Solarthermische Hochtemperatursysteme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 527

Abb. 7.33 Schemaskizze
zur Erläuterung der Aus-
gangsleistung P el eines
Aufwindkraftwerkes, die
proportional zur Kollektor-
fläche A kol und zur Turm-
höhe H t ist

= 1 2

· v t ,max · ˙ m

g · H t

(7.24)

η t =

T U ( z = 0) . m ˙ · c p · T c p ·

Damit steigt der Turmwirkungsgrad linear mit der Höhe des Turms an. Beispielsweise er-
gibt sich bei einer Turmhöhe H t von 1000 Metern und einer Umgebungstemperatur von
20 °C ( T = 293.15 K) ein Turmwirkungsgrad von η t ≈ 3.35 % ( c p, Luft = 1 kJ/(kgK)). Bei An-
nahme eines Kollektorwirkungsgrades η kol = 0.7, eines Turbinenwirkungsgrades η turb = 0.8
und eines idealen Generator ( η gen = 1) ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad η ges in der Grö-
ßenordnung von ca. 1.88 %. Für ein 100 MW Kraftwerk wäre damit eine Fläche von 5.5
Quadratkilometern erforderlich.
Die Gl. (7.22) und (7.24) zeigen, dass die Leistung des Aufwindkraftwerks proportional
zur Kollektorfläche und zur Turmhöhe ist. Damit ist die elektrische Ausgangsleistung P el
proportional zum Volumen des in Abb. 7.33 dargestellten Zylinders und der Turmhöhe H t .
Als Folge lässt sich eine vorgegebene Leistung entweder mit einem hohen Turm in
Kombination mit einem kleineren Kollektor oder mit einem großen Kollektor und kleine-
ren Turm erzielen. Detaillierte Simulationsrechnungen, die unter anderem die Reibungs-
druckverluste im Kollektor berücksichtigen, zeigen, dass gerade bei größeren Kollektor-
durchmessern die lineare Abhängigkeit zwischen der Leistung und dem Produkt ( A kol · H t )
nicht mehr gültig ist, wie die Kurven in Abb. 7.34 bei verschiedenen Turmhöhen als Funk-
tion des Kollektordurchmessers d kol dokumentieren. Dennoch liefert die Linearitätsannah-
me bei technisch realisierbaren Größenordnungen einen guten Schätzwert.

7.6.3 Komponenten des Aufwindkraftwerks

7.6.3.1 Kollektor und Speicher

Die Warmluft eines Aufwindkraftwerks wird in einem konventionellen Luftkollektor er-
zeugt, dessen sonnenzugewandte Seite aus einem transluzenten Glas- oder Kunststoffdach