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Eine Windkraftanlage für die Topfarmer

Für ein wirklich ‚blaues‘ Aquaponics System, wie es zurzeit vom TopFarmers – Team entwickelt wird, ist die Frage nach einer nachhaltigen Energieversorgung von zentraler Bedeutung. Auf lange Sicht muss das System vor allem aus erneuerbaren Energiequellen versorgt werden, die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen bieten, CO2-Emissionen reduzieren und Geld sparen. Um zu zeigen, wie einfach der Schritt zu einer autarken Energieversorgung ist wollen wir heute eins unserer letzten Projekte vorstellen. Die Do-it-Yourself Windkraftanlage ist nicht nur schnell und kostengünstig zusammengebaut, sondern kann sogar kleine Mengen Elektrizität produzieren. Es bedarf nur sehr einfachen Materialien, einigen Stunden Arbeit und ein etwas handwerklichen Geschicks.
Nach ein wenig Recherche haben wir uns dazu entschieden eine Savoniusanlage zu bauen, da sie all unsere Anforderungen am besten erfüllt und der Selbstbau sehr einfach ist. Außerdem haben wir uns für den Savoniusrotor entschieden weil wir Holz- und Rohrreste verwenden konnten und somit auf die Idee der Kreislaufwirtschaft im Aquaponicssystem zurückgreifen konnten. Der Savoniusrotor ist eine Windkraftanlage mit vertikaler Achse ( VAWT ). Sie ist nach dem finnischen Ingenieur S.J. Savonius benannt, welcher diese Anlage im Jahre 1922 entwickelt hat. Die Effizienz von vertikal Achsern ist im Vergleich zu horizontal Achsern geringer, dafür brauchen sie keine Windnachführung. Einen Mechanismus zur Windnachführung selber zu bauen wäre für unser kleines DIY Projekt auch viel zu kompliziert.

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Für den Savoniusrotor ist es egal aus welcher Richtung der Wind kommt, da er, aufgrund der besonderen Konstruktionsmerkmale jeglichen Wind in Energie umwandeln kann. Der Savoniusrotor wird durch Zug und Auftriebskräfte angetrieben und eignet sich somit nicht nur für die Stromerzeugung, sondern auch ideal für das Pumpen von Wasser.

Für uns war es wichtig eine möglichst hohe Umdrehungszahl pro Minute (UpM) zu erreichen, weil elektrische Generatoren in der Regel mit 90 UpM arbeiten. Eine hohe Drehzahl ist außerdem ein wichtiger Parameter für die Wasserpumpfunktion. Nach einigen Berechnungen haben wir uns dazu entschieden die Rotorblätter aus einem Kunststoffrohr zu fertigen. Oftmals werden größere Plastikfässer benutzt aber das Verhältnis von Höhe / Durchmesser eines Abwasserrohrs aus Kunststoff kann bei gleicher Rotorfläche eine höhere Drehzahl erreichen. Also haben wir ein Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm und ist 100 cm Länge in zwei symmetrische Teile geschnitten.

                               

Für die Achse, welche die Drehkraft der Rotoren auf den Generator überträgt, verwendeten wir eine 100 cm lange Gewindestange die einen Durchmesser von 10 mm hat. Diese wurde vertikal zwischen den beiden sich teilweise überlappenden PVC Blättern platziert.

Um die Reibung zwischen Achse und Rahmenkonstruktion zu reduzieren, haben wir zwei Kugellager mit einem Außendurchmesser von 27 mm installiert. Beide wurden in ein kleines Stück Holz eingelassen welches auf Ober- und Unterseite des Rahmens befestigt wurden.

