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Dokumentenidentifikation DE102006003218A1 02.08.2007
Titel Die mobile Wasserstofffabrik auf hoher See mit Windenergienutzung
Anmelder Vock, Friedrich, Dr.-Ing., 97209 Veitshöchheim, DE
Erfinder Vock, Friedrich, Dr.-Ing., 97209 Veitshöchheim, DE
DE-Anmeldedatum 24.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006003218
Offenlegungstag 02.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.08.2007
IPC-Hauptklasse C25B 1/04(2006.01)A, F, I, 20060124, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F03D 11/00(2006.01)A, L, I, 20060124, B, H, DE   B63B 9/00(2006.01)A, L, I, 20060124, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Titelinhalt:

Für die zukünftige Nutzung des Wasserstoffs als speicherbarer Energiestoff und Kraftstoff mit umfassender Anwendbarkeit wird auf Basis seiner Herstellung mit der Elektrolysetechnologie und Wasser vorgeschlagen, die hierzu erforderliche Stromenergie mit Windenergie zu erzeugen, und somit die gesamten Produktions- und Speicheranlagen einschließlich der stromerzeugenden Windkraftanlagen (WKA) auf hochseetüchtigen Schiffen des Typs "Öltanker" zu installieren und zu betreiben, um hiermit unterstützt von meteorologischen Navigationssystemen die windenergie-ergiebigsten Seegebiete (bsp. Nordatlantik) anfahren zu können.

Beschreibung der Probleme und Lösungsansätze: A.) Allgemein:

Gerade zur Zeit der Jahre 2005 und 2006 wird besonders deutlich, daß die Ausbeutung der heutigen Vorkommen an Kohlenwasserstoffen, wie Erdöl und Erdgas, eben nicht nur ökologisch (CO2-Problematik), sondern auch ökonomisch und politisch zu hinterfragen ist:

  • 1.) Politisch: Fast alle Vorkommen an Kohlenwasserstoffen unter Land und unter küstennahem Meer gehören zu staatlichen Hoheitsgebieten und sind somit im Besitz von Staaten, und dies bezogen auf die Vorkommenshäufigkeit insbesondere bei Öl und Gas in politisch sehr unsicheren Regionen.

    Hiermit ergeben sich erhebliche Risiken für hochindustrialisierte, rohstoffarme Staaten bezogen auf die Rohstoffkosten und die Versorgungssicherheit.
  • 2.) Ökonomisch: Erhebliche Preissteigerungen von Rohöl und dessen Raffinaten, sowie im Gefolge auch von Erdgas gefährden ganze Volkswirtschaften.

    Dieser Kostendruck hat jedoch für alle, die sich auf lange Sicht um die Wasserstofftechnologie sowohl für die Wasserstoffherstellung als auch deren Nutzung bemühen, eine positive Seite, da dieser Druck die Entwicklung und Anwendung der Wasserstofftechnologie beschleunigen wird.
  • 3.) Ökologisch: Das Vorankommen zu einer besonders ökologischen Wasserstofftechnologie ist nicht mit einer Öko-Ideologie zu schaffen, sondern ganz wesentlich mit hervorragenden ökonomischen Lösungen und Zukunftsaussichten. Die entwickelte Idee reiht sich komplett in die Vision ein, mit der Elektrolyse von Wasser (ist immer reichlich und staatenlos vorhanden) durch den Einsatz regenerativer Energien wie Wind, Wasser und Sonne einen ökologischen Kreislauf zu schaffen. Politisch und ökonomisch bedeutet dies, mit unerschöpflichen Rohstoffen und Energien ohne direkte Rohstoffkosten Wertschöpfung zu betreiben.

B.) Die Wasserstofftechnologie:

"Wasserstoff ist das häufigste Element der Erde und kann bei der Reaktion mit Luftsauerstoff große Energiemengen freisetzen. Diese chemische Energie kann mit hohem Wirkungsgrad in einer Brennstoffzelle kontrolliert in Strom und nutzbare Wärme umgewandelt werden. Brennstoffzellen sind effiziente Energiewandler, die umweltfreundlich, geräuscharm und wartungsarm arbeiten. Diese Eigenschaften regen seit langem die Phantasie von Forschern an, um die Vision einer schadstofffreien Energieerzeugung zu verwirklichen.

Da Wasserstoff jedoch in der Natur nicht in reiner Form vorkommt, muß er aus anderen Stoffen gewonnen werden. Eine Möglichkeit ist die Zerlegung von Wasser durch die Elektrolyse. Kommt der hierfür benötigte Strom aus regenerativen Quellen wie Photovoltaik oder Windenergie, so ist das Ziel einer nachhaltigen und dezentralen Energiewirtschaft zu erreichen".

"Da die Sonne nicht unentwegt scheint oder der Wind nicht unentwegt bläst, muss die gewonnene Energie gespeichert werden. Im Falle der Kurzzeitspeicherung geschieht dies mit Hilfe von Batterien. Für die Langzeitspeicherung bei größeren Mengen bedarf es jedoch anderer Lösungen, nämlich der Energieumwandlung des Stroms in den Energieträger Wasserstoff durch die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff Der Wasserstoff wird dann in speziellen Tanks mit Metallhydriden (sie sind in der Lage die Wasserstoffmoleküle zwischen den Metallhydriden einzulagern) gespeichert. Dies geschieht heute schon bei Gasdrücken von 15 bar bis 30 bar."

  • Zitate aus:
  • [Presseinformation Fraunhofer Institut Solare Energiesysteme/www.ise.fhg.de].
  • Dort sind auch stellvertretend für einige andere Entwicklungsgruppen weitere Ergebnisse zu finden.

Es ist heute noch sehr schwierig, sich vorzustellen, wann und ob überhaupt und in welchem Umfang heutige Energie- und Kraft-Stoffe durch Wasserstoff substituiert werden können. Hierzu existieren sowohl auf Seiten der Wasserstoffherstellung als auch der Wasserstoffanwendung eine Reihe erfolgversprechender Forschungs-, Entwicklungs- und Anwendungsprojekte.

Hierbei ist die gesamte Prozesskette von der Herstellung über die Lagerung, die Verteilung mit Transport und Zwischenlagerung, der Verbraucherentnahme und die unterschiedlichen Anwendungen wie zur Stromerzeugung, zum direkten Antrieb als Verbrennungskraftstoff sowohl für Groß- als auch für Kleinverbraucher sehr lang und komplex. Hierbei taucht immer wieder die Frage auf, bis wohin muss die Wasserstoffversorgung reichen. Ist dies bis zum Kleinverbraucher erforderlich, wie beispielsweise durch eine Erdgassubstitution für die Heizung und die Warmwasseraufbereitung in Haushalten? Oder ist es günstiger, den Wasserstoff bis zu regionalen Energielieferanten von Kommunen zu führen und ab hier in Strom zurückzuwandeln, da die Endstromverteilung existiert? Weiterhin sind Entwicklungsarbeiten im Gange (bsp. bei BMW), die sich nicht nur damit beschäftigen, den Energieträger Wasserstoff in elektrische Energie für Fahrzeugantriebe zu nutzen, sondern den Wasserstoff mit Luftsauerstoff in Antriebsmotoren zu verbrennen.

