Die Stromübertragung

Als Nächstes brauchen wir Einrichtungen, mit dem die großen Strommengen, die mit sehr großen Windkraftwerksparks auf den Ozeanen erzeugt werden , wirtschaftlich und verlustarm über Land und Meere und damit über größte Entfernungen transportieren. Nachfolgend ist eine solche Einrichtung beschrieben.

Beschreibung:

Einrichtung zur großtechnischen Drehstromfernübertragung über Land und Meere.

Die Erfindung betrifft zum einen Einrichtungen, die insbesondere zur wirtschaftlichen Übertragung von sehr großen Strommengen dienen, die mittels großen Parks von Windkraftanlagen in sehr großen Küstenabständen auf den Weltmeeren gewonnen werden und zum anderen Einrichtungen die einen weltweiten wirtschaftlichen Verbund von elektrischer Energie ermöglichen.

Die heutigen Drehstromübertragungseinrichtungen haben den wesentlichen Nachteil, dass bei großen Stromübertragungsentfernungen hohe Energieverluste entstehen, so daß die wirtschaftlichen Übertragungsentfernungen auf etwa 1000 km begrenzt sind und die Hochspannungsgleichstromübertragung hat im Wesentlichen die Nachteile, dass die Gleichstromübertragung auf eine maximale wirtschaftliche Spannung von 500 000 Volt beschränkt ist, weil sonst der Aufwandt für die elektrische Isolierung zu groß wird. Durch diese Spannungsbegrenzung werden auch die erforderlichen Leitungsquerschnitte sehr groß. Außerdem ist das Gleichrichten von höheren Spannungen mit entsprechend höheren Energieverlusten verbunden. Dazu kommen dann noch die höheren Transformatorenergieverluste.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde diese Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch extrem niedrigfrequenten Drehstrom mit extrem hoher Spannung gelöst. Hierbei wird beispielsweise in großen schwimmfähigen Windkraftwerkparks auf einem Ozean, küstenfern extrem niedrigfrequenter Drehstrom erzeugt. Dieser extrem niedrigfrequente Drehstrom wird mittels parallel- und in reihe geschalteter Drehstromtransformatoren auf Hochspannung transformiert. Die einzelnen Phasen dieses hochgespannten Drehstroms werden dann getrennt von einander mittels in Reihe geschalteter Wechselstromtransformatoren auf höchste Spannung (beispielsweise 5 000 000 Volt) transformiert. Die Verlustenergie der hier benötigten Transformatore ist extrem gering, weil durch die extrem niedrige Drehstromfrequenz nur eine extrem geringe Ummagnetisierungsenergie für die Transformatorenbleche erforderlich ist, so dass bei entsprechender Transformatorenwicklungs-Auslegung beim Transformieren des Drehstromes auf höchste Spannung insgesamt nur relativ geringe Energieverluste entstehen. Die Transformatoren sind auf einer entsprechend großen, auf dem Meer schwimmfähigen, am Meeresboden fest verankerten, elektrisch höchstspannungsisolierenden, sehr stabilen Plattform fest montiert. Die drei Phasen des höchst gespannten Drehstroms werden vorteilhaft getrennt voneinander über Stromleitungen, die auf schwimmfähigen, am Meeresboden fest verankerten, elektrisch isolierenden Tragwerken befestigt sind, übertragen. Für die Stromübertragung über Land werden feststehende elektrisch sicher isolierende Strommaste verwendet. Die Wandlung des höchtsgespannten Drehstroms am Bestimmungsort auf eine benötigte niedrigere Spannungsebene wird mittels in reihe- und parallel geschalteter Wechselstrom- und Drehstromtransformatoren bewirkt. Bei Drehstromübertragung werden im extrem niedrigfrequenten Bereichen, bei den relativ geringen Leitungsquerschnitten, die bei extrem hochgespanntem Strom erforderlich sind, die Induktiven Energieverluste weitgehend vernachlässigbar klein, so dass die Leitungsdurchmesser wesentlich größer sein können als beispielsweise bei 50Hz Wechselstrom. Beispielsweise genügt für die Fernübertragung einer Drehstromleistung von 10 000 000 KW, bei einer Phasenspannung von 5 000 000 Volt und einer Frequenz von 0,2 Hz je Phase, eine Stromleitung von 40 mm Durchmesser aus AlMgSiF37, um etwa nur 4 % Energieverlust bei einer Übertragungsentfernung von 10 000 km zu erreichen. Bei einer günstigen Auslegung der Transformatoren kann für die Stromübertragung über 10 000 km ein Gesamtwirkungsgrad von etwa 92 % erreicht werden.

