Megawatt aus dem Meer

Gezeiten, Strömungen und Wellen enthalten so viel Energie, dass sie den Strombedarf der Menschheit decken könnten. Neuartige Kraftwerke nutzen die natürlichen Quellen – bisher erst im kleinen Massstab.

Die Wellenkraftanlage gewinnt Energie aus der Auf-und-ab-Bewegung zweier Schwimmkörper (gelb).

Die Wellenkraftanlage gewinnt Energie aus der Auf-und-ab-Bewegung zweier Schwimmkörper (gelb). Bild: TA-Grafik

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Mit festem Schritt stapft Laurent Marquis über den schmalen Steg aufs offene Meer. Nach 300 Metern ist der Ingenieur am Ziel, einem flachen Metallbau auf vier Stelzen. Aus der Seite ragen zwei grosse, kugelige Bojen, die sich im Seegang bewegen. «Die Bojen sind mit Hydraulikzylindern verbunden», erklärt Marquis. «Wenn sie mit den Wellen auf- und abwogen, treiben sie einen Stromgenerator an.»

Wavestar, so heisst die Anlage, ist der Prototyp einer Wellenkraftanlage. Seit 2009 steht er an der dänischen Nordseeküste, ganz in der Nähe einer Fischmehlfabrik. Als Marquis, technischer Leiter des Projekts, die Tür zum Inneren des metallenen Flachbaus öffnet, dröhnen ihm Hydraulikpumpen und Generatoren entgegen. Jeder der beiden Schwimmkörper leistet bis zu 50 Kilowatt, nicht mehr als der Motor eines Kleinwagens.

«Optimal ist eine Wellenhöhe von 2,5 Metern», erklärt Marquis. «Dann gewinnen wir die meiste Energie.» Sind die Wellen deutlich höher, werden die Bojen aus dem Wasser gehoben, sonst könnten sie kaputtgehen. Und bei einem Sturm zieht sich die gesamte Plattform an den vier Stelzen hoch, maximal 10 Meter. «Dann sind wir sicher», meint Marquis. «Ein Vorteil gegenüber anderen Wellenkraftwerken, die sich komplett im Wasser befinden.»

Gezeitenkraftwerke als Erstes

Wavestar ist dabei nur ein Konzept unter vielen, das die Kraft des Ozeans in Strom umwandeln will. Im Prinzip enthalten Wellen, Strömungen und Gezeiten so viel Energie, dass sie den Strombedarf der Menschheit mehrfach decken könnten. Deshalb basteln Ingenieure nun verstärkt an Ideen, um die Reserven der Ozeane effizient in Megawatt zu verwandeln.

Lange gab es nur einen Typ von Meereskraftwerken:Gezeitenkraftwerke (2) basierend auf Staudämmen. Das Prinzip: Bei Flut läuft das Wasser durch offene Schleusen in ein Becken. Bei Hochwasser schliessen die Schleusen. Herrscht Ebbe, lässt man das Wasser über Turbinen aus dem Becken strömen. Als Musteranlage gilt das bretonische La-Rance-Gezeitenkraftwerk mit seinem 750 Meter langen Damm. Seit Jahrzehnten speist es eine Leistung von 240 Megawatt ins Netz, immerhin so viel wie ein kleines Kohlekraftwerk.

Zu wenige Standorte

Durchsetzen aber konnte sich das Prinzip nicht – es gibt schlicht nicht genug Standorte für solche Dämme. Deshalb nutzt die britische Firma MCT die Gezeiten auf andere Weise: Sie zapft jene Meeresströme an, die in Meerengen durch Ebbe und Flut entstehen. 2008 hat MCT an der nordirischen KüsteSeagen ins Wasser gesetzt – eine Art Unterwasser-Windrad mit zwei Rotoren und einer Leistung von 1,2 Megawatt.

Das Wasser strömt mit bis zu fünf Metern pro Sekunde durch die Meerenge, dadurch zerren Kräfte von mehreren Hundert Tonnen an der Anlage. «Bislang hat sie unsere Erwartungen übertroffen», sagt MCT-Chef Peter Fraenkel. Der Vorteil gegenüber Wind- und Sonnenkraft: Gezeitenströme sind exakt berechenbar, sie hängen lediglich vom Stand von Mond und Sonne ab. Noch aber kann die Technik wirtschaftlich nicht mit Offshore-Windrädern mithalten. «Deshalb planen wir Maschinen mit bis zu sechs Rotoren», sagt Fraenkel. «Das würde die Technik billiger machen.» Ein Park mit mehreren Anlagen ist vor Schottland geplant.