Eine weitere Gruppe sind die kommunalen und industriellen Unternehmen, die GuD-Kraftwerke (Gas- und Dampf-Kraftwerke) auf Basis von Erdgas betreiben, um mit Gasturbinen Strom und Dampf zu erzeugen. Stellvertretend für viele seien hier das Ludwigshafener Chemie -Werk der BASF AG und der kommunale Betrieb Würzburg genannt. Wo Erdgas als Energieträger heute im Einsatz ist, wird eine komplette Substitution von Erdgas durch Wasserstoff oder ein Umswitchen in Schritten durch "Beimischen" von Wasserstoff zu Erdgas möglich werden.

Für den Fall, dass der Energieträger Wasserstoff auf der Seite der Anwendungstechnologien sich beschleunigen würde, besteht die Möglichkeit, die Wasserstoff Herstellung durch katalytische Umsetzung (Reforming) mit wasserstoffreichen Kohlenwasserstoffen als Energieträger durchzuführen. Dafür kämen fossile Brennstoffe wie Erdgas, Benzin oder Heizöl, sowie Biogene/regenerative Energieträger wie Holz, Alkohol oder Rapsöl in Frage.

Jedoch sollten diese Technologiewege nicht für eine weitumfassende Wasserstoffanwendung mit großen Wasserstofffabriken in den Fokus genommen werden.

Für eine großtechnische Wasserstofferzeugung unter dem Fokus einer sehr breiten Anwendbarkeit für Stromerzeugung, direkte Wärmeerzeugung und Kraftstoff für die beiden Wege Brennstoffzelle und Verbrennung mit Luftsauerstoff für Kraftmaschinen, sowie unter der Prämisse, diese Wasserstofferzeugung durch einen rohstoffreichen und rohstoffkostenlosen Prozess zu realisieren, um so einen ökologischen Kreislauf zu installieren, bleiben prinzipiell nur 2 Energieressourcen übrig:

  • 1.) die Sonnenenergie
  • 2.) die Windenergie

Beides sind Energiequellen, die bedenkenlos als unausschöpfbar bezeichnet werden können. Ihr Nachteil ist, dass sie zeitlich und räumlich eine wesentliche Ungleichverteilung auf unserem Globus aufweisen und einen entsprechenden investiven Technikaufwand benötigen, um sie zu konzentrieren für stromerzeugende Anlagen. Diese Konzentration wird mit dem rückwandelbaren Energiestoff Wasserstoff erreicht, da mit ihm die gewonnenen Energieinhalte gespeichert und räumlich und zeitlich beliebig auf Abruf in andere Energieformen umsetzbar sind.

Zu 1.) Die Sonne ist unser Urreaktor mit der atomaren Fusion von Wasserstoff zu Helium. Sie sendet ein sehr breites Spektrum elektromagnetischer Wellen aus (Wellenlängen und Energiedichten), von denen ein Teilspektrum zur Erde gelangt.

Wiederum ein Teil dieser Energie können wir mit Solartechnologie (Solarzellen) auffangen und direkt in Strom umsetzen. Wiederum ein Teil dieser elektromagnetischen Wellen erzeugen auch durch Umsetzung in Wärmeenergie auf der Festland- und Wasseroberfläche der Erde die Windströmungen quasi als Sonnensekundärenergie.

Es bestehen auch Vorschläge zur großtechnischen Wasserstofferzeugung auf Basis der Solartechnologie, und dies mit km2-großen Solarzellenflächen mit maximaler Ergiebigkeit der Strahlungsintensität. Es wird dort vorgeschlagen, diese Produktionsflächen im Sahelgürtel (praktisch wolkenlose Region ohne Jahreszeitenwechsel) unweit von der Wasserquelle Meer zu installieren. Es bleibt jedoch der Zeitnachteil, dass die nutzbaren Sonnenstunden zwar ganzjährig, jedoch nur um die 12 Stunden pro Tag verfügbar sind. Das Meer hat bei diesem Vorschlag eine Doppelrolle, nämlich erstens das Wasser (wahrscheinlich mit einer Entsalzungsanlage) für die Wasserstoffherstellung zu nutzen und zweitens den Wasserstoff auf Gasschiffe zu bringen, um ihn logistisch zu verteilen (siehe Gasprom-Gasleitung Ostsee?).

Zu 2.) Die Windenergie als Sonnensekundärenergie ist zwar vom tageszeitlichen Auftreten relativ unabhängig (24 Stunden pro Tag), jedoch ist die Verfügbarkeit örtlich sehr unterschiedlich und am gleichen Ort auch zeitlich wesentlich verteilt, da die Windenergie durch das Zusammenspiel von meteorologischen Hochs (Azoren) und Tiefs (Island) bsp. im Nordatlantik geprägt wird.

Diese Feststellungen führen uns nun zum Kernpunkt der neuen Idee dieser Ausführungen, zur Windenergie und ihrer ökonomischen Nutzung für die Wasserstofferzeugung.

C.) Die Windenergienutzung mit Windkraftanlagen zur Stromerzeugung: C1.) Stand der Windkraft-Technologie und ihrer Anwendung:

Die technisch-wissenschaftlichen Grundlagen zur historischen und gesamten heutigen Technologie von WKA's (Windkraftanlagen) sind im folgenden Buch hervorragend und umfassend beschrieben:

Autor: Erich Hau

Titel: Windkraftanlagen

Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit

3. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York

ISBN 3-540-42827-5

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass es zwei grundsätzlich unterschiedliche WKA-Systeme, gibt:

  • * WKA mit horizontaler Rotorachse; die Rotornabe mit dem gesamten Maschinenhaus ist auf einem Rohrturm in großer Hohe (70 bis 110 m) montiert; der Rotor mit seinen aerodynamisch ausgebildeten Rotorblättern muss mit Stellmotoren in den Wind (Windrichtungswechsel) gestellt werden.
  • * WKA mit vertikaler Rotorachse; das gesamte Maschinenhaus ist unten montiert. Der Nachteil dieser WKA-Technologie bezieht sich auf den Effekt, dass hier der Wind bei jeder Rotorumdrehung wechselnd von Lee- und Luv-Seite auf die aerodynamischen Flächen wirkt, was zu geringeren Windenergie-Umsatzgraden (Wirkungsgrad) führt. Vorteil hier ist, dass die Windrichtung keine Rolle spielt.