Eine Ausführung der Einrichtung zur großtechnische Drehstromfernübertragung über Land und Meere zeigen die Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Fig. 1 zeigt die Ansicht von schwimmfähigen Tragwerken mit Stromleitung 1.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht von schwimmfähigen Tragwerken mit Stromleitung 1 .
Fig. 3 zeigt den Querschnitt einer Stromleitung 1 mit einer sich nach dem Wind ausrichtenden
Strömungswiderstand verringernden Stromleitungsverkleidung 6 .
Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines Mastes 3 mit einer sich nach dem Wind ausrichtenden
Strömungswiderstand verringernden Mastverkleidung 7 .

Eine Ausführung einer Einrichtung zur großtechnischen Drehstromübertragung über Land und Meere ist in folgender Beschreibung dargestellt :

Ein Park von großen schwimmfähigen Windkraftwerken, der 10 000 Km von der Küste entfernt ist, liefert einen Strom von 10 000 000 KW Leistung. Die Spannung des gelieferten Stromes beträgt 20 000 Volt. Die Frequenz dieses Drehstroms beträgt 0,2 Hertz. In einer ersten Stufe wird dieser Drehstrom mittels 200 Stück parallel geschalteter Drehstromtransformatore auf eine Phasenspannung von 100 000 Volt transformiert. In einer zweiten Stufe wird dieser Drehstrom durch 40 Stück parallel geschalteter Drehstromtransformatore auf eine Phasenspannung von 1 800 000 Volt transformiert. In den nächste Stufen werden die einzelnen Phasen des Drehstroms mit in Reihe geschalteter Wechselstromtransformatore auf eine Phasenspannung von 5 000 000 Volt transformiert. Die Transformatore sind auf einer schwimmenden, extrem hohe Spannung sicher elektrisch isolierende Plattform fest montiert. Diese Plattform ist am Meeresboden sturmsicher mehrfach fest Verankert. Vor der ersten Stufe der Drehstromtransformatore sind jeweils Fehlerstrom-, Sicherungs- und Ausschalter angebracht. Der auf höchste Spannung von 5 000 000 Volt Phasenspannung transformierte Drehstrom wird über drei voneinander getrennten Stromleitungen 1, die jeweils einen Durchmesser von 40 mm haben und aus AlMgSi1F32 bestehen, zur Küste geleitet. Diese Stromleitungen 1 sind auf schwimmfähigen, elektrisch isolierenden Tragwerken befestigt, die am Meeresgrund fest verankert sind. Die Abstände zwischen den Tragwerken betragen jeweils 1000 Meter. Das Durchhängen der Stromleitung 1 zwischen zwei Tragwerken beträgt maximal 50 Meter. Ein Tragwerk besteht aus einem Mast 3, den Seilen 2, den drei Fachwerken 4, den drei Schwimmkörpern 5, den drei Ankerseilen 8 und den drei Ankern 9. Der Mast 3 ist ein senkrecht angeordnetes, an den Fachwerken 4 befestigtes und durch hochfeste elektrisch isolierende Seile 2 gehaltenes Rohr mit einem Außendurchmesser von 160 mm und einem Innendurchmesser von 100 mm und besteht aus Epoxydharz mit 75 % in Längsrichtung angeordneten Kohlefasern und seine Höhe beträgt 150 Meter. Die Fachwerkträger 4 sind Schweißkonstruktionen aus runden Baustahlrohren, sind mit dauerhaften Korrosionsschutz versehen und in der Mitte des Tragwerks miteinander fest verbunden. Die drei Fachwerkträger sind jeweils 40 Meter lang und an den äußeren Enden sind zylinderförmige Schwimmkörper 5 aus dauerhaft korrosionsgeschütztem Stahlguß befestigt, deren Mittenachsen senkrecht angeordnet sind. Die Schwimmkörper 5 sind jeweils mittels eines Ankerseiles 8, die aus gereckten Polyetylenfasern bestehen und die mit Polyetylenfolie umwickelt sind, mit den Ankern 9, die aus massiven Grauguß bestehen, am Meeresboden, beispielsweise in 4000 Metern Meerestiefe, fest verbunden. Um die Belastungen durch Windkräfte zu minimieren, so dass sich insgesamt erhebliche Materialeinsparungen, insbesondere bei den Ankerseile 8 und Ankern 9 ergeben, sind die Stromleitungen 1 mit, um diese Stromleitungen 1 schwenkbaren strömungsgünstig geformten, sehr leichten Stromleitungsverkleidungen aus Kunststoff versehen und in gleicher Weise sind die Masten 3 weitgehend mit Mastverkleidungen 7 versehen. In gleicher Weise sind auch die Seile 2 verkleidet. Durch diese sich nach dem Wind ausrichtenden Verkleidungen wird der Luftströmungswiderstand etwa um den Faktor 4 gesenkt. Insgesamt werden für die 10 000 Km Drehstromübertragungsstrecke 30 000 Stück Tragwerke benötigt. Die Tragwerke sind oben mit Leuchtfeuern versehen, die mittels mit einem sich drehenden Lichtleitfaserbündel von unten mit Licht gespeist werden und von unten gedreht werden. Das Lichtleitfaserbündel ist von unten durch den Mast 3 geführt. Die nötige Energie für den Betrieb der Leuchtfeuer kann zentral oder dezentral, z.B. durch kleine Windkraftanlagen, erzeugt werden.

