© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 89 (2012), Heft 3 173 DOI: 10.1002 / bate.201200001 FACHTHEMA ARTICLE FACHTHEMA Reinhard Harte, Rüdiger Höffer, Wilfried B. Krätzig, Peter Mark, Hans-Jürgen Niemann Solare Aufwindkraftwerke: Ein Beitrag der Bautechnik zur nachhaltigen und wirtschaftlichen Energieerzeugung 1 Einführung: Zur Problematik erneuerbarer Energietechnologien Nach Schätzungen wird der Weltenergiebedarf bis 2050 gegenüber heute um mindestens 50 % zunehmen. Gleich- zeitig wird eine Abkehr von den auf fossilen Brennstoffen basierten klassische Stromerzeugungstechnologien hin zu modernen, CO 2 -armen Technologien erfolgen müssen. Dabei werden die sogenannten erneuerbaren Energie- technologien auf der Grundlage von Sonneneinstrahlung und von Wind eine stetig zunehmende Rolle spielen. Alle derzeit vornehmlich in den Industrieländern prakti- zierten Technologien für diese „Renewables“ weisen ver- schiedene gravierende Defizite auf, die eine weltweite Ausbreitung stark behindern: - Sonne und Wind sind in hohem Maße volatil, d. h. ihre statistischen Leistungspotenziale lassen keine aktuel- len Vorhersagen zu. Selbst in der Nordsee, wo derzeit mehrere Off-Shore-Windparks errichtet werden, fallen jährlich ca. 100 Tage ohne Leistungswinde in bis zu 4- Tages-Lücken an. - Speichertechnologien in der erforderlichen Größe zur Überbrückung dieser statistischen 4-Tages-Lücke werden zwar entwickelt, sind derzeit aber unwirtschaftlich. Dage- gen sind kleinere Speicher für hoch vergüteten Spitzen- strom in der Planung und im Probebetrieb. - Alle zur Deckung großer Industriemengen an elektri- scher Leistung (Arbeitsplätze!) geplanten Kraftwerke lie- gen weit entfernt von den Verbrauchsschwerpunkten, wie Windparks in der Nordsee oder gar das Solarstrom- projekt DESERTEC in den Wüsten Afrikas. Dies erfor- dert den Bau kostenintensiver Höchstspannungstrassen. - Die konzentrierenden Solartechnologien – Parabol- rinnen- oder Spiegelkraftwerke – verbrauchen zum Be- trieb Kühlwasser wie ein vergleichbar großes Wärme- kraftwerk auf Basis fossiler/nuklearer Brennstoffe. Dieses ist in den meisten großen Wüsten nicht verfügbar. Die in mittleren Breiten verwendete Abhilfe, sog. Trockenkühl- verfahren, verlieren bei Wüstentemperaturen erheblich an Wirkungsgrad und damit an Wirtschaftlichkeit. Solare Aufwindkraftwerke stellen eine Technologie zur Erzeugung solar-basierter elektrischer Energie in den Wüsten unserer Erde dar, die verschiedene Defizite bisheriger Konzep- te überwindet. Weltweit sind derartige Kraftwerksprojekte in der Vorplanung. Der vorliegende Beitrag beginnt mit der Skizzierung des Arbeitsprinzips solarer Aufwindkraftwerke. Es folgen klimatologische und wind-technologische Planungsvo- raussetzungen, wobei die Windlastermittlung im Grenzschicht- Windkanal näher begründet wird. Sodann wird der zentrale Solarkamin behandelt, eine dünne, ringversteifte Stahlbeton- schale extremer Höhe, die größte bautechnische Herausforde- rung dieses Kraftwerkstyps. Weiter folgt die Erläuterung grundlegender bautechnischer Anforderungen an den Solar- kollektor, der die größte jemals überglaste Fläche darstellt, sowie der Windeinwirkungen auf die Verglasung und die Tragkonstruktion. Einen wichtigen Aspekt bilden Anforderun- gen an die Dauerhaftigkeit der eingesetzten Baustoffe für eine mindestens 100-jährige Nutzung des Turms in einem extremen Wüstenklima. Der Artikel endet mit Kostenschätzungen für den produzierten Strom und einem Technologieausblick. Keywords Energien, regenerative; Aufwindkraftwerke, solare; Bautechnik; Wüstenkraftwerke Solar updraft power plants: A structural engineering contribution for sustainable and economic power generation Solar updraft power technology serves to generate electricity in the world-wide deserts, overcoming several deficits of present renewable energy technologies. In several suited countries such power plant projects are in preparation. The present contribution starts with an explanation of the working principle of solar updraft power plants, followed by their climatic and wind-technologic design assumptions, terminated by the wind-load determination in boundary layer wind-tunnels. Then the central solar chimney – the power tower – will be treated, a thin ring-stiffened RC shell of extreme height forming the utmost structural challenge of such power plants. This part is followed by an explanation of technical requirements for the collector construction, which represents by far the largest glass-covered area ever built, and of the wind loading at the glazing and the supporting structure. Further important aspects are formed by the durability requirements of the applied construction materials for at least 100 years of service-duration of the tower in extreme desert climates. The paper closes with cost estimates for the generated electric power and with a technology outlook. Keywords renewable energies; solar updraft power generation; structural engineering; desert power plants