    Da die Vertikalrotorsysteme aerodynamisch betrachtet wesentlich komplexer sind, existieren gerade in diesem Segment auch unterschiedliche WKA-Bauformen, wie

    – Darrieus-Rotor

    – Heidelberg-Rotor (H-Rotor)

    – Savonius-Rotor
  • * Bei beiden WKA-Typen mit horizontalem als auch vertikalem Rotor hat sich entwicklungsgeschichtlich ein Trend der Windkrafteinwirkung auf den Rotor vom widerstandskraft-getriebenen zum auftriebskraft-getriebenen Rotor ergeben, wodurch die Effizienz der Windenergieumsetzung wesentlich gesteigert werden konnte.

    [siehe hierzu mit Theorie das oben zitierte Buch von E. Hau]

* Zu Anlage 1:

Abb. A.) zeigt schematisch das Funktionsprinzip eines "Widerstandsläufers". Als Beispiel hierzu zählt das Windanemometer. Die einfachste Art der Windenergieumwandlung ist mit Hilfe reiner Widerstandsflächen möglich.

Die Luft trifft mit der Geschwindigkeit &ngr;W auf die Fläche A, deren Leistungsaufnahme P sich aus dem Luftwiderstand FW, der Fläche und der Geschwindigkeit &ngr;r, mit der sie sich bewegt, berechnet: P = FW·&ngr;r.

Die Relativgeschwindigkeit &ngr;W – &ngr;r mit der die Widerstandsfläche effektiv angeströmt wird, ist maßgebend für ihren Luftwiderstand.

Mit dem üblichen Luftwiderstandsbeiwert cW ist die sich ergebende Leistung: P = &rgr;L2 cW·(&ngr;W – &ngr;r)2·A·&ngr;rGl.(8) (siehe weitere Angaben hierzu in Anlage 3).

Abb. B.) zeigt das Schema eines Auftriebskraft nutzenden Rotors. Alle moderne Bauformen von WKA-Rotoren zielen auf diesen dargestellten Effekt. Am besten hierzu geeignet ist der sogenannte Propellertyp mit horizontaler Drehachse. Die Windgeschwindigkeit &ngr;W überlagert sich vektoriell mit der Umfangsgeschwindigkeit u des Rotorblattes. Beim rotierenden Rotorblatt ist dies die Umfangsgeschwindigkeit an einem Blattquerschnitt mit bestimmten Abstand zur Drehachse. Die sich ergebende Anströmgeschwindigkeit &ngr;r bildet mit der Profilsehne den aerodynamischen Anstellwinkel. Die entstehende Luftkraft wird zerlegt in eine Komponente in Richtung der Anströmgeschwindigkeit, den Widerstand FW und in eine Komponente senkrecht zur Anströmgeschwindigkeit, den Auftrieb FA, der selbst zerlegbar ist in eine Komponente FAT in der Drehebene des Rotors und eine zweite senkrecht zur Drehebene.

Die Tangentialkomponente FAT bildet das Antriebsmoment des Rotors, während FAS für den Rotorschub verantwortlich ist.

Moderne Profile, die für Flugzeugtragflügel entwickelt wurden und ebenso für Windrotoren angewandt werden, weisen ein sehr günstiges Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand auf. Dieses Verhältnis wird als Gleitzahl E bezeichnet und kann Werte bis zu 200 erreichen. Jedoch Vorsicht, die entscheidende Größe ist die aktuelle Windgeschwindigkeit, deren Leistung im Zuströmquerschnitt der WKA kann nur zu 59,3 % maximal umgesetzt werden!

Zu Anlage 2:

Abb. C.) Hier werden an dem aerodynamischen Profilquerschnitt die Komponenten der Geschwindigkeiten und wirkenden Kräfte dargestellt.

Zu Anlage 3:

Die Skizze zeigt die Grundlagen des Winddurchströmungsmodells eines Rotors. Im oberen Teil sind die Durchströmungsquerschnitte wiedergegeben, im mittleren Teil die Windgeschwindigkeiten korrespondierend zu den Querschnitten (Kontinuitätsbedingung), und im unteren Teil der Luftdruckverlauf über dem Strömungsweg mit dem Drucksprung im Rotor zur Leistungsübertragung.

Der Wind-Zuströmungsquerschnitt ist A1 mit der Geschwindigkeit &ngr;1, der Rotordurchströmungs-Querschnitt ist A mit der W-Geschwindigkeit &ngr;' = 32 ·&ngr;' und der Ausströmungsquerschnitt ist A2 mit der W-Geschwindigkeit von &ngr;2 = 31· &ngr;1.

Im unteren Teil der Anlage sind die wichtigsten Beziehungen der Ergebnis- und Einflussgrößen dargestellt, so auch die Leistungsbeiwerte.

Zu Anlage 4:

Es ist Stand der wissenschaftlichen Bewertung der unterschiedlichen WKA-Technologien und -Dimensionen und -Geometrien die Schnelllaufzahl zu nutzen; siehe Gl. (7).

Abb. A.) zeigt für Horizontalrotoren die Abhängigkeit des Leistungsbeiwertes cPR von der Schnelllaufzahl, hier die Auslegungsschnelllaufzahl (WKA-Auslegung) für 3 Parameter zur Rotorblattanzahl. Verlustbereiche gegenüber dem theoretisch maximalen Wert sind kenntlich gemacht.

Abb. B) Hier sind Ergebnisse des Leistungsbeiwertes abhängig von der Schnelllaufzahl (Betrieb) für 4 unterschiedliche Blattanzahlen (1 bis 4) wiedergegeben.

Erkenntnis: Mit abnehmender Blattanzahl wird das Maximum des Leistungsbeiwertes niedriger, jedoch die Spreizung der Schnelllaufzahl größer.

D.) Der Wind, seine Geschwindigkeit und spezifische Leistung, sowie seine Wirkhäufigkeit:

Die Höhe der Windgeschwindigkeit und ihre Wirkhäufigkeit bestimmen die Effizienz des Einsatzes der WKA's schlechthin. Die optimalen Bedingungen hierzu können nicht beeinflusst werden, sondern nur gefunden werden aus Erfahrung oder durch Messen.

Es macht keinen Sinn, dass für eine bestimmte Region mit öko-ideologischen Werbungen Investoren geködert werden unter Nennung hoher Nenn-Stromleistungen, die nicht erreicht werden können aufgrund einer falschen ötlichen WKA-Festlegung.

