Hubspeicher nutzen die Schwerkraft Beschreibung Menschen nutzen die potentielle Energie von Wasser seit Alters her. Zu Anfang dienten Schöpfräder der Bewässerung in der Landwirtschaft. Solche Schöpfräder sind seit Jahrtausenden in verschiedenen Kulturen verbreitet: Ägypten, Syrien, Indien und China. Man geht davon aus, dass die ersten Wasserschöpfräder um 1200 v. Chr. in Mesopotamien betrieben wurden. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts ermöglichten die aufkommenden Wasserturbinen viel größere Wassermengen und höhere Gefälle auszunutzen. Durch die Erfindung der Dynamomaschine durch Werner von Siemens war die die Voraussetzung geschaffen, den Ort der Energieerzeugung vom Ort des Energieverbrauchs räumlich zu trennen. Es entstanden Wasserkraftwerke, welche auf Grund ihrer Größe kostengünstiger produzieren konnten und die kleinen Kraftwerke mit Wasserrad allmählich verdrängten. Oskar von Miller war der deutsche Wasserkraftpionier und Begründer des Deutshen Museums Er baute 1884 in München das erste Elektrizitätswerk in Deutschland. Stand der Technik: unter www.wikipedia.de befinden sich umfangreiche Beschreibungen zur Entwicklung, der Technik der Wasserkraftmaschinen. (Stichworte: Wasserrad, Turbine, Wasserkraft, Wasserkraftwerke etc.) Anwendungsbeispiele: Das Wasserkraftwerk Rheinfelden wurde 1898 fertiggestellt. Es besaß  eine Leistung von 25,7 MW und war das größte Laufwasserkraftwerk Europas. 2010 ging die Erweiterung und Erneuerung des Kraftwerks auf eine Leistung von 100 MW in Betrieb. Leider konnte der Abriss des alten Ensembles nicht verhindert werden. Zusammenfassung Hubkraftwerke Hubkraftwerke wandeln potentielle Energie, die in der Natur ohne menschlichen Energieeinsatz erzeugt wird, in elektrische Energie um. Das Zusammenspiel der Schwerkraft mit solar erzeugter Wärme verursacht Druckunterschiede, die durch Auftrieb und Strömung  ausgeglichen werden. Auch diese Energieformen stehen kostenfrei zur Verfügung. Wasser und Luft sind die Masseträger der natürlichen Hubvorgänge. - Wasserkraftwerke (Hub durch Verdunstung und Niederschläge) - Gezeitenhub Kraftwerke (vertikaler Hub zwischen Ebbe und Flut) - Gezeitenkraftwerke (Hub durch Rückstau bei Ebbe und Flut) - Meeresströmung Kraftwerke (Wasserströmung bei Ebbe und Flut) - Wellenhub Kraftwerke (vertikaler Hub zwischen Wellenberg und Wellental) - Wellenhubkraftwerk mit Gegengewicht - Wellendruck Kraftwerke (Druckschwankungen in Luftkammern) - Aufwind Kraftwerke (Druck der Luftströmung erwärmter Luft) - Windkraftwerke (Luftströmung zwischen Hochdruck- und Tiefdruckgebieten) Jede der aufgeführten Anwendungen kann durch eine Vielzahl von technischen Konzepten realisiert werden. Die Nutzung der Wasserkraft und der Windkraft ist weit fortgeschritten. Die übrigen Anwendungen befinden sich noch in den Phasen der Konzeption oder Demonstration. Zu den Gezeitenhub Kraftwerken gibt es lediglich unbeachtete Patentschriften. Beschreibung: Unter www.wind-energie.de wird die Entstehung von Wind exzellent beschrieben. Die Einstrahlung der Sonne erwärmt die Luft in den verschiedenen Regionen der Erde unterschiedlich stark. Daraus entstehen Druckunterschiede in der Atmosphäre,  die durch  die Schwerkraft ausgeglichen werden. Der Druckausgleich erzeugt Winde von den Hochdruckgebieten zu den Tiefdruckgebieten. Die Rotation der Erde (Corioliskraft) verursacht die großen Wirbel, die wir täglich auf der Wetterkarte sehen. Stand der Technik: Die ersten Windmühlen werden um 1750 v. Chr. in Babylon vermutet. Seither nutzen Windmühlen die kinetische Energie des Windes für die unterschiedlichsten mechanischen Arbeiten.   (z. B. :  Getreidemühlen, Sägen, Ölmühlen, Hammerwerke usw.) 1887 wurde in den USA erstmals eine Windmühle auch zur Erzeugung von Strom eingesetzt. Obwohl das Forschungsprojekt Growian (1983 bis 1987) technisch gesehen noch ein Mißerfolg war, hat die Windenergie seitdem einen ungeahnten Aufschwung erlebt. 2009 wurden ca. 8% des deutschen Stromverbrauchs aus Windenergie erzeugt. Hubspeicherkraftwerke sind eine Ergänzung zur Windenergie. Sie können dazu beitragen,  elektrische Energie von den Angebotsspitzen bei hohem Windaufkommen in die Zeiten hoher Stromnachfrage zu verlagern. Beschreibung Die Gravitation der Erde, des Mondes und der Sonne treiben die Gezeiten auf der Erde an. Die Boote auf dem Strand in der Normandie werden bei jeder Flut um ca. 8 m angehoben, sie veranschaulichen, welche Arbeit die Gezeiten und die Rotation der Erde zu leisten vermögen. Abb. 1: Ein Schwimmkörper wird ca. alle 12 Stunden mit der Flut angehoben und anschließend bei Ebbe wieder abgesenkt. An den Schwimmkörper werden ein oder mehrere Hydraulikzylinder angebracht, deren Schaft am Meeresboden fixiert ist. Bei Flut wird der Schwimmkörper angehoben. Dabei wird die Hydraulikflüssigkeit z.B. Wasser über eine Turbine vom unteren in die obere Kammer der Hydraulikzylinder gepresst. Die Flüssigkeit treibt eine Turbine an, die wiederum einen Stromgenerator antreibt. Bei Ebbe treibt das Gewicht des Schwimmkörpers die Vorrichtung in entgegengesetzter Richtung an. Abb. 2: Alternativ kann an einen Schwimmkörper ein oder mehrere Wagen angebracht werden, die ein Zahnrad an einer Zahnschiene entlang führen. Die Zahnschiene ist an einen im Meeresboden verankerten Pfahl befestigt. Die Hub- und Senkbewegungen des Schwimmkörpers  versetzen das Zahnrad in Drehung. Dieses treibt über ein Getriebe einen Stromgenerator an. Ein Schwimmkörper (z.B. Ponton) mit der Wasserverdrängung eines großen Schüttgutfrachters wiegt 360.000 t. In der Bretagne könnte ein solches Kraftwerk bei 10m Gezeitenhub täglich 40.000 kWh Strom erzeugen. Stand der Technik Technische Konzepte sind in Patentschriften skizziert. Anwendungsbeispiele: -nicht bekannt < nach oben Beschreibung:  Es gibt verschiedene Konzepte die Energie der Wellen zu nutzen. Bei dem wavedragon (Wellendrachen) überspülen die Wellenberge eine auf dem Meeresgrund verankerte Rampe und füllen ein Wasserbecken. Es entsteht ein Höhenunterschied zwischen dem Wasserstand im Becken und dem durchschnittlichen Niveau des umgebenden Meeres. Am Fuß des Wasserbeckens treibt die potentielle Energie des gesammelten Wassers Turbinen und Generatoren an, die den Rückfluss des Wassers in die Umgebung freigeben. Seeschlangen bestehen aus mehreren zylinderförmigen Schwimmkörpern, die den Wellenbewegungen folgen. Die Schwimmkörper sind über Gelenke miteinander verbunden. In