Im folgenden kommt wieder eine eine kreative Idee, die mir schon seit einigen Jahren im Kopf herumspukt. Die längste Zeit war ich mir unsicher darüber, ob das Konzept überhaupt funktionieren würde, weil ich eine Niete in Physik bin. Als dann aber ein Spanier vor einem halben Jahr den Windstromvibrator in der Öffentlichkeit vorgestellt hatte, war mir klar, dass meine Idee funktionieren würde und sogar noch viel besser und billiger wäre. Daher im folgenden die Windstromharfe. Lesen, kritisieren und ausprobieren ist in Ordnung, patentieren selbstverständlich verboten.
Es geht um Frequenzen
Das faszinierende am Windstromvibrator für mich ist die Herleitung der Idee. Dessen Erfinder dachte in an das exakt selbe wie ich bei meiner Windstromharfe: Die Tacoma-Narrows-Brücke, die in den 1940ern irgendwo in den USA errichtet wurde. Deren Berühmtheit geht darauf zurück, dass ihre Länge zufällig exakt mit der Windgeschwindigkeit übereinstimmte, an der sie gebaut wurde und sie deswegen wie wild zu schwingen begann. Nach wenigen Tagen mit erstaunten Zuschauern war der Spaß vorbei, die Brücke krachte wegen der extremen Kräfte in sich zusammen.
Der spanische Ingenieur drehte dieses Phänomen vom Problem zur Lösung um und heraus kam ein, sagen wir, spargelförmiger Stab, an dem der Wind vorbei fließt, woraufhin der Spargel zu schwingen beginnt. Die Schwingungen wiederum werden auf einen Generator übertragen, der die Bewegungsenergie in Elektrizität umwandelt. Laut den offiziellen Angaben soll der Windstromvibrator zwar nur knapp die Hälfte konventioneller Windkraftanlagen aus dem Wind herausholen können, dafür ist er auch nur halb so teuer im Bau und in der Wartung, dazu geräuschlos, tötet keine Vögel und ist auch nicht ganz so hässlich.
Schwingende Kupfersaiten und Permanentmagneten
Meine Idee für die Windstromharfe funktioniert ganz ähnlich, aber wäre noch einmal erheblich billiger und wartungsärmer. Im Prinzip muss man sich vorstellen, als wäre die Tacoma Brücke aus Kupfer und an Stelle von Wasser unter ihr sind Permanentmagneten so angebracht, dass deren Magnetfeld im 45° Winkel zur Brücke stehen. Anstelle der Brücke kann man sich natürlich auch die Saite eines Musikinstruments vorstellen, wobei die Saite nicht vom Musiker angezupft wird, sondern so gespannt ist, dass sie vom vorbei streichenden Wind zu vibrieren beginnt.
Sobald die Saite zu schwingen beginnt, bewegen sich die Elektronen darin hin- und her, da sie vom fixierten Permanentmagneten festgehalten werden. Bildet die Saite einen geschlossenen Stromkreis, dann entsteht ein Wechselstrom mit der Frequenz, mit der die Saite schwingt. Das Grundprinzip ist also herzlich einfach einfach und müsste nach meinem Verständnis problemlos funktionieren, so lange die zur Saitenspannung passende Windgeschwindigkeit herrscht.
Damit nicht nur bei einer Windgeschwindigkeit Strom erzeugt werden kann, braucht es einen Windmesser (was kein Problem sein sollte) und dazu das, was man bei der Gitarre einen Wirbel nennt. Daran sind die Saiten festgemacht und wenn man an dem Wirbel dreht, wickelt sich die Saite darum mit der Folge dass sich die Frequenz der Saite ändert. Das selbe benötigt man konzeptionell auch bei der Windstromharfe, wobei die Stellung des Wirbels stets an die jeweilige Windgeschwindigkeit angepasst werden muss. Technisch ist das mit Sicherheit kein Hexenwerk und preislich kein Ausschlusskriterium.