Dies hat auch die Bundesregierung erkannt und hat das EEG (Erneuerbare Energie Gesetz) geändert, damit der Staat und die Steuerzahler nicht mehr für eine falsche Investition Subventionen zahlen.

Die Meteorologen wissen um die Abhängigkeit der Windstärken und ihrer Wirkhäufigkeit von Ort und Zeit: &ngr;W = f[Ort; Zeit] = f[(x; y)NOSW; T]Gl. (9) mit den Ortskoordinaten x und y auf der Erdoberfläche von NO Nord-Ost bis SW Süd-West, sowie der Zeit T, wobei zusätzliche orographische Einflüsse (bsp. Landflächen-Strukturen) hinzu kommen.

Würde bei einer Quizsendung gefragt werden "Wo bläst der stärkste Wind?", dann würde mit hoher Wahrscheinlichkeit geantwortet werden: "Auf dem Meer!" Unsere Welt wurde im 15. und 16. Jahrhundert von Postugiesen, Spaniern, Franzosen, Holländern und Engländern erobert, und zwar mit Segelschiffen.

Auf diesem Wissenshintergrund wuchs die Idee, die Windenergie auf offener See mit WKA's auf Schiffen zu gewinnen, hiermit Strom zu erzeugen für eine Elektrolyse, die Wasser spaltet zu H2 und O2 und dies zu einer mobilen H2-Fabrik auf hoher See zu formulieren. Denn ein Sachverhalt war klar, über eine Stromdirekteinspeisung ins Netz brauchte nicht nachgedacht zu werden. Es war jedoch davon auszugehen, dass auch auf hoher See die Windleistungen nicht konstant wirken, sondern ebenso jahreszeitlichen, täglichen und sogar stündlichen Schwankungen unterliegen, als auch von der Seeregion, sprich Längen- und Breiten-Graden.

Zu Anlage 5:

Diese Abbildung zeigt alle wesentlichen Daten, die für eine spätere Auswertung von Winddaten erforderlich sind:

Auf der Ordinaten (linear) ist das berechnete (mit Gl.3, Anlage 3) und spezifische (flächenbezogene) Windleistungsangebot über der Windgeschwindigkeit (linear) auf der Abszisse als schwarze Kurve dargestellt. Die Windgeschwindigkeit ist hierbei in 4 unterschiedlichen Geschwindigkeits-Skalen wiedergegeben:

1. in m/s/2. in Bft-Graden (Beaufort)/3. mit Windsternensymbolen für Bft-Gruppen 14. mit Windfahnensymbolen.

Im unteren Kasten sind korrelierend zu den Bft-Klassen, siehe unterschiedliche Graubereiche, die Geschwindigkeitsintervalle in m/s, als auch die spezifischen Windleistungswerte mit min/max/mittel angegeben. Hiermit macht es diese Darstellung möglich, die in Karten benutzten unterschiedlichen Skalen und Symbole einer Berechnung und Bewertung zuzuführen.

Die Texte im Bild definieren die Kurven und die Grauflächen.

Zu Anlage 6:

Mit den vom BSH (Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Hamburg-Rostock) beschafften Seekarten "Monatskarten für den Nordatlantischen Ozean", 1998 – Nr. 2420 konnte nun die Windauswertung durchgeführt werden.

Die 12 Monatskarten enthalten neben vielen nautischen Daten auch die zeit- und ortsabhängigen Winddaten des Nordatlantiks.

  • 1. Auswertungsvariante mit Windsternen:

    Ein Windstern (siehe Anlage 5) zeigt monatliche Auswertungen von Windstärke und Windrichtung (8 Windrichtungen) und prozentuale Wirkzeiten (Länge der Sternarmsymbole) mit Windstärke-Bft-Intervallen. Die Seekarte ist mit Quadranten unterteilt mit je 10 Breitengraden und 10 Längengraden, in denen je 4 Windsterne positioniert sind (falls die Seefläche dies zuläßt).

    Hierzu wurden für die 12 Monate zwei positionierten Seesterne ausgewertet, und zwar:

    * Position 0–50W/570 zwischen Südnorwegen und Schottland

    * Position 170W/520 westliche irische See
  • 2. Auswertungsvariante mit kleineren Sonderkarten ebenfalls für 12 Monate und analog zu den Karten-Winddefinitionen "mobil" über ein Seegebiet von [100W – 500W/300 – 600]. Wind-Definitionen der Karten:

    "Wind" – mit Windfahnen – "Mittlere Richtung und Stärke (in Bft) des Windes und Linien gleicher Beständigkeit in %"

    "Starkwind" – "Mittlere Häufigkeit von Starkwind (6 und 7 Bft, Linien) und Sturm (≥ 8 Bft, halbfette Ziffern) in % aller Windbeobachtungen.

    "Schwachwind" – "Mittlere Häufigkeit von Schwachwind (≤ Bft, Linien) und Windstillen (halbfette Ziffern) in % aller Windbeobachtungen.

Die Anlage 6 zeigt das aus den Winddaten errechnete spezifische Windenergie-Angebot in kWh/m2 pro Monat.

Die Ergebnisse zeigen, daß das Windenergie-Angebot auf hoher See im Nordatlantik einen starken Monatsgang aufweist. Die Wintermonate sind stark ergiebig, die Sommermonate fallen in der Ergiebigkeit um den Faktor ca. 2 zurück.

Das besonders interessante Ergebnis ist, daß die mobile Suche über ein großes Seegebiet nach höherer Windenergie-Ergiebigkeit erfolgreich ist. So sind die niedrigeren Sommerwerte bei der mobilen Suche im Niveau gleich den höheren Winterwerten der beiden Festpositionen.

Zu Anlage 7:

Hier werden die eben diskutierten Ergebnisse von Anlage 6 summiert und in doppellogarithmischer Darstellung gezeigt, und zwar das spez. Windenergie-Angebot auf der Ordinaten über den Jahresstunden auf der Abszisse.

Die Summenwerte zeigen noch deutlicher den Vorteil der mobilen Suche nach ergiebiger Windenergie im Nordatlantik.

Zu Anlage 8:

Die Ergebnisse der mobilen Suche nach ergiebiger Windenergie wird hier im Zahlenspiegel nochmals verdeutlicht. So wurden 78,4 % der Jahresstundenzahl von 8760 h für die Windenergiegewinnung genutzt, was zu einem Jahres-Windenergieangebot von 27297 kWh/m2 führt. Hieraus ergeben sich rechnerische Mittelwerte für die spez. Windleistung für die einzelnen Wind-Definitionen und somit auch für das gesamtergebnis zu 3,98 kW/m2.