den Gelenken befinden sich Hydraulikzylinder. Durch die Bewegung wird die Arbeitsflüssigkeit durch Röhren mit integrierten Turbinen und Generatoren in die Ausgleichszylinder gedrückt. Stand der Technik Wellenhubkraftwerke befinden sich im Stadium der Erprobung. Erste kommerzielle Demonstrationsprojekte wurden realisiert. Anwendungsbeispiele: www.wavedragon.net: Test- und Demonstrationsanlagen in Wales, Dänemark und Portugal www.pelamiswave.com: Test und Demonstrationsanlagen in Schottland und Portugal < nach oben Beschreibung: Wellendruckkraftwerke nutzen das Prinzip der kommunizierenden Röhren. Die gegen die Küste anlaufenden Wellen heben und senken den Wasserstand in Luftkammern, die in der Steilküste angelegt werden. In den mit dem Meer verbundenen Kammern entstehen Luftströmungen, die über Turbinen und Generatoren in Strom umgewandelt werden. Stand der Technik Wellendruckkraftwerke befinden sich im Stadium der Erprobung. Anwendungsbeispiele: Voith Hydro Wavegen, United Kingdom, www.wavegen.com und Testanlage auf den Färöern (DK) < nach oben Beschreibung Aufwindkraftwerke nutzen das gleiche Prinzip, das uns von jedem Schornstein her bekannt ist. Heiße Gase oder erwärmte Luft dehnen sich aus, d.h. sie haben ein geringeres spezifisches Gewicht als die Umgebungsluft. Die erwärmte Luft erfährt einen Auftrieb und wird angehoben. Das Prinzip der Aufwindkraftwerke wurde vom Ingenieurbüro Schlaich, Bergermann und Partner mit Unterstützung des Bundesministeriums für Forschung und Technologie zur Demonstrationsreife gebracht und entwickelt. In Aufwindkraftwerken wird die Luft wie in einem riesigen Glashaus von der Sonne erwärmt. Die erwärmte Luft wird durch ein leicht ansteigendes Glasdach mit ca. 3 km Durchmesser zu einem zentralen Kamin, der bis zu 1000 m hoch sein soll, hin geführt. Im Kamin erfährt die konzentrierte Warmluft eine aufwärts Beschleunigung, die zum Antrieb von horizontal eingebauten Turbinen genutzt wird. Stand der Technik: In den 80iger Jahren wurde in Spanien ein Demonstrationskraftwerk in Manzanares Spanien erfolgreich errichtet. Der Turm war ca. 194 m hoch und hatte einen Durchmesser von 10 m.  Das Dach hatte eine Fläche von ca. 50.000 qm. Am Ende der Testphase wurde das Kraftwerk wieder aufgegeben und abgebrochen. Anwendungsbeispiele: Im Rahmen der Desertec Initiative wird überlegt, ob Aufwindkraftwerke in Nordafrika errichtet und an das dort angedachte internationale Stromnetz angebunden werden sollen. < nach oben Beschreibung Die Gezeiten erzeugen Meeresströmungen, die z.B. in den Meeresengen von Irland und Wales besonders stark ausgebildet sind. Meeresströmungskraftwerke funktionieren im Prinzip wie eine Unterwasser-Turbine. Die Rotorblätter werden an einem Mast befestigt, und werden senkrecht zur Meeresströmung ausgerichtet. Wasser hat eine 800 mal größere Dichte als Luft. Dadurch können Rotoren mit nur wenigen Metern Durchmesser Strom mit vergleichbarer Leistung wie große Windmühlen erzeugen. Stand der Technik: Die Machbarkeit von Strömungskraftwerken wurde in ersten kommerziellen Anlagen demonstriert. Anwendungsbeispiele: Marine Current Turbines LTd hat unter dem Namen “SeaGen” ein Projek in der Meerenge von Strangford Nordirland