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Für die Seitenteile des Rahmens haben wir einfache Holzleisten verwendet. Diese sind leicht zu montieren und geben große Stabilität. An Ober- und Unterseite wurden sehr dünne Holzplatten mit 40cm Durchmesser befestigt. Schließlich verwendeten wir Winkelplatten um alles zusammenzubauen. Im Bild unten können Sie das Endprodukt unserer Arbeit sehen. Der solide Rahmen bietet auch bei hohen Windgeschwindigkeiten genügend Stabilität für den Rotor. Aufgrund des geringen Gewichtes des Rotors und der Kugellager genügt schon eine geringe Menge Wind um Bewegung zu erzeugen. Im nächsten Schritt wollen wir die Achse mit einem mechanischen oder Riemengetriebe verbinden um tatsächlich Strom zu erzeugen.

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Build your own wind turbine in 11 steps

In 11 Videos zur eigenen Windkraftanlage

In dieser DIY Anleitung wird eine Windkraftanlage auf der Basis von NeoDym Magneten und Kupferspulen gebaut. Schritt für Schritt wird in jedem Video erklärt wie man sich dem Ziel der Windkraftanlage nähert.

Step1: Bevor man einen großen Generator baut, sollte man zuerst einen kleinen zum Testen bauen um zu sehen ob das was man vor hat auch so funktioniert wie man sich das vorstellt.

Step 2 : Hier wird die Leerlaufspannung und die Kurzschlussstromstärke des kleinen Testgenerators gemessen. Außerdem wird sagt was man tun kann um den Generator zu verbessern und auch was man nicht tun sollte. 

Step 3 Windrad Generator Eigenbau – Der Stator

Step 4: Windrad Generator Eigenbau – Wickeln der Spulen

Step 5: Windrad Generator Eigenbau – Spulen einbauen

Step 6: Windrad Generator Eigenbau – Bad im Polyesterharz

Step 7: Windrad Generator Eigenbau – Test auf Vertikalem Wind

Step 8: Hier der erste Teil der Theorie zum Delon Spannungsverdoppler. Damit kann man die Ausgangsspannung vom Windrad erhöhen.

Step 9: Hier der zweite Teil der Theorie zum Delon Spannungsverdoppler. Damit kann man die Ausgangsspannung vom Windrad erhöhen.

Step 10 :Windrad Generator Eigenbau – Spannungsverdoppler löten

Step 11: Windrad Generator Eigenbau – Der Spannungsverdoppler wird getestet.

 

Herzlichen Dank an ChrisWillsWissen, der diese tolle DIY Anleitung entwickelt hat und uns allen zur Verfügung stellt.

Report about El Hierro

Bericht aus El Hierro

El Hierro ist die westlichste der sieben Kanarischen Inseln und wurde im Jahr 2000 zur Unesco-Biosphären-Reserve erklärt. 

Bericht aus El Hierro

Mai 2012

El Hierro ist die westlichste der sieben Kanarischen Inseln, mit einer Bevölkerung von knapp über 10 500 Einwohnern, und wurde im Jahr 2000 zur Unesco-Biosphären-Reserve erklärt. Aus dem Flugzeug sehen wir fast nur kahlen Boden, teilweise wie eine Mondlandschaft, teilweise mit Sträuchern und einigen wenigen Palmen an der Küste. Der vulkanische Ursprung der Insel ist offensichtlich: vom Meeresspiegel steigt das Land in wenigen Kilometern bis auf 1500 Meter Höhe.

Bei der Landung empfängt uns unerwartet heißes Wetter – anstatt des meist gemäßigten Klimas herrscht die „Calima“, wie die Einheimischen die afrikanischen Wüstenwinde nennen, die das Thermometer auf über 30°C schnellen lassen. Wir sind hier, um die Fortschritte eines bahnbrechenden Projekts zu besichtigen, eines, das den systemischen Ansatz auf höchst faszinierende und – nach unserer bisheriger Erfahrung – konsequenteste Weise umsetzt. Im Jahr 2002 bewilligte das Cabildo (die örtliche Regierungsbehörde) das ehrgeizige Projekt, die Insel allein mit erneuerbaren Energien autark zu machen.