Im Weiteren wird das Windenergie-Angebot auf reale Anströmflächen von zwei technologisch unterschiedlichen WKA's bezogen. Für die unter 1.) genannte horizontale, 3-flügelige WKA mit einem Durchmesser von 82 m (A = 5281 m2) muß üblicherweise angenommen werden, dass sie bei Windgeschwindigkeiten von etwa > 17,5 m/s abgestellt werden muss. Hiermit ergibt sich für diese WKA ein verwertbares Windenergie-Angebot von 56,1 GWh/a.

Unter der Annahme, dass unter 2.) ein Vertikalrotor des Typs H-Rotor ausreichend robust genug funktioniert, dann sollten trotz kleinerer Anströmfläche von 3600 m2 ein Windenergie-Angebot von 98,3 GWh/a verwertbar werden.

Im letzten Absatz von Anlage 8 wird ein Vergleich mit einem realen, in Betrieb befindlichen Windpark "Creussen" mit 3 Horizontalrotoren von je 82 m Durchmesser versucht. Hierzu ist es erforderlich Leistungsbeiwerte anzunehmen, wie in der Anlage angenommen.

Zu Anlage 9 + 9a:

Auf Basis der Anlage 5 wurden die Darstellungen 9 + 9a entwickelt:

In Anlage 9 (lineare Darstellung) zeigt der weiße Anteil der schwarzen Kurve das Windleistungsangebot der Auswertung Nordatlantik mit Windgeschwindigkeiten von 15 bis 23,5 m/s und einem Summenmittelwert des Windleistungsangebots von 3,98 kW/m2.

Im Vergleich hierzu sind die Summenmittelwerte des Windparkes Creussen mit 0,078 kW/m2 eingetragen. Um dies optisch besser erkennen zu können, wurde Anlage 9 zu Anlage 9a zu einem logarithmisch-linearen Bild umgearbeitet.

Der weiße Bereich der schwarzen Kurve zeigt wie in Anlage 9 das Ergebnis der Nordatlantik-Auswertung mir den 3 Kreuzen für den min-, max- und Mittelwert. Der graue Bereich das Auswerteergebnis des Creussen-WKA-Parks.

Zusätzlich sind für einen Widerstandsläufer 3 weiße Quadrate kenntlich gemacht, die hinweisen sollen, dass es deutlich effizienter ist, hohe und häufige Windgeschwindigkeiten zu suchen und zu finden, als an der Optimierung der Leistunsbeiwerte zu arbeiten.

Allein das Verhältnis des mittleren spezifischen Windleistungs-Angebotes des Nordatlantiks (mobil) mit 3,98 kW/m2 zum Land-WKA-Park-Creussen mit 0,19 kW/m2 (siehe graue Quadrate; mittleres Quadrat) ergibt einen Faktor von ca. 21 zugunsten des Nordatlantik. Der Land-WKA-Park-Creussen ist bestimmt nicht am windergiebigsten Standort an Land installiert. Selbst wenn mir zuverlässigste Daten von den besten Standorten in Deutschland verfügbar wären, ist der Faktor 21 nicht einzuholen mit Landstandorten.

E.) Technologietrend und Probleme der WKA-Parks an Land und off-shore:

  • 1.) Es wurden bis jetzt hauptsächlich die flächenbezogenen, spezifischen Werte für die Leistung und Energie des Windangebotes, sowie deren Umsetzung mit WKA's in mechanische und somit elektrische Leistung und Energie besprochen.

Mit der Wiederholung der beiden Gln. (3) und (4) von Anlage 3 soll der Technologietrend diskutiert werden: E.w = 12 ·&rgr;L·A·&ngr;3w in Nm/s (=W)Gl. (3) E.w·T = Ew = T·12·&rgr;L·A3w· in Wh/m2Gl. (4)

Um das Ziel, mehr Windleistungs-Angebot über WKA's in Strom über den Leistungsbeiwert cPR = f(&lgr;) umzusetzen, müssen folgende Größen verändert werden:

entweder a.) die WKA-Anströmfläche A vergrößern

oder b.) Regionen mit höheren Windgeschwindigkeiten realisieren, da sie mit der 3. Potenz in die Leistung und somit in die Energie eingehen

und c.) Regionen mit längeren Wirkzeiten für höhere Windgeschwindigkeiten suchen.

Da man mit den ortsfest installierten Land-WKA's mit den vorherrschenden Windleistungsverhältnissen leben muss, bleibt nur das Scaling-up, d.h. größere WKA's mit horozontalem Rotor. So gehen die Hersteller Repower und Enercon zur Zeit mit der Nennleistung (Auslegung) in die 5 Megawatt-Klasse mit dreiflügeligen Rotoren mit Durchmessern von 112 m und 120 m bei Nabenhöhen des Turmes von etwa 90 m bis 110 m. Hiermit sind Windanströmflächen von 9852 m2 bis 11310 m2 zu erreichen. Dies bedeutet gegenüber den heute in Betrieb befindlichen, größten WKA-Durchmessern von 82 m (A = 5281 m2) eine deutliche Steigerung um den Faktor 1,87 bis 2,14. Der Zuwachs an Nennleistung ist wohl höher, da die Vergrößerung der Nabenhöhe sich ebenfalls positiv auswirkt.

Ob sich mit diesem Scaling-up-Schritt und dem optimalen areodynamischen Design zur Anpassung an die Landwindverhältnisse auch etwas verändert bezüglich des Einschaltpunktes bei einer Windgeschwindigkeit von etwa ≥ 3 m/s (≥ 2 Bft) und des Abschaltpunktes bei einer Windgeschwindigkeit von ≥ 17,5 m/s (≥ 8 Bft) ist unbekannt.

Zu Anlage 10:

Dieses Bild zeigt die typische Struktur einer WKA mit 3 flügeligem Horizontalrotor und dem gesamten Maschinenhaus am Kopf des Turmes (siehe Bescheibungstexte im Bild).

Zu Anlage 11: mit 2 Abbildungen.

Die obere Abbildung zeigt 4 typische Windgeschwindigkeitsverteilungen mit den prozentualen Windanteilen über der korrespondierenden Windgeschwindigkeit für Binnenland-WKA's.

Die Maximalanteile liegen etwa bei 4, 5, 6 und 10 m/s Windgeschwindigkeit.

Die untere Abb. zeigt den 5-Jahres-Referenzertrag (Durchschnitts-Energieertrag) in kWh über den Rotorkreisflächen sehr unterschiedlich großer WKA's. Trotz der Wertestreuung (unterschiedliche Standorte mit streuendem Windenergie-Angebot) wächst der Energieertrag linear mit der Rotorfläche, was zu erwarten war.

