Tunnelkraftwerk Erzeugung von elektrischer Energie aus natürlich gene-rierten Luftströmungen in Tunnelbauwerken

Die Erzeugung von elektrischer Energie im eigenen Wirkungsbereich ist Wunsch und Notwendigkeit eines jeden großen Stromverbrauchers, wie dies z. b. Betreiber von Tunnelanlagen sind. Neben dem weit verbreiteten Einsatz von Photovoltaik ist auch die Nutzung von Geothermie (meist für Raumwärme) von Interesse. In den Fokus rückte bereits vor einiger Zeit aber auch die Möglichkeit in Straßentunneln vorherrschende, natürlich generierte Luftströmungen zur Erzeugung von Strom zu nutzen. Die Idee begründet sich darin, dass vorhandene mechanische Lüftungssysteme eigentlich den Großteil der Zeit im Standby Betrieb laufen, da vor allem in Tunnels mit Richtungs-verkehr der Betrieb einer mechanische Lüftung zur Erzielung des notwendigen Luftwechsels im Tunnel nicht mehr erforderlich ist. Andererseits erfordert die Nutzungssicherheit für Sonderfälle wie Stau oder sogar ein Brandereignis im Tunnel eine Lüftungsanlage.
Oft kommt es jedoch durch unterschiedliche meteorologische Bedingungen an den Portalen, oder thermisch getriebener Auftriebsströmungen zu Luftbewegungen im Tunnel. Die so generierte kinetische Energie könnte mittels geeigneter Maschinen in elektrische Energie umgewandelt werden. Eine vorhandene mechanische Lüftungsanlage ist prinzipiell in der Lage nicht nur eine Luftströmung zu erzeugen, sondern (bei entsprechender elektrischer Ausstattung) auch im Turbinen/Generator Betrieb aus einer Luftströmung wiederum elektrische Energie zu generieren (vgl. Windrad).
Grundsätzlich ist anzumerken, dass die Idee der Stromgewinnung aus Luftströmungen in Tunnelanlagen nicht neu ist. Überschlägige Abschätzungen haben erbracht, dass das Potenzial einer Umwandlung von kinetischer in elektrische Energie in geringen Größenordnungen liegt. Im Zuge der Notwendigkeit der Erzeugung von elektrischer Energie aus nachhaltigen Quellen sind aber derartige Konzepte einer detaillierten Überprüfung auf Machbarkeit zu unterziehen.
Das gegenständliche Forschungsvorhaben gliedert sich wie folgt:
• Theoretische Potenzialabschätzung der zur Verfügung stehenden Energie in Bezug auf die in der Ausschreibung genannten Rahmenbedingungen von bis zu 10 m/s Luftgeschwindigkeit im Tunnelfahrraum sowie bis zu 20 m/s in Abluftschächten.
• Definition der notwendigen elektrotechnischen und maschinenbaulichen Erfordernissen zum Betrieb der Lüftungsanlage sowohl im Ventilator- als auch im Turbinenmodus.
• Erhebung der natürlich auftretenden Strömungsgeschwindigkeiten im Fahr-raum und in Abluftschächten relevanter Tunnel im österreichischen Straßen-netz auf Basis bestehender Information.
• Beurteilung des real zu erwartenden Potenzials einer Nutzung der natürlich erzeugten Luftströmung zur Gewinnung elektrischer Energie.
• Optimierungsvorschläge in Bezug auf Maschinentechnik (Elektrotechnik und Ventilator) und bauliche Ausgestaltung von Kanälen
Zur Klarstellung sei hier angeführt, dass eine Luftströmung im Tunnel, welche aus-schließlich durch den Fahrzeugschub generiert wird, energetisch nicht nachhaltig genutzt werden kann, da diese Luftströmung erst mittels Energieeinsatz durch die Fahr-zeuge (mit einem relativ schlechten Wirkungsgrad) erzeugt wird. Jeglicher Versuch der Nutzung dieser Energie würde fahrzeugseitig einen Mehrverbrauch von Energie hervorrufen und somit energetisch zu einem Nettoverlust führen.