Die besonderen Vorteile dieser Erfindung sind, dass hiermit einmal äußerst verlustarme, weltweite Stromverbünde erstellt werden können und zum anderen, was noch bedeutungsvoller sein wird, dass hierdurch zukünftig die Windenergien, die mittels großen Windkraftwerksparks auf den Weltmeeren erzeugt werden, über die Weltmeere äußerst wirtschaftlich über größte Entfernungen weitestgehend verlustarm übertragen werden können.

Bezugszeichenliste:
Stromleitung 1
Seil 2
Mast 3
Fachwerk 4
Schwimmkörper 5
Stromleitungsverkleidung 6
Mastverkleidung 7
Ankerseil 8
Anker 9

Windkraftwerkparks und Stromleitungen.

Um mit einem Windkraftwerkpark der beschrieben Art Windkraftanlagen eine durchschnittliche Leistungsabgabe von 10 000 000 KW zu erreichen sind etwa 1500 Stück der beschriebenen Windkraftwerke erforderlich. Dazu sind rationelle Fertigungseinrichtungen erforderlich, die spätesten bei der Fertigung von schätzungsweise 10 Stück solcher Windparks amortisiert sein müssten. Hierbei müssten dann die Fertigungskapazitäten so ausgelegt sein, dass man mit ihnen jährlich einen Windpark obiger Größe errichten kann. Gleiches gilt für die Fertigungseinrichtungen für die Stromübertragungsanlagen. Für die Errichtung von 1500 Stück Windkraftwerken der beschriebenen Art ist schätzungsweise ein Kapitalbedarf, bei rationellsten Herstellungsverfahren, von insgesamt weniger 3 Milliarden Euro erforderlich. Etwa 1 Milliarden Euro Kapital sind maximal für eine Stromübertragungseinrichtung von 3000 km Länge erforderlich. Etwa maximal 4 Milliarden Euro würden, nach meiner Einschätzung, für die rationellen Fertigungs- und Montageeinrichtungen erforderlich sein. Es ist somit ein Kapitalbedarf von etwa 8 Milliarden Euro erforderlich. Bei 20 % Umlage des Kapitals für die Fertigungs- und Montageeinrichtungen für die Errichtung eines Windparks ergeben sich Stromherstellungskosten am Empfangsort, bei geschätzten Betriebs- und Wartungskosten von 100 Millionen Euro pro Jahr je Windpark, von maximal 0,007 Euro pro Kilowattstunde. Die geschätzten extrem niedrigen Stromkosten lassen sich durch Einzelkostenschätzungen der Elemente der benötigten Anlagen belegen und sind zur sicheren Seite wesentlich nach oben gerechnet. Auf eine detailliertere Kostenschätzung, die ich durchgeführt habe, wurde an dieser Stelle bewusst verzichtet. Trotz der extrem niedrigen, zu erwartenden Erzeugungs- und Transportkosten des Stromes, ist es äußerst unwahrscheinlich, dass sich Unternehmen oder Unternehmenszusammenschlüsse hier arrangieren werden, weil es voraussichtlich niemand in einem größeren Unternehmen auf sich nehmen wird, sich für eine so ganz große neue Sache stark zu machen und wenn doch, würden mit Sicherheit die übrigen Verantwortlichen nicht mitspielen. Es ist mit Sicherheit auch keine öffentliche Hilfe von Bedeutung zu erwarten.