Die Energieerträge aus 5 Jahren bewegen sich gemittelt auf 1 Jahr ab einer Rotorkreisfläche von 500 m2 bis 6500 m2 (D = 91 m) von 0,3 GWh/a bis 7,0 GWh/a. Dies entspricht mittleren Konstantleistungen von 34 kW bis 799 kW und hiermit flächenbezogenen mittleren Leistungen von 0,068 kW/m2 bis 0,123 kW/m2.

Zu Anlage 12: mit 2 Abbildungen.

Die obere Abb. zeigt zu den 19 besten WKA's in Deutschland (zusätzliche Kennung der aktuellen Anlagen) mit den Parametern

  • * Hersteller
  • * Rotordurchmesser
  • * Höhe
  • * und Nennleistung

    die Auslastung in %.

Die untere Abb. zeigt die Auslastungswerte in % über der Nennleistung in kW graphisch.

Mit diesen ernüchternden Ergebnissen bei breiter Ergebnisspreizung muß die Frage gestellt werden: "Wo liegen die grundsätzlichen Probleme der Binnenlandanwendung der Windenergienutzung"?

  • 1.) Die Windenergieangebote sind bezogen auf die Windgeschwindigkeiten und ihren Wirkzeiten im Niveau zu niedrig.
  • 2.) Bei der Suche nach WKA-Standorten werden zur Entscheidung zu wenig Windverfügbarkeitsuntersuchungen mit Langzeitmessungen durchgeführt. Die Intensität richtet sich hierbei mehr auf die Genehmigungsverfahren und die Investorensuche.
  • 3.) Die Systembindung zur Stromeinspeisung ins Stromnetz engt die Effizienz sehr stark ein. Hier spielt das Problem "Regelstrom" für den Verbund aller Stromerzeuger eine wesentliche Rolle. Der erzeugte Strom muß netzfähig gemacht werden, wie Frequenz (50Hz) mit gefordeter Einspeisespannung und die Einspeise-Stromleistung in die möglichen Netzverbundkreise muß passen, ohne daß andere Stromerzeuger zu oft in ihrer Stromlieferleistung hoch und runter fahren müssen.
  • 4.) Der erzeugte Strom durch Windkraft kann wegen 3.) nicht als Energie gespeichert werden auf Abruf.
  • 5.) Die stationären (ortsfesten) WKA-Parks werden so stark von Windstillen und Schwachwinden in ihrer Stromlieferung beeinträchtig, daß es aussichtlos ist, damit zu spekulieren, daß sie irgendwann nach mächtigem Ausbau ("WKA-Zupflasterung der Landschaft") fähig werden, bisherige konventionelle Stromerzeugergruppen zu ersetzen.
  • 6.) Ortsfeste WKA's haben zusätzlich das Problem, daß bei notwendigen Reparaturen und Wartungsarbeiten in luftiger Höhe (bsp. Maschinenhaus am Kopf des Turmes), Schwerstarbeit in oft unzugänglichem Gelände geleistet werden muß.
  • 7.) Positiv zu vermerken ist jedoch, daß sich ein Markt entwickelt hat, in dem Technologie- und Anwender-Knowhow wachsen konnten durch die bisherige Nutzungs-Zeit und Anwend- ungswelfalt. Hierbei hat man auch gelernt, was und wie man es nicht machen darf.
  • 8.) Der für Deutschland etwa 40 km vor Sylt in Planung befindliche Offshore-WKA-Park wird zwar das Windenergie-Angebot gegenüber der Binnenlandanwendung verbessern, behält jedoch die Probleme der direkten Stromeinspeisung ins Netz und weist besondere Herausforderungen auf bezüglich Montage und späterer Reparatur- und Wartungs-Arbeiten, sowie der Seekabelanlagen. Auch bleibt dieser WKA-Park stationär. Die Dänen haben mit solchen Offshore-Technologien in der Ostsee (windenergieschwächer als die Nordsee) schon Erfahrungen.

F.) Idee und Lösungsansatz einer deutlich umfassenderen Energieversorgung, die gegenüber der fossilen Energieversorgung substitutionsfähig wird:

  • 1.) Das Ziel: Nutzung der H2 -Energiestoffes für Anwendungstechnologien der Stromerzeugung und des Kraftstoffs für motorische Antriebe. Diese Energieform ist auf Abruf speicherbar!
  • 2.) Der Effekt: Wie unter den Punkten A.), 1.)Politisch, 2.) Ökonomisch und 3.) Ökologisch auf Seite -1- formuliert wurde, hilft die Anwendung des Energiestoffs H2 eine Reihe von heutigen Problemen zu lösen, auch die Energie- und Kraftstoff Versorgungssicherheit bezüglich Menge und Kosten, die gerade zur Zeit (Jahreswechsel 2005/2006!) eine extrem bedeutende Rolle spielt.
  • 3.) Die H2-Herstellung: Er ist mit einem Elektrolyseverfahren durch Wasserspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff zu erreichen. Hierbei fallen keine Rohstoffbeschaffungskosten an wie bei Rohöl und Erdgas.
  • 4.) Der Strom als Energie für die H2-Herstellung: Hierzu muß unbedingt eine Form erneuerbare Energie genutzt werden. Die beste Lösung hierfür ist die Windenergie, da auch sie keine Rohstoffkosten verursacht und mit 3.) zu einem ökologischen Kreislauf führt, sowie im Vergleich mit der Sonnenenergie durch Solarzellen mit deutlich mehr Jahreszeit zu nutzen ist.
  • 5.) Wo soll die Windenergie genutzt werden?

    Nach der Diskussion über die Binnenlandanwendung der Windenergie (s. S.9 + 10) wird vorgeschlagen, die Windenergie auf hoher See (bsp. Nordatlantik) für die Stromerzeugung zu nutzen.

Die Seekartenauswertungen (Anlage 5 bis 9a) haben gezeigt, daß die im Nordatlantik verfügbaren Windstärke-Wirkzeiten auf einem konkurrenzlosen Niveau sind und daher mit einer neuen Technologie zu nutzen sind.

