Schätzung der Effizienz von zwei Teilsystemen der "Energy Towers"

Prof. Dr.-Ing. Marcus Geimer
KIT Campus Transfer GmbH

Zusammenfassung:
Um die CO2-Emissionen zu reduzieren, ist ein schneller Wechsel zu klimaneutralen Energien notwendig. Dazu müssen klimaneutrale Technologien erweitert und die Effizienz bestehender, nicht klimaneutraler Anlagen erhöht werden. In dieser Veröffentlichung wird eine neue Anlagenart untersucht, die auf dem Archimedes-Prinzip basiert und eine effiziente Energieumwandlung ermöglichen soll. Die berechneten Effizienzen zweier Teilsysteme geben eine erste Schätzung und können mit detaillierteren Modellen weiter präzisiert werden.

Stichwörter: Energieumwandlung, Energietürme, Archimedes-Prinzip
I. Einführung

Die Idee, die Auftriebskraft von Körpern in einer Flüssigkeit zur Energieumwandlung zu nutzen, ist nicht neu, aber eine profitable Realisierung wurde noch nicht erreicht. Die Firma "Energy Towers Holding AG" zielt darauf ab, ein neues Betriebsprinzip zu entwickeln. Um die Effizienz und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage abschätzen zu können, wurden Berechnungen für zwei Teilsysteme der Anlage von der "KIT Campus Transfer GmbH" durchgeführt. Diese Veröffentlichung enthält die Ergebnisse der Untersuchungen von Ende 2017, basierend auf den damals verfügbaren Modellen und Daten.
II. Funktionsprinzip

Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anlage, die in den folgenden Abschnitten beschrieben wird. Die Anlage besteht aus den Teilsystemen "Primäre Energieumwandlung", "Hydraulisches System", "Tore", "Turm" und "Elektrischer Generator". In Abbildung 1 sind nur die Teile "Hydraulisches System", "Tore" und "Turm" dargestellt. Das "Kommunizierende Rohr" gehört zum Teilsystem "Tore" und wird später erklärt. Der grundlegende Ablauf beginnt mit den Prozessen im Turm.
III. Simulation des hydraulischen Systems

Dieser Abschnitt beschreibt die Berechnung zur Abschätzung der Effizienz des hydraulischen Systems. Die Berechnung beruht auf der Bestimmung der Effizienz einzelner hydraulischer Zylinder und deren Kombination zur Gesamteffizienz des Systems. Die Annahmen beinhalten hohe Effizienzen von 98 % für die Kolbenstangen und 99 % für die Kolben. Für den simulierten Zykluszeitraum von 6 Sekunden wurde ein Druckverlust von 3 bar angenommen, was zu einer Gesamteffizienz von 68 % führt.
IV. Simulation des Turms

In diesem Abschnitt werden die Prozesse im Turm detailliert und die Berechnungen zur Bestimmung der Effizienz erklärt. Es werden verschiedene Verluste wie Strömungsverluste und Reibungsverluste berücksichtigt. Die Auftriebskraft wird gemäß dem Archimedes-Prinzip berechnet und die resultierenden Kräfte, die die Bewegung der schwimmenden Körper beeinflussen, werden analysiert. Die Berechnung der gesamten Strömungswiderstandskraft berücksichtigt die Oberflächen- und Formwiderstände.

V. Diskussion und Schlussfolgerung

Die Berechnungen zeigen, dass beide Teilsysteme – das hydraulische System und das Turmsystem – vielversprechende Effizienzen aufweisen. Die Schätzungen basieren auf den verfügbaren Modellen und Daten von Ende 2017 und bieten eine erste Grundlage für die weitere Entwicklung und Optimierung der "Energy Towers".

Zukünftige Arbeiten sollten detailliertere Modelle und Simulationen verwenden, um die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Anlage weiter zu präzisieren. Die Ergebnisse dieser Studie liefern wichtige Erkenntnisse für die Realisierung und Verbesserung klimaneutraler Energieumwandlungstechnologien.
VI. Danksagung

Die Autoren danken der "Energy Towers Holding AG" für die Bereitstellung der Daten und Modelle, die für diese Studie verwendet wurden.