Für die Kapitalbeschaffung müsste daher, nach meiner Einschätzung, eine neue Aktiengesellschaft gegründet werden. Wegen der extrem großen Gewinnerwartung auf Grund der zu erwartenden extrem günstigen Stromerzeugungs- und Stromtransportkosten im Verhältnis zu den heutigen Stromerzeugungs- und Stromtransportkosten, dürfte eine solche Aktie ein Renner werden und damit das nötige Kapital für mehre Windparks in kurzer Zeit verfügbar sein. Dann ist es eine relativ nicht allzu schwierige Aufgabe, die nötigen Fachleute zu versammeln, die die technischen und logistische Realisierung der Windkraftwerkparks und der Stromleitungseinrichtungen betreiben werden.

Nutzbare Windenergien über den Ozeanen .

Die gesamte globale Windenergie beträgt etwa 4 300 000 000 000 KW ( Go-Wissen). Davon befindet sich etwa 25 %, das heißt etwa 1 000 000 000 000 KW, nach eigenen Berechnungen, im näheren nutzbaren Bereich der Erdoberfläche. Wandelt man hiervon nur 2 % in nutzbaren Strom, dann stehen für jeden von 6 Milliarden Menschen durchschnittlich 3,33 KW Strom zur Verfügung. Dies reicht aus, bei allgemeiner rationeller Energienutzung , den Energiebedarf der Menscheit vollständig dauerhaft zu decken. Dabei ist es besonders vorteilhaft, weltweit synchronisierten, höchstgespannten , extrem niedrigfrequenten Drehstrom zu erzeugen und diesen möglichst weltweit zu vernetzen, weil dies die Notwendigkeit Energie zu Speichern vielfach verringert. Dadurch werden auch weitestgehend erhebliche Energieumwandlungsverluste vermieden. Es sind etwa 4 500 000 Stück der hier beschriebenen Windkraftwerke weltweit gesehen erforderlich, die sich auf etwa 20 % der gesamten Meeresfläche verteilen .