Zu Anlage 13: Das Hochseeschiff als Wasserstofffabrik mit Windenergienutzung:

Folgende Kriterien sind für diese Lösung wichtig und für die genannten Punkte F.) 1.) bis 5.) bedeutend:

  • * Das Hochseeschiffbeinhaltet alle Produktionsfunktionen für die Wasserstoffherstellung wie:

    – die Hochseetüchtigkeit mit großer Länge und Breite, mit möglichst freiem Deck für die WKA-Aufbauten (Typ: "Öltanker"); zunächst bleibt WKA-Technologie noch offen;

    – mehrere WKA in windzugängiger Reihenaufstellung in günstigem Abstand für eine störungsfreie Windzuströmung zu den WKA-Anströmflächen;

    – Generatoren von den WKA's angetrieben zur Stromerzeugung;

    – unter Deck die Elektrolyse-Stacks für die Wasserspaltung; hierzu ist auch die Möglichkeit von Druck-Elektrolyse-Anlagen zu berücksichtigen;

    – Vorrattanks für das Wasser (noch offen, ob nur Süßwasser von Land oder auch Seewasser möglich);

    – Drucktanks (30 bar) ohne oder mit Metallhydrid-Funktion für die H2-Speicherung;

    – alle Nebenaggregate zum Pumpen und Verdichten, Heizen, Kühlen;

    – alle für die reinen Schiffsfunktionen erforderlichen Systeme wie Motor, Antrieb, Steuersystem, Anker, sowie Brücke für alle Anforderungen zur Navigation, sowie Gesamtprozeß-Monitoring und Steuerung für die Produktion;
  • * Besonderheit: Um die Mobilität der schwimmend fahrenden Wasserstofffabrik zu nutzen, um die windenergie-ergiebigsten Seepositionen ansteuern zu können (eine der wichtigsten Voraussetzungen für den Ertrag) benötigt das Schiff neben dem Positionssystem GPS (oder Galileo) ein meteorologisches Prognosesystem des DWD (Deutscher Wetterdienst) oder des BSH (Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie) für die Windstärke-Zustände und -Entwicklungen. Hiermit muß das Schiff mit Fahrzeitberücksichtigung zu Zielen navigiert werden.
  • * Seehäfen an deutschen Küsten, europäischen Küsten und nordamerikanischen Küsten sind zu berücksichtigen, die speziell zum Löschen der H2-Fracht in Tanks mit Verteilfunktionen (Direktleitungen wie bei Erdgas; Straßen- oder Schienen-Tankertransport, oder Tankschiffe für Seetransport) eingerichtet sind.
  • * Diese Häfen sind zusätzlich dazu geeignet, Reparatur- und Wartungsarbeiten durchzuführen (im Gegensatz zu stationären Offshore-WKA-Parks).

    Geplant, montiert und ausgerüstet wird ein solches Schiff in einer Werft.
  • * Die WKA-Technologie zur Stromerzeugung:

    Sehr wahrscheinlich ist die im Binnenland und Offshore vorgesehene WKA-Technologie auf Basis von 3-flügeligen Horizontalrotoren für die Schiffslösung auf hoher See nicht geeignet, da die Maschinenhäuser mit Gewichten bis zu 90 und 120 Tonnen am Kopf der WKA-Türme mit Höhen bis zu 100 m bei bewegtem Seegang und hohen Windkräften zu einer nicht beherrschbaren Aufschaukeldynamik des Schiffes um seine Längsachse führen kann.

    Zusätzlich sind je nach Größe des Schiffes 3 bis 4 WKA's in Reihe wünschenswert; (der weltgrößte Öltanker mit 380 m Länge und 63 m Breite lief erst kürzlich in Taiwan vom Stapel, er ist ein Doppelhüllentanker; er benötigt vom persischen Golf um Afrika herum bis zum mexikanischen Golf 5 Wochen und leer zurück durch den Suezkanal 4 Wochen, dazu kommt noch die Zeit zum Laden und Löschen. Dies führt zu etwa 5 Ladungen pro Jahr mit etwa 55000 t. Dieses Beispiel soll zeigen, daß auch und gerade der Aufwand des Rohöltransports einen erheblichen Zeit- und Kostenrahmen besitzt).

Mit dem Ziel, daß auch und gerade die Energie bei hohen Windgeschwindigkeiten gewonnen werden soll aufgrund der Mobilität und der meteorologischen Informationssysteme, bedingt eine Entwicklungsaufgabe zur Anwendbarkeit robuster WKA-Rotoren beispielsweise nach dem Heidelberg-Prinzip. Jedoch sollten die 3 Rotationsflächen pro Rotationsebene (s. Skizze als Vorschlag) aerodynamisch so gestaltet werden, daß auch hier das Prinzip der mit Auftriebskraft getriebenen Flächen überwiegt.

  • * Mit dieser Lösung wurde in Anlage 13 eine Prinzipskizze dargestellt.

    Sie zeigt schematisch einen Schiffskörper von 300 m Länge und 60 m Breite. Die Wasserlinie ist etwa 15 bis 20 m unter Deckebene. Mit dem Vertikalrotor des Typs H-Rotor lassen sich folgende Funktionen lösen:

    – das Maschinenhaus mit Getriebe und Generator ist unten unter Deckniveau;

    – Vertikalrotoren müssen nicht in den Wind gedreht werden wie Horizontalrotoren, allerdings muß der Schiffskörper entweder fahrend ähnlich einem Segelschiff in den Wind gestellt werden oder ruhend mit Vorder- und Hinter-Anker mit der Seite im Wind gehalten werden.

    – in dem gezeigten Beispiel können 3 H-WKA hintereinander mit einem Durchmesser von 56m und deutlichem Abstand zwischen den Rotoren positioniert werden;

    – die Brücke zum Navigieren ist sinnvollerweise bugseits positioniert;

    – für den Fall des Schiffes in Fahrt sind wohl bevorzugte Windanströmrichtungen von schräg hinten zwischen 30° bis 60° sowohl backbord- als auch steuerbord-seitig vernünftig;

    – in der Skizze sind die 3 H-Rotoren so auf Deckniveau positioniert, daß sich ihre Unterkante etwa 10 m über Deckniveau und damit etwa 30 m über Wasserniveau befindet;

    – die windaktive Rotorgesamthöhe wurde mit 80 m angenommen; mit den angenommenen Werten für Durchmesser D und Höhe H ergibt sich pro 1 WKA eine Windanströmfläche von 4480 m2; für die 3 WKA zusammen 13440 m2; Schiffsabmessungen von 380 m Länge und 63 m Breite ermöglichten 4 WKA-Rotoren auf Deck mit bis zu 17920 m2 Anströmfläche in Summe bei gleichen Rotorabmessungen.

    – und mit welcher Energie fährt das Schiff? Es ist natürlich ein konventioneller motorischer Schraubenantrieb erforderlich, um mit hoher Sicherheit navigieren zu können; jedoch entwickelt jede WKA durch die Windkräfte getrieben das Drehmoment für den Generator als auch eine Schubkraft in Windrichtung, die wie bei einem Segelschiff für "stille" Fahrt genutzt werden sollte, um Energie für die Fahrt zu sparen;

    – Weiterhin wird vorgeschlagen unter der Prämisse, daß eine solche Gesamttechnologie entwickelt und realisiert werden sollte, für den Start große existierende Einhüllen-Öltanker, die bis zum Jahr 2010 außer Betrieb zu nehmen sind, nicht zu verschrotten, sondern für die Nutzung als Wasserstofffabrik auf hoher See umzubauen.

