Weitere Blogs von Eduard Heindl

Innovationsblog neue Ideen | Guide Stupid merkwürdige Sachen dokumentiert | Energiespeicher Bedeutung und Zukunft| Energy Age the big picture (engl.)

Donnerstag, 24. April 2014

14 Kilometer zur idealen Energiequelle

Die perfekte Stromquelle: Solar plus Speicher

Die beste Energiequelle liegt nur 14 km von uns entfernt, und keiner nutzt sie. Da werden kühne Pläne von Desertec entworfen um aus 3000 km Entfernung Solarenergie nach Deutschland zu transportieren. Aber warum in die Ferne schweifen. Unter uns in 14 km Tiefe ist es sehr heiß, auch eine verlockende Energiequelle, allerdings 14 km Fels sind praktisch unbezwingbar[1].

Aber es gibt einen Ort, an dem jeden Tag die Sonne scheint, an dem es keine Wolken gibt, an dem es sehr kalt ist, gut für Solarzellen, an dem fast niemand gestört wird:

Die Stratosphäre

Fast alle von uns waren schon mal oben, in der Stratosphäre, bei jedem Flug im Verkehrsflugzeug erlebt man diese Gegend als sehr ruhige Luftschicht, in der fast kein Wasserdampf ist und außer in der Nacht, immer die Sonne scheint. Der gesamte Luftverkehr nutzt diese Schicht zwischen etwa 8 km und 12 km, in dieser Höhe sollte man daher eher keine Solarkraftwerke aufbauen. Aber in 14 km Höhe, jenseits der erreichbaren Höhe von Verkehrsflugzeugen ist der ideale Platz für Solarzellen.
Der Ballon von Breitling, Bildquelle: Wikipedia

Solarzellen sind in unseren Breiten eigentlich sehr ineffizient, nur 13% der Zeit geben sie, im Mittel, die volle Leistung ab. Das ist in der Stratosphäre völlig anders, dort sind die Zellen über 50% der Zeit im Einsatz, statt 3 kWh pro Tag kann man fast 10 kWh pro Tag an einem Ort wie Stuttgart gewinnen! Siehe Abbildung:
Energielieferung von Solarzellen, die in der Stratosphäre arbeiten. (Quelle: Stratosolar [2])
Zudem sind Solarzellen bei tiefen Temperaturen, dort oben liegt die Temperatur meist bei -30 bis -60°C, um 20% effizienter.
Berechnet man die Kosten, die entstehen, wenn man Solarzellen in dieser Höhe arbeiten lassen will, ist das im wesentlichen der Preis für das Helium für den Ballon, 75€/kW_peak, zudem benötigt man noch ein Stromkabel nach unten, aber das sollte unwesentlich teurer sein, als eine normale Leitung mit 14 km Länge, insbesondere, wenn man bedenkt, dass man keine Strommasten benötigt.

Lagenergiespeicher plus Stratosolar

Will man in Deutschland die Energieversorgung wirklich auf Solarenergie umstellen, dann ist es vermutlich viel einfacher dies in 14 km Höhe mit Solarzellen zu erreichen, als am Boden, der mit Nebel, Wolken und begrenzter Fläche nicht gerade optimal für Solarzellen ist.
Aber noch gibt es die Nacht, auch in der Stratosphäre scheint Nachts keine Sonne, aber mit Sicherheit an jedem Tag! Dies ist für die Versorgungssicherheit von entscheidender Bedeutung. Obwohl Wind im Winter eine gute Ergänzung ist, ist auch er nicht zuverlässig.
Der Lageenergiespeicher für 1 GWh,
die Windräder illustrieren die Größe und werden in Zukunft nicht mehr gebraucht!
Erzeugt aber ein System wirklich jeden Tag Strom, so kann man damit einen Speicher auffüllen, der diese Energie in der Nacht abgibt. Und dieser Speicher hat garantiert 365 Speicher-Zyklen pro Jahr, womit eine ökonomischer Betrieb wesentlich leichter zu realisieren ist, als mit unsicheren Stromquellen wie Wind und Sonne am Boden. Damit der Flächenbedarf minimal wird, ist der Lageenergiespeicher optimal, da er bis zu 1 MWh pro Quadratmeter speichern kann.

Beispielkraftwerk

Ein typisches Kraftwerk hätte dann folgende Kenndaten:
Ballon mit 1 km² Solarzellen, diese produzieren an einem Tag 2 GWh Strom. Davon wird 1 GWh eingespeichert, der notwendige Lageenergiespeicher hat einen Durchmesser von 150 m und ragt abends maximal 70 Meter aus der Erde heraus.
Mit diesem Kraftwerk kann man etwa 120.000 Einwohner (inklusive Industrie!) vollständig und zuverlässig mit Strom versorgen. 
Es muss kein Windrad aufgestellt werden, es muss keine Hochspannungsleitung gebaut werden und keine Ackerfläche mit Mais bepflanzt werden!

Ich bin sehr gespannt, wann die erste Stadt in Deutschland dies erkannt hat.

Experiment aus China: http://www.greenerideal.com/alternative-energy/0105-china-chooses-solar-power-for-airship-in-near-space/


Quellen:
[1] Die Kontinentale Tiefbohrung in Windischeschenbach erreichte nur 9100m
[2] StratoSolar
[3] mehr zu Solarluftschiffen

Kommentare:

  1. Über ähnliche Konzepte wurde schon viel nachgedacht:
    > http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_11_17_mobile_anwendungen_solarluftschiffe.htm

    Ein großes Problem sehe ich in einer 20km langen Stromleitung zur Erde, dass diese nicht unter dem eigenen Gewicht reißt.
    In umgekehrter Richtung wurde das schon angedacht
    > http://www.heise.de/tr/artikel/Ein-Katheter-fuer-die-Stratosphaere-1344288.html
    Sprich was für 1 km noch gut funktioniert wird bei 20km exponentiell unrealistisch.

    AntwortenLöschen
    Antworten
    1. Mit einem Seil aus Dymnea (http://de.wikipedia.org/wiki/Dyneema)
      kann man zumindest ein Seil aus 140 km Höhe herabhängen, das nicht aufgrund des Eigengewichts reißt! Diese modernen Materialien gab es zur Zeit der Luftschiffe noch nicht.
      Vielen Dank fü die interessanten Links!

      Löschen