10'000 Anlagen weltweit

Allerdings lohnt sich das Verfahren nur dort, wo es starke Gezeitenströme gibt – in Meerengen und zwischen Inseln. Experten glauben, dass es weltweit 10'000 Anlagen geben könnte. Sie würden ungefähr so viel Strom liefern wie 20 Grosskraftwerke – ein begrenztes Potenzial. Anders sieht es bei den Wellen aus: Sie schwappen fast überall auf dem Globus. Selbst wenn man nur die Gewässer in Küstennähe nutzte, liesse sich ein Drittel des heutigen Weltstrombedarfs mit Wellenkraftwerken decken.

Allerdings ist Welle nicht gleich Welle. Auf offener See und bei tiefem Wasser sind die Wogen deutlich länger und energiereicher als in flachen Küstengewässern. Ganz unterschiedliche Bedingungen also, für die jeweils andere Techniken gefragt sind.

Im Takt der Brandung

Wavestar – die dänische Plattform auf Stelzen – ist für sanft abfallende Küsten gedacht. Geplant sind Anlagen mit Dutzenden von Bojen, die in Reihe geschaltet die Energie der Wellen aufnehmen. Ebenfalls für flache bis mittlere Tiefen scheint Oyster geeignet. Sie besteht aus Klappen, die sich im Takt der Brandung bewegen und Wasser über eine Pipeline an Land drücken. Dort treibt das Wasser eine Stromturbine an. Ein Prototyp läuft seit 2009 vor den schottischen Orkney-Inseln. «Für ein kommerzielles Kraftwerk haben wir eine Anlage mit bis zu 15 Klappen im Sinn», sagt David Kaye vom britischen Hersteller Aquamarine Power.

Dagegen eignet sich die Anlage Wavegen für Küsten mit grossen Wassertiefen. Sie kann in Hafenmauern eingebaut werden. Die Wellen drücken Luft in einer Kammer zusammen, die komprimierte Luft treibt dann eine Turbine an. Seit 2000 läuft eine kleine Anlage in Schottland, in Nordspanien entsteht derzeit eine grössere. Prototypen wie Pelamis und Wavebob schliesslich sind für lange Wellen auf hoher See ausgelegt.

Pelamis ähnelt einer Seeschlange: Mehrere aneinanderhängende Schwimmelemente werden bei Seegang gegeneinander bewegt, wodurch über ein Hydrauliksystem Strom entsteht.

Küstennähe von Vorteil

Wavebob ist eine Boje, zusammengesetzt aus zwei Teilen. Der innere ist träge und schwimmt ähnlich wie ein Eisberg hauptsächlich unter Wasser. Der äussere ist leichter und wird deshalb von den Wellen stärker angehoben. Beide Körper sind hydraulisch miteinander verbunden, ihre Relativbewegung treibt einen Stromgenerator an.

Solche küstenfernen Konzepte versprechen eine höhere Energieausbeute, dürften aber wegen der aufwendigen Verkabelung relativ teuer sein. Küstennahe Anlagen sind einfacher zu installieren und zu warten, liefern jedoch weniger Strom. «Es wird nicht eine Gewinnertechnologie geben, sondern mehrere», schätzt Jochen Bard vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik. «Die Bedingungen sind für verschiedene Standorte sehr unterschiedlich, man kann nicht alles mit einem Konzept bedienen.»

Doch für all diese Ansätze gilt: Um konkurrenzfähig zu sein, müssen sie billiger und zuverlässiger werden. «Manche Firmen könnten es schon bald schaffen, dass ihr Prototyp ein Jahr lang im Meer bleibt, ohne dass er zurück in den Hafen gezogen werden muss», hofft Frank Neumann vom Wave Energy Center in Portugal. «Dann würde plötzlich jeder anfangen, an die Wellenenergie zu glauben.»

Energiekonzerne machen mit

Die Voraussetzungen dafür scheinen günstiger denn je. So haben manche Länder Einspeisevergütungen eingeführt. Schottland etwa zahlt für jede Ozean-Kilowattstunde bis zu 35 Cent. Ausserdem steigen immer mehr Industrieunternehmen in Meeresenergie-Projekte ein, darunter Siemens, EON und Vattenfall. «Man braucht solche finanzstarken Partner, um eine Technikfertigung aufzubauen», meint Jochen Bard vom Fraunhofer-Institut. «Dass sich grosse Unternehmen zunehmend für die Meeresenergie interessieren, gibt der Sache einen neuen Auftrieb.»

(Tages-Anzeiger)

(Erstellt: 25.01.2011, 21:19 Uhr)

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