Fünf Jahre später war die technische Machbarkeit bewiesen und die öffentlichen Mittel bereitgestellt. Eine öffentlich-private Partnerschaft entstand zwischen dem Inselrat (60%), dem spanischen Energiemonopolhalter Endesa (30%) und dem Technologischen Institut der Kanarischen Inseln (10%). Der Projektentwickler „Gorona del Viento El Hierro“ erhielt als Projektetat 65 Millionen Euro, davon den größten Teil während der Bauphase zwischen 2010 und 2012.

Die Idee ist überwältigend in ihrem systemischen Ansatz: Fünf Enercon-Windturbinen mit einer Leistung von je 2,3 MW Spitzenleistung generieren bis zu 11,5 MW Strom für den Verbrauch auf der Insel. Da gegenwärtig zu Spitzenzeiten 7 MW benötigt werden, kann bis zu einem Drittel der Energie gespeichert werden, wenn die Turbinen voll arbeiten. Dies geschieht, indem Wasser in ein Reservoir für eine halbe Million Kubikmeter gepumpt wird. Von dort wird es durch zwei überirdische Rohrleitungen abgelassen, wenn die Windkraft nicht ausreicht; diese haben eine Länge von 3 km (davon 530 m unterirdisch) und überwinden einen Höhenunterschied von fast 700 Metern, so dass bis zu 11,3 MW Spitzenleistung aus Wasserkraft bei Flaute die Windkraft ersetzen können.

Die Genialität des Projekts liegt im Detail: Der größte Teil des Stromverbrauchs auf El Hierro entfällt auf die drei Entsalzungsanlagen zur Trinkwassergewinnung. 70-80% dieses Wassers werden in der Landwirtschaft verbraucht. Was auf ersten Blick aussieht wie ein einfaches Energieprojekt, ist tatsächlich ein Projekt zur Selbstversorgung einer Insel, die schon immer unter Wasserknappheit und somit Nahrungsknappheit gelitten hat. Mittelfristig hat El Hierro geplant, ein zweites Speichersystem für seinen Energieüberschuss zu schaffen: Bis 2020 werden 40% der Fahrzeuge auf der Insel durch Elektroautos mit austauschbaren Batterien ersetzt.

Allein die Energie wird 1,8 Millionen US-Dollar pro Jahr einsparen, die zur Zeit für 6000 Tonnen Diesel ausgegeben werden, ebenso werden 18 700 Tonnen an CO2-Emissionen eingespart. Doch sobald die E-Mobilität ins Spiel kommt, werden noch weitere bedeutende Einsparungen möglich. All dieses Geld wird auf der Insel zirkulieren, anstatt von ihr abzufließen, und die lokale Wirtschaft stärken. Die örtliche Regierung sieht auch vor, das auf der Insel produzierte Wasser billiger an die Landwirte abzugeben – sofern sie einwilligen, ihre Produktion auf biologische Anbauweisen umzustellen. Einige weitere Quellen erneuerbarer Energie könnten in Zukunft noch angezapft werden, z.B. Solarthermie und Photovoltaik, denn auf den Inseln gibt es durchschnittlich nur 35 Regentage, für den Rest des Jahres scheint fast immer die Sonne.

Während unseres Besuchs können wir den Stand der Fortschritte betrachten. Die fünf Windturbinen begrüßen die Inselbesucher gleich drei Straßenkehren nach dem Flughafen; ihre weißen Masten stehen auf einem Hügel und reichen weit in den Himmel. Zum Zeitpunkt der Projektplanung waren es fast die größten verfügbaren Turbinen, inzwischen gibt es größere, doch wir sind nicht sicher, ob noch längere Rotorenblätter überhaupt durch die engen Kurven der Landstraße hätten transportiert werden können, die sich den steilen Berghang hinaufwindet.

