Energie aus der Kraft der Wellen

Energie aus der Kraft der Wellen

Die Windkraft ist eine sehr umweltfreundliche Methode der Energiegewinnung. Doch ihre Riesenpropeller verschandeln die Landschaft. Nun entwickeln Ingenieure neue Verfahren der Stromerzeugung, die ebenfalls auf Propeller setzen, sie aber unter Wasser verbannen. Das Potenzial dieser Wellenkraftwerke ist enorm. Ihr größter Vorteil: Sie kennen keine Flaute.

Diese Drei-Propeller-Maschine des Unternehmens Voith wird im Meer vor den britischen Orkney-Inseln getestet. Foto: Voith. Foto: Voith

Kassel/Stuttgart. Jeder Hobbysegler kennt die Kräfte, die in den Naturgewalten stecken - die geballten Energien einer steifen Brise oder von hohem Wellengang. Bei der Windenergie gelingt es schon, sie in großem Umfang technisch zu nutzen, die Energiegewinnung aus Gezeiten steckt dagegen in den Kinderschuhen. Dabei ist das Potenzial gewaltig: 70 Prozent der Erde sind von Gewässern bedeckt.

Großbritannien könnte bis zu 20 Prozent seines Energiebedarfs aus dem Meer schöpfen. "Für Deutschland sind das nur wenige Prozent - theoretisch", erklärt Jochen Bard vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel. Doch auch wenn die deutsche Nord- und Ostsee zu flach, der Tidenhub zu gering ist, die Ingenieurkunst, Maschinen und Zubehör kommen meist aus Deutschland.

Der Markt ist allerdings noch winzig. "Wir befinden uns in einer Übergangszeit zur Kommerzialisierung", sagt Stefan Riedelbauch vom Institut für Strömungsmechanik der Uni Stuttgart. Ein gutes Dutzend Meeresenergieanlagen arbeiten derzeit an spanischen, französischen und britischen Küsten. Sie liefern zehn bis 20 Megawatt. Das entspricht einer Handvoll Windkraftanlagen.

Im Groben lässt sich die Energie des Meeres auf dreierlei Art abschöpfen, erläutert Riedelbauch. In Meeresströmungskraftwerken setzen die Wassermassen Turbinen in Bewegung, die elektrische Energie erzeugen. Ideal dafür sind Engstellen, wo große Wassermassen durchgepresst werden. Die knapp über Schottland liegenden Orkney-Inseln sind solch ein Beispiel. Dort befindet sich auch das europäische Testzentrum für Meeres-Energieanlagen Emec. Gezeitenkraftwerke nutzen wiederum den Tidenhub, die Differenz von Ebbe und Flut, um elektrische Energie zu erzeugen. Auch hier ist die deutsche Bucht mit zwei bis drei Metern Tidenhub ungeeignet. Am Atlantik bis in den Ärmelkanal sind es hingegen acht bis elf Meter.

Wenn die Wassermassen die Küste entlang fließen, in Flussmündungen eindringen und später wieder abfließen, kann die Strömung Turbinen in beide Richtungen antreiben. Vor fast 50 Jahren trennten Ingenieure in der Bretagne eine Flussmündung durch einen Damm ab. Das Meerwasser setzt unter dem Damm 24 Turbinen in Bewegung, die bei einer installierten Leistung von theoretisch 240 Megawatt tatsächlich im Schnitt 68 Megawatt zuverlässig liefern. In dieser Zuverlässigkeit sehen Ingenieure den großen Vorteil der Meeresenergie gegenüber Wind und Sonne. Die Gezeiten und Strömungen sind stetig und können viel besser vorausberechnet werden, erklärt Riedelbauch.

Heute haben es dabei Propeller den Ingenieuren angetan. Wasser ist 800-mal dichter als Luft und übt entsprechend Riesenkräfte auf die Maschinen aus. Die stählernen Rotorblätter haben Durchmesser bis zu 18 Metern, die Leistung pro Maschine liegt typischerweise bei einem Megawatt. Je nach Umgebungsbedingungen ruhen die Turbinen unter Wasser auf einem Betonsockel, stehen auf einem Tripod oder sind gar schwimmend angelegt. Die Anlage Seagen von Siemens umfasst zwei zweiflüglige Propeller, die an einem Turm angebracht sind. Zu Wartungs- und Testzecken können die Aggregate am Turm hochgezogen werden.

Bei Wellenkraftwerken - der dritten Möglichkeit, Meeresenergie zu gewinnen - steht die Technik noch am Anfang. In einem Konzept sind schwingende Klappen oder Flügel am Meeresgrund verankert. Im Rhythmus der Wellen bewegen sich diese hin und her und pumpen hydraulisch Wasser oder pneumatisch Luft zum Antrieb einer Turbine. Einer anderen Idee zufolge legen Ingenieure eine mehrgliedrige Schlange auf die Wasseroberfläche. Durch den Wellengang bewegt sie sich in ihren Gelenken, was in eine Pumpwirkung umgesetzt wird.

Im Projekt Eposil, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird und bei dem die Konzernforschung von Bosch sowie die technischen Universitäten Darmstadt und Hamburg-Harburg beteiligt sind, soll die Knickbewegung einer solchen Schlange ein spezielles Stück Kunststoff kneten. Der Knetvorgang arbeitet wie eine elektrische Pumpe und lädt einen Kondensator auf. Der Härtetest im Meerwasser steht allerdings noch aus.

"Für die Wellenkraftwerke braucht man natürlich eine größere Fläche", erklärt Jochen Bard. "Es gibt durchaus Überlegungen, einem Offshore-Windpark einen Wellenenergiekonverter vorzuschalten", sagt der Physiker. Ein Spezialkraftwerk hat der Anlagenbauer Voith im nordspanischen Mutriku installiert. Dort schlugen zuvor die hohen Atlantikwellen direkt auf die Hafenmole. Jetzt erzeugt ein Brandungskraftwerk direkt 300 Kilowatt Strom aus der Meeresenergie.

In Großbritannien gehen die Anstrengungen weiter. An zehn Standorten hat die Regierung Konzessionen für Anlagenparks ausgewiesen. Die mögliche Gesamtkapazität bis 2020 liegt bei einer elektrischen Leistung von zwei Gigawatt - was zwei Atomkraftwerken entspricht. Auch deutsche Konzerne sind hier beteiligt. "Wenn alles gut läuft, stehen dort im Jahr 2020 vielleicht 120 Megawatt", schätzt Bard.

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