Größer, variabler, und wartungsärmer
Als letztes Element fehlt noch die Windrichtung, die bei Windrädern mit dem Verstellen der Rotoren erfolgt, während dies beim Windstromvibrator keine Rolle spielt. Bei der Windstromharfe würde es sich ähnlich verhalten, da die Saiten mit Hilfe der Wirbel in der optimalen Weise gespannt werden können, damit auch sie auch bei Seitenwind zu vibrieren beginnen.
Im Unterschied zu Windstromvibratoren spricht nichts dagegen, die Saiten nicht über die ganze Höhe gehen lassen, sondern beispielsweise alle 10m eine neue Saite aufspannen, die eine eigene Frequenz abdeckt, da der Wind in unterschiedlichen Höhen andere Geschwindigkeiten aufweisen kann. Der Windstromvibrator dagegen kann immer nur in einer Frequenz vibrieren, die Windstromharfe kann individuell alle Geschwindigkeiten abdecken.
Im Unterschied zu Windrädern schließlich kann die gesamte Fläche genutzt werden und nicht nur der kreisförmige Ausschnitt jener Fläche, über die sich das Windrad erstreckt. Das Resultat ist mehr als eine Verdoppelung der effektiven Flächennutzung, da auch kein Abstand zum Boden gehalten werden muss. Geht man bei der Windstromharfe von einer mit dem Windstromvibrator vergleichbaren Ausbeute aus, dann würde die effektive Ausbeute pro Fläche konventionellen Windrädern entsprechen.
Kosten und Ausbeute
Die Kosten Windstromharfe belaufen sich auf das Kupfer für die Saiten, das Neodym für die Magnete, den Rahmen für alles, sowie die Technik in Form von Windmessern, Wirbeln, Wechselrichtern und die Bodenmiete. Als Vergleich dient die Haliade-X von Entega mit einer Gesamthöhe von 260m hohen Anlage und einer Stirnfläche von 220m aus. Für die halbrunde Windstromharfe resultiert dies in einer Fläche von 57.200m².
Benötigt eine Saite 20cm Platz, dann besteht die Anlage aus 1.100 Einheiten mit jeweils 260m Kupferkabel, Permanentmagneten und der Halterung für die Magneten. Nimmt man für alle drei Komponenten näherungsweise einen (runden) Durchmesser von 1cm an, dann benötigt die Anlage jeweils 23 69m³ Kupfer (196 Tonnen), Neodym (148 Tonnen) und Stahl (172 Tonnen). Neodym kostet zur Zeit 120.000 Euro pro Tonne, Kupfer 8.000 Euro und Stahl etwa 1.500 Euro. Alles zusammen kostet 19,5 Millionen Euro.
Die Kosten für die Wirbel, ihre Motoren und der zugehörige Wechselrichter kosten 1.500 Euro pro Stück und 1,7 Millionen Euro zusammen. Weitere Kosten fallen für Gesamtrahmen, das Fundament und den Boden an, sowie für den Aufbau der Anlage. Insgesamt würde die Anlage etwa 30 Millionen Euro kosten.
Unschlagbare Preisleistung
Die maximale Ausbeute entspräche in etwa der Vergleichswindkraftanlage, deren Leistung mit 67GWh angegeben wird, die über die installierten 12MW produziert werden. Die Installationskosten der Windstromharfe pro KW liegen damit bei 2.500 Euro. Abgeschrieben auf 5 Jahre kostet eine KWh 8,96 Cent.
Der große Vorteil einer Windstromharfe besteht darin ,dass konventionelle Anlagen erst ab 4m/s mit der Stromproduktion beginnen. Ihre optimale Betriebsgeschwindigkeit liegt bei 12m/s und bei Windgeschwindigkeiten von über 25m/s müssen sie ausgeschaltet werden. Die Windstromharfe dagegen kann bei allen Windgeschwindigkeiten produzieren, lediglich das Produktionsoptimum liegt in einer engen Bandbreite und hängt von der Beschaffenheit der Kupfersaiten ab. Die Chancen stehen daher gut, dass Windstromharfen bei der effektiven Preisleistung sowohl Windstromvibratoren als auch konventionelle Windräder deutlich schlagen. Jetzt muss nur noch jemand eine bauen und den Nachweis erbringen.
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