Unser nächster Halt ist das obere Reservoir. Es ist fertiggestellt und liegt im natürlichen Vulkankrater „La Caldera“. Eine dicke PVC-Schicht hält es wasserdicht. Da anstatt tieferer Grabungen ein natürlicher Krater ausgewählt wurde, mussten Statiker zunächst die Stabilität des Orts feststellen. Dabei wurde klar, dass ein Betonbecken, wenn auch haltbarer, zu schwer gewesen wäre, daher wurde Plastik als Alternative gewählt und beim Bau die Möglichkeit für Unterwasserreparaturen mit vorgesehen.

Weiter die Landstraße hinab sehen wir große Teile der zwei Rohrleitungen, die bergab führen. Der erste Teil läuft unterirdisch, um das Ökosystem darüber zu schützen und wir können sehen, dass die Verbindung zwischen dem Tunnel und der überirdischen Leitung das einzige ist, was noch für die Vollendung des Baus fehlt.

Bei der Rückkehr auf die Höhe des Meeresspiegels erreichen wir das untere Reservoir. Hier wird gerade die Folie zur Wasserabdichtung gelegt. Das Gebäude rund um die Hydraulikgeneratoren ist fertiggestellt; die riesigen Inverter glänzen im Sonnenlicht und sind bereit für die Installation. Lastwagen fahren auf der Baustelle auf und ab und erscheinen wie Miniaturen im Vergleich zu dem Loch, das hier für das Reservoir ausgehoben wurde. Die Vertreter von Gorona del Viento sind zuversichtlich, dass bis zum Ende des Jahres alle nötigen Bauschritte fertiggestellt sind, um mit den Testläufen zu beginnen und im Jahr 2013 die Anlage in Betrieb zu nehmen. Ebenso hat man sich zum Ziel gesetzt, die Machbarkeitsstudie für die E-Mobilität bis Ende diesen Jahres fertig zu stellen.

Wenn man die Umstände bedenkt, ist der Fortschritt bis dato beeindruckend; der Bau wird zwar ein Jahr später fertig als ursprünglich geplant, doch er nähert sich definitiv seiner Vollendung. Doch wir wissen auch, dass zwischen der Vision und der Realität des Projekts noch einiges zu tun bleibt. Gorona del Viento betrachtet sich selbst als Energielieferant – die Fusion von Energie und Wasserversorgung konnte nicht erreicht werden. Die Landwirte bauen häufig tropische Früchte wie Bananen an, die viel Wasser benötigen – es scheint sinnvoll, sich auf Pflanzen zu konzentrieren, die besser an karge Bedingungen angepasst sind. Ebenso sahen wir kanarische Kiefern auf den Berggipfeln, auf denen sich morgens Wolken sammeln, die genug Feuchtigkeit für ihr Wachstum spenden. Solche Wälder spenden Schatten, der wiederum mehr Feuchtigkeit bindet und mehr Pflanzen wachsen lässt. Vielleicht bietet sich hier die Möglichkeit, von den (Wiederaufforstungs-)Projekten in Las Gaviotas (Kolumbien) zu lernen?

El Hierro ist zwar nur eine kleine Insel, doch sie könnte ein Beispiel für die Welt werden. 17 Millionen Europäer und 600 Millionen Menschen weltweit leben auf Inseln, viele von ihnen weit abgelegen. Den Menschen, die dieses Projekt vorantreiben, wünschen wir viel Erfolg für ihre Bemühungen, dieses Beispiel für systemische Lösungen fertig zu stellen und für ihre Gemeinschaft eine blühende Zukunft zu schaffen.

 

Zum Herunterladen Berichts als PDF klicken Sie bitte hier.

An energy turnaround without subsidies is possible by 2020

Energiewende bis 2020 ist ohne Subventionen möglich

Bis 2020 ist der Atomausstieg allein mit erneuerbaren Energien realisierbar und finanzierbar. 