realisiert. Seit November 2008 speisen dort zwei Turbinen mit einer Gesamtleistung von 1,2 MW Strom in das öffentliche Netz ein. Ein weiterer Park mit 7 Turbinen und einer Gesamtleistung von 10,5 MW ist vor der Insel Anglesey in Wales geplant. Beschreibung Gezeitenmühlen kamen im frühen Mittelalter auf, wo sie zum Mahlen von Getreide oder Gewürzen, später auch als Antrieb für Hammer- und Sägewerke in der Papier- und Stoffindustrie genutzt wurden. Die Mühlen waren mittels Schleusen so an ein Beckensystem angeschlossen, dass das aufgestaute Wasser der Flut über das Mühlenrad zurückströmen und das Mahlwerk antreiben konnte. Das Gezeitenkraftwerk La Rance ist ein Gezeitenkraftwerk in Damm-Bauweise an der Mündung des Flusses Rance bei Saint-Malo in der Bretagne in Frankreich. Das Kraftwerk bezieht nur einen geringen Anteil seiner Leistung aus der Strömung des Flusses; der weit größere Anteil kommt aus der Gezeitenströmung des Atlantiks, der an dieser Stelle einen Tidenhub von mehr als 8 m aufweist. Stand der Technik Der Gezeitenhub in der Mündung der Rance, betrug vor dem Bau des Kraftwerkes bis zu 14 m. Er ist heute auf ca. 7–8 m reduziert und zeitlich verschoben. Der Abtransport von Sedimenten und Schlamm der Rance zum offenen Meer wurde durch den Damm so weit behindert, dass es zu einer massiven Verlandung der Rance-Mündung gekommen ist. Anwendungsbeispiele: Das Kraftwerk speiste 1967 erstmals Strom ins Netz ein und war damit das erste kommerziell genutzte Gezeitenkraftwerk der Welt. Mit seiner Spitzenleistung von insgesamt 240 Megawatt ist es mit großem Abstand das größte Kraftwerk dieser Art weltweit geblieben (vor dem Gezeitenkraftwerk Annapolis in Kanada, mit 20 MW; Anlagen mit größerer Leistung sind in Planung). < nach oben <nach oben < nach oben < nach oben Home Grundlagen Hubspeicher Kraftwerke Projekte Netz-Hubspeicher Projekte Mikro-Hubspeicher Hub Kraftwerke Technikbeispiele Kostenbeispiele Vorteile und Bewertung Ideen/Diskussion Impressum / Stiftung RauEE < nach oben Beschreibung: Die Skizze und das Bild veranschaulichen das Prinzip der Wellenhubkraftwerke mit Gegengewicht. Auf einen freistehenden Träger (Pfahl, Brücke, oder größeres Schiff) wird in ausreichender Höhe ein Generator angebracht. Die Antriebswelle des Generators ist mit zwei gegenläufigen Seilen umwickelt, die den Generator mit wechselnder Drehrichtung antreiben. Eine Drehrichtung wird von einem freischwebenden Gewicht, das an dem einem der Seile angebracht ist, angetrieben. Der Antrieb in die gegenläufige Drehrichtung wird durch einen Schwimmkörper, der von den Wellen des Umgebungsgewässers abwechselnd angehoben und abgesenkt wird, erzeugt. Das Eigengewicht des Schwimmkörpers ist in etwa doppelt so groß, wie das des Gegengewichts. Die erzeugten Stromstöße werden mit der Hilfe von elektrischen Wandlern in Batterien oder in ortsnahe Stromnetze eingespeist. Stand der Technik Das im Bild gezeigte Modell demonstriert den einfachen Aufbau eines solchen Kraftwerks. Das Konzept bedarf der Optimierung und Erprobung hinsichtlich der Effizienz und unter unterschiedlichen Umweltbedingungen (Wellenhöhe, Sturm etc,) Anwendungsbeispiele Außer dem gezeigten Modell sind keine weiteren Anwendungen bekannt.