch synergetische Einbeziehung von Bergbau, Abfallwirtschaft, Bauwirtschaft, Tourismus (z.B. Beschneiungsteiche) können Kosten und Umweltauswirkungen minimiert werden
- Weiterführende Möglichkeiten der regionalen und saisonalen Erzeugung synthetischer Energieträger (Synfuels) aus solarer Überschussenergie (insbes. im Sommerhalbjahr) entstehen.
- Die erforderlichen technologischen Bausteine sind Stand der Technik, bewährt und können im vorgeschlagenen System fast weltweit zur Anwendung gelangen.
- Das System lässt sich weltweit überall dort bauen, wo künstliche oder natürliche Höhenunterschiede vorhanden sind und wo ein Umlaufmedium in erreichbarer Nähe ist (Süßwasser, Salzwasser, quasi fließfähige Massen).
- Im Vergleich zur energieaufwändigen und teilweise rohstoffintensiven Speicherung über elektrochemische Speicher (Akkus) oder über Gasspeicherverfahren (Power2Gas, H2) besitzt das HYDROSOLARKRAFTWERK® einen sehr guten Umlaufwirkungsgrad von etwa 70 % bis 80 % und es werden keine besonderen oder seltenen Rohstoffe für den Bau und den Betrieb des Systems benötigt.
- Die Energieerzeugung über Solarernteflächen und die Speicherung der Energie über das Medium Wasser (oder andere quasi fließfähige Massen) verursachen im Vergleich zu nuklearen und fossilen Erzeugungs- und Speicherformen keine unkalkulierbaren Umweltrisiken, die zum Nachteil heranwachsender Generationen führen.