ZERI: Energiewende bis 2020 ist ohne Subventionen möglich

(Berlin, 13. Mai 2011). Bis 2020 ist der Atomausstieg allein mit erneuerbaren Energien realisierbar und finanzierbar. Das zeigt ein innovatives Szenario der Zero Emissions Research and Initiatives (ZERI). Prof. Ernst Ulrich von Weizsäcker stützte das Modell: „Durch die intelligente Kombination bestehender Technologien kann die Energiewende im gesellschaftlichen Konsens und mit finanziellen Gewinnen gelingen.“

 

„Der Ausbau der Erneuerbaren wird wirtschaftlich erfolgreich sein, wenn wir bestehende Technologien und Wertstoffkreisläufe in den vorhandenen Infrastrukturen nutzen“, erklärte Gunter Pauli, Gründer und Vorsitzender der ZERI Foundation, bei der Präsentation des Energieszenarios in Berlin. Der massive Ausbau einer dezentralen, regenerativen Energieversorgung wird somit möglich und rentabel, ohne gesellschaftliche Widerstände auszulösen. „Ich bin von der Methode begeistert“, sagte Prof. Ernst Ulrich von Weizsäcker, ehemaliger Präsident des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie. „Durch die intelligente Kombination einfacher Energiequellen entstehen Synergien und Effizienzgewinne.“

 

Mit der Nutzung dieser Synergien kann Strom aus erneuerbaren Energieträgern zu so geringen Kosten produziert werden, dass die Förderungen für den Ausbau unnötig werden. Der Einsatz innovativer Technologien für Wind-, Solar- und Bioenergie ist dabei mehr als nur ein schneller und lukrativer Weg aus der Atomenergie: „Über den Atomausstieg hinaus ergeben sich großartige Chancen, um Arbeitsplätze in Deutschland zu schaffen und eine weltweite Technologieführerschaft zu erreichen“, erklärte Anne-Kathrin Kuhlemann, Vorstand von ZERI Germany e.V.

 

Das Szenario von Gunter Pauli basiert auf drei bereits erprobten Technologien:

 

  1. Windkraft ohne Anlagenbau: Vertikal-Windturbinen, die in bestehenden Hochspannungsmasten installiert werden, machen den Bau zusätzlicher Windparks überflüssig. Wenn ein Drittel der 150.000 Hochspannungsmasten in Deutschland mit Vertikalturbinen ausgestattet würden, könnten damit bis zu 5 Gigawatt Leistung bereitgestellt werden. Die Kosten dafür belaufen sich auf rund 5 Milliarden Euro.

 

  1. Biogas effizient und als Speicher: Biogas-Generatoren ermöglichen die effiziente Gewinnung von Biogas durch Kombination von landwirtschaftlichen Abfällen und Klärschlamm. Würden 500 der 9.600 deutschen Kläranlagen damit ausgerüstet, könnten mit Gesamt-Investitionskosten von ca. 10 Milliarden Euro 5 Gigawatt Leistung zur Grundstromversorgung bereitgestellt werden.

 

  1. Solarenergie ohne Subventionen: Die dritte Technologie ist eine kombinierte Strom- und Wärmegewinnung durch doppelseitige Photovoltaik-Paneele. Bei einer Lebensdauer von über 20 Jahren liegen die Kosten pro Kilowattstunde bei unter einem Cent. Die Investitionen für eine angepeilte Kapazität von 5,4 Gigawatt liegen bei ca. 10 Milliarden Euro.

 

Durch die Kombination dieser drei Technologien wird es möglich, Strom zu wesentlich niedrigeren Kosten zu erzeugen als derzeit durch die Atomenergie. Bei einer Preisdifferenz von 3,6 Cent pro Kilowattstunde entsteht für die zu ersetzenden 15 Gigawatt Leistung aus der Atomenergie eine Einsparung von 4,7 Milliarden Euro pro Jahr. Berechnet auf eine Laufzeit von acht Jahren stehen den Investitionen von rund 25 Milliarden Euro Einsparungen in Höhe von 38 Milliarden Euro gegenüber. Durch diese Einsparungen lässt sich der Kapitalbedarf für das notwendige Investment bis 2020 decken und so der Atomausstieg Deutschlands finanzieren.