Ausblick

Mit dem extrem billigen Strom lässt sich Wasserstoff um mehr als 60 % billiger erzeugen, als heutzutage aus Erdgas. Dazu kommen erhebliche Kostenverringerungen für die Verdichtung von Wasserstoff auf Grund des extrem billigen Stromes . Insbesondere werden hierdurch für die Verflüssigung von Wasserstoff erhebliche Kostenvorteile erzielt. Wasserstoff ist ein Rohstoff der in der chemischen Industrie von aller größter Bedeutung ist. Insbesondere ist Wasserstoff bei der Ammoniakherstellung von entscheidender Bedeutung und damit auch weitestgehend für die Kunstdüngerherstellung und somit wird durch den billigen Wasserstoff auch die Kunstdüngerherstellung wesentlich kostengünstiger. Der billige Wasserstoff wird auch die Kunststoffherstellung wesentlich kostengünstiger werden lassen. Für die Stahlerzeugung aus Eisenerz wird ausschließlich nur noch die Direktreduktion mittels Wasserstoff wirtschaftlich sein und der Stahlpreis auf dem Weltmarkt dürfte sich hierdurch fast halbieren. Gleiches dürfte sich etwa auch bei der Gewinnung anderer Metalle wie zum Beispiel Nickel ergeben. Noch entscheidender dürfte sich der extrem billige Strom auf die Herstellung von Aluminium auswirken. Erzeugt man Aluminium auf einer Insel im Ozean kann man auf die Stromfernübertragung weitgehend verzichten . Hierdurch lassen sich die Stromkosten noch weiter wesentlich verringern . Geht man davon aus, dass für die Erzeugung von 1 Kilogramm Aluminium etwa 50 KWh Strom benötigt werden, dann können die Aluminiumherstellungskosten auf etwa 1 Euro pro Kilogramm sinken. Damit würde der Volumenpreis und auch der Festigkeitspreis von Aluminiumlegierungen jeweils unter den entsprechenden Stahlpreisen liegen. Dies dürfte zur Folge haben, dass Aluminium mit Abstand zum meistverwendeten Metallbaustoff wird und dass mit diesem extrem billigen Aluminiumlegierungen auch viele Kunststoffprodukte verdrängt werden. Da viele Aluminiumlegierungen sogar seewasserbeständig sind, erübrigen sich hier korrosionsschutzmaßnahmen wie Anstriche oder Verzinkungen. Dies alles wird insbesondere auch zu leichteren und billigeren Fahrzeugen führen und somit hier auch zu einem wesentlich geringeren Energiebedarf dieser Fahrzeuge . Aluminium ist auch in wesentlich höherem Maße recycelbar als Stahl, weil bei Stahl meist ein erheblicher Rostverlust eintritt. Da Aluminium auch in vielen Bereichen Kunststoff ersetzen wird, werden somit auch Müllbeseitigungsprobleme verringert werden. Mit dem billigen Strom kann man extrem große Mengen Meerwasser entsalzen und durch große billige Rohrleitungen aus Aluminium über große Entfernungen, mittels des billigen Stromes, auch mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit kostengünstig pumpen. Dies bedeutet, dass es Länder, die unter Wassermangel leiden, nicht mehr geben braucht. Darüber hinaus können viele Wüstengebiete mit entsalztem Meerwasser wirtschaftlich bewässert werden. Mit den extrem billigen Aluminiumlegierungen können sehr billige korrosionsbeständige Gewächshäuser erstellt werden, die mit dem extrem billigen Strom beheizt werden. Die Heizungen von Gebäuden werden zukünftig generell direkte elektrische Heizungen wie Fußboden oder Wandheizungen sein, die nur einer einfachen Temperatursteuerung bedürfen. Wegen des billigen Stromes werden zunehmend Gebäude klimatisiert werden. Autos werden zukünftig mit Batterien oder mit Wasserstoff betrieben werden. Der benötigte Wasserstoff wird an den Tankstellen mittels des billigen Stromes erzeugt werden , so dass Wasserstofftransporte, aber auch andere Treibstofftransporte , weitestgehend entfallen. Dies führt zu erheblichen Entlastungen und Gefahrenminderungen bei den Verkehrswegen . Umweltbelastende Abgase wird es so gut wie nicht mehr geben müssen, weil Wasserstoff zu Wasserdampf verbrennt . Schiffe und Flugzeuge werden auch mit Wasserstoff betrieben werden. Die Bahnen werden sowohl zunehmend elektrisch wie auch noch mit Wasserstoff betrieben werden. Bei der Wasserstofferzeugung fällt auch Sauerstoff an, der dann zur Nutzung zur Verfügung steht. Der billige Wasserstoff lässt sich in flüssiger Form in gut isolierten großen Kugelbehälter aus einer Aluminiumlegierung verlustarm, sicher, langzeitig und wirtschaftlich speichern. Mit solchen Energiespeichern kann man für ausreichende weltweite Energiesicherheit sorgen . Speichert man auch den anfallenden Sauerstoff, so kann der Wasserstoff mit einem Wirkungsgrad von etwa 50 % mittels Gasturbinen und Generatoren wieder in Strom gewandelt werden. Es wird zukünftig extrem viele neue Arbeit geben, die aus dem gesamten technischen Umbau, der sich weltweit ergeben wird, resultieren wird. Gelingt es, in möglichst kurzer Zeit, die heutigen Energien durch die hier beschriebenen Energien global zu ersetzen, so werden beispielsweise das CO 2- Problem und damit das Problem des Klimawandels, die Welternährungprobleme, die Wasserprobleme, die Luftverschmutzungprobleme in den Städten, die Probleme des Waldsterbens und Probleme der Flusserwärmung durch Kraftwerke weitestgehend gelöst sein. Mit den billigen Energien können Metalle aus wesentlich gehaltsärmeren Erzen noch wirtschaftlich gewonnen werden . Dies führt dazu, dass diese Resourcen sich hierdurch vervielfachen. Kriege um Energierecourcen ,Wasserrecourcen und einiger nichtenergetischer Resourcen werden äußerst unwahrscheinlich .

Um die beschriebene Energiewende zu realisieren, denke ich, dass zunächst ein Verein zu gründen ist , dessen Ziel es ist, eine Aktiengesellschaft zu gründen und der die Aufgaben hat , die hier beschriebenen technischen Überlegungen zu vervollkommnen , Durchführungspläne zu entwickeln, rechtliche Klärungen herbeizuführen und, wenn das nötige Aktienkapital vorhanden ist, dafür mit Sorge zu tragen , dass die Durchführung aller notwendigen Arbeiten von der Aktiengesellschaft zuverlässig und im vorgegebenen Zeitrahmen erfolgen. Der Verein sollte möglichst global agieren .

Fachleute, die Fähigkeiten besitzen, hierzu Beiträge zu leisten, die zur Lösung obiger Aufgabenstellung führen können, und die an der Lösung der Energiewende mitwirken wollen, bitte ich, sich unter Friedrich@Hensberg.de mit Angabe ihres Fachbereiches zu melden . Ich bitte schon im Voraus um Verständnis, dass ich wahrscheinlich nicht allen Antwort geben kann. Ich halte es aber für wahrscheinlich, dass ein Verein für die Energiewende bald gegründet wird, bei dem dann ihre Mitwirkung erwünscht sein wird .