    – Die Kapazität der Elektrolysezellen zur Wasserspaltung in Wasserstoff und Sauerstoff muß mindestens der maximal zu erwartenden Stromerzeugungskapazität durch die Windleistung entsprechen.

    – Es ist zu hinterfragen, ob der gleichzeitig gewonnene Sauerstoff abhängig von der eingesetzten Wasserqualität auch ein Verkaufsprodukt darstellt.

    – Bei positivem Start der beschriebenen Gesamttechnologie ist festzuhalten, daß sich die Kapazitäten stufenweise erhöhen lassen, um sie einem steigenden H2-Anwendermarkt anzupassen.

    – Es wird vorgeschlagen, daß zum Zeitpunkt, ab dem die besprochene Technologie soweit marktfähig geworden ist, daß sie auf Basis der fossilen Energie-und Kraftstoffgewinnung substituierend wirkt, der produzierte Strom von den jetzt und bis dahin in Betrieb befindlichen Binnenland-WKA-Parks zwar weiterhin ins Stromnetz eingespeist wird, jedoch mit der Maßgabe, daß der Strom mit einem Wasserstoff Äquivalent bezahlt wird.

    Hiermit entfallen die Regelstromprobleme zum Abstellen von WKA's, jedoch nur, wenn in der Nähe der Wasserstofflager mit dem Strom von Binnenland-WKA's auch die äquivalente Menge Wasserstoff produziert wird. Es ist hierbei zu unterbinden, daß stromproduzierende fossile Kraftwerke diesen Weg auch nehmen können.


Anspruch[de]
Für das rohstoffarme Land Deutschland ist gerade zur Zeit dringend geboten, den Weg in die Wasserstofftechnologien zu beschleunigen, indem der Wasserstoff sowohl als speicherbarer Energiestoff zur Verstromung, sowie als Kraftstoff mit umfassender Anwendbarkeit genutzt wird, um die insbesonders bedrohte Versorgungs- und Rohstoffkosten-Sicherheit herzutellen, indem eine Basistechnologie entwickelt und realisiert wird, die Wasserstoff durch elektrolytische Spaltung von Wasser (unendlich verfügbar + kostenlos) in Wasserstoff und Sauerstoff ermöglicht und die hierzu erforderliche Energie in Form von Strom mithilfe der Windenergie (unendlich verfügbar + kostenlos) erzeugt wird, sodaß die gesamten Anlagenelemente zur Windenergiegewinnung mit Umsetzung in Strom, als auch die elektrolytische Spaltung und die Speicherung der Gase auf hochseetüchtigen Schiffen des Typs "Öltanker" installiert und gleichzeitig (Tag + Nacht) betrieben werden, um mit dieser mobilen Wasserstofffabrik unterstützt von meteorologischen Navigationssystemen mit Vorhersageinformationen die windenergie-ergiebigsten Seegebiete (bsp. Nordatlantik) gezielt anfahren zu können, da sie das höchste Niveau der Windenergie-Ernte haben. Durch die Konzentration der gesamten Prozesskette von der Stromgewinnung über die Wasserstoff Erzeugung und -Speicherung auf einem hochseetüchtigen Schiffwird gewährleistet, daß bei steigender Anwendung der Wassertofftechnologie die Produktionskapazitäten Schritt um Schritt (sprich: Schiff um Schiff) gut angepaßt werden können, als auch die Markterschließung zur Anwendung mithilfe von mehr Häfen zum Löschen des Wasserstoffs in stationäre Tanks bsp. rund um den Nordatlantik für Deutschland, Irland, Großbritannien, Norwegen, und Nordamerika zu realisieren ist. Da die gesamte Prozeß- und Anwendungs-Kette der Wasserstofftechnologie sehr komplex und aufwendig ist, und hierzu erhebliche Entwicklungsmittel bereitzustellen sind, wird vorgeschlagen, für den Start Schiffe aus dem Bestand der einhülligen Öltanker nicht ab dem Jahr 2010 zu verschrotten, sondern sie nach Eignungsprüfung dem Umbau der beschriebenen Lösung zuzuführen. Aus Gründen, die in der Beschreibung erläutert wurden, wird vorgeschlagen, daß die WKA zur Stromerzeugung mit Windenergie auf der mobilen Wasserstofffabrik auf hoher See ein WKA-System mit vertikalem Rotor ist (bsp. H-Rotor des Systems "Heidelberg"), damit

a.) das große Gewicht des Maschinenhauses mit dem Getriebe und Generator unten unter Deck installiert ist und

b.) die Windrichtung hierfür keine Rolle spielt wie bei den Horizontalrotoren und

c.) der Vertikalrotor aufgrund seiner beachtlichen Gesamthöhe (bsp. 80 m mit einem Durchmesser von bsp. etwa 60 m) über die Höhe in zwei Rotationssegmente aufgeteilt wird, wobei die Segmente mit je 3 aerodynamisch ausgebildeten Rotorblättern ausgestattet und zueinander versetzt sind (siehe Skizze in Anlage 13) und

d.) die radialen Querstreben pro Blatt in beiden Segmenten (6 Querstreben), welche die Summe aller wirkenden Umfangskräfte für die Drehmomentbildung und horizontalen Schubkräfte zur vertikalen Rotorwelle übertragen müssen, von innen nach außen so aerodynamisch zu "verkleiden" sind, daß sie in Triebwellennähe Widerstandskräfte (für das Anfahren aus Windstille in Wind) und nach außen ebenfalls Auftriebskräfte erzeugen.
Das Schiff mit allen Anlagen und Ausbauten muß Hochseetüchtigkeit bezogen auf Wellengang und Orkan, sowie Schiffsverkehr gewährleisten, wozu vor allem ein starker Antrieb für Schraube und Ruder vorhanden sein muß; dies sind bis heute Dieselmotoren mit Dieselölbunkern, weshalb für die fernere Zukunft vorgeschlagen wird, zwar einen Dieselantrieb aus Betriebssicherheitsgründen zu belassen, der jedoch die Schraube nicht direkt antreibt, sondern einen Generator zur Stromerzeugung, um hiermit den Schraubenantrieb elektromotorisch zu gestalten, sodaß hierbei auch über reversibel ausgerüstete Elektrolysezellen wieder Strom aus gespeichertem Wasserstoff erzeugt werden kann, um das Schiff immer elektromotorisch anzutreiben, jedoch mit Strom entweder aus Dieselkraftstoff oder an Schiff erzeugtem Wasserstoff, wobei beim Fahren auf windenergiereicher See (entspricht dem Ziel) die immer vorhandenen WKA-Schubkräfte wie bei Großseglern zum Vortrieb automatisch mitgenutzt werden.






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