Energie : In der Welle liegt die Kraft

Ingenieure wollen die Ozeane zur Energiegewinnung nutzen. Doch bislang sind die Kraftwerke über und unter Wasser nicht ausgereift.

Frank Schubert
Wellen
Schlängelnde Stromerzeugung. Vor der schottischen Küste werden Wellenkraftanlagen vom Typ "Pelamis" erprobt. -Foto: Pelamis

Das Meer ruht nie. Ständig türmen sich meterhohe Wogen auf, brechen sich an Klippen und branden an die Küsten. Dabei werden enorme Kräfte freigesetzt. Schon ein Wellenberg von einem Meter Höhe und 100 Metern Länge wiegt mehrere 100 Tonnen. Könnte man diese Kräfte nutzen, hätte man eine fast unerschöpfliche Energiequelle. Deshalb versuchen Ingenieure schon seit Jahrzehnten, Wellenenergie-Kraftwerke zu entwickeln – technische Anlagen also, die die Bewegungsenergie von Wellen in elektrischen Strom umwandeln. Die Unternehmungen der EU-Länder sind in der Organisation „European Ocean Energy Association“ gebündelt.

Bislang sind die Erfolge auf diesem Gebiet begrenzt: Seit 30 Jahren testen Forscher weltweit immer wieder Kraftwerk-Prototypen – mit durchwachsenen Ergebnissen. 1986 entstand auf der norwegischen Insel Toftestallen das Wellenkraftwerk „Tapchan“. Dort schwappten die einlaufenden Wellen in einen ansteigenden, spitz zulaufenden Kanal und flossen dann in ein erhöhtes Becken. Wenn das Wasser von dort aus ins Meer zurückströmte, trieb es dabei eine Turbine an. Laut Kai-Uwe Graw vom Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik der Technischen Universität Dresden hat dieses Kraftwerk mehr als zehn Jahre lang funktioniert. Dass es trotzdem keine Folgeprojekte gab, liegt Graws Meinung nach daran, dass es kaum ungenutzte Küstengebiete gibt, die Platz für eine so große Anlage bieten. Gerald Müller, Wellenenergie-Experte an der Universität Southampton in Südengland, weist dagegen auf die hohen Wartungskosten von Tapchan hin: Regelmäßig habe das im Wasser mitgeführte Geröll das Becken verstopft, sagt Müller. Inzwischen hätten sich die Betreiber von Tapchan ganz aus dem Wellenenergie-Geschäft zurückgezogen.

Neuere Wellenkraftwerke sind meist OWC-Kraftwerke. So heißen sie nach dem englischen Ausdruck „Oscillating Water Column“. Sie funktionieren nach dem Prinzip der auf- und absteigenden Wassersäule (Erklärung siehe Kasten). Allerdings, merkt Kai-Uwe Graw an, berge auch dieser Kraftwerkstyp Probleme: Die Wassertropfen in der pulsierenden Luft lassen die Konstruktion schnell verwittern, die hier benutzten Turbinen haben einen niedrigen Wirkungsgrad. Außerdem, sagt Graw, seien die Geräusche des Kraftwerks noch bis zu zwei Kilometer weit zu hören.

Die erste kommerzielle dieser OWC-Anlagen wurde vor sechs Jahren gebaut. Sie heißt „Limpet 500“ und steht an der Felsküste der schottischen Insel Islay. Gerald Müller nennt sie „alles andere als eine Erfolgsgeschichte“. Die Konstrukteure hätten nicht bedacht, sagt Müller, dass sich vor der Küste ein Plateau befinde, das den Wellengang beeinflusse. So habe die Anlage in den letzten beiden Jahren lediglich ein Zwanzigstel der angepeilten Leistung gebracht.

Generell gilt der Bau von Wellenenergie-Kraftwerken an der Küste als problematisch. Dort, wo die Wogen ans Ufer peitschen, müssen monatelang Menschen arbeiten – das ist gefährlich, kompliziert und damit teuer. Manche Betreiber bauen ihre Kraftwerke deshalb im Trockendock. Doch auch bei der endgültigen Montage am Einsatzort kann es zu Unfällen kommen. Vor zwölf Jahren scheiterten britische Ingenieure, als sie das vorgefertigte Wellenkraftwerk „ART-Osprey“ an der Küste vor Schottland installieren wollten. Ein Sturm war aufgekommen und zerstörte das für diese Belastung nicht ausgelegte Kraftwerk. Und selbst wenn so ein Kraftwerk dann steht, kann noch viel passieren. Typischerweise soll ein Kraftwerk an der Küste Energie aus Wellen gewinnen, die einen Meter hoch sind. Um schwere Unwetter überstehen zu können, muss es aber zugleich Wogen aushalten, die zehn Mal so hoch sind und damit – die Energie einer Welle ergibt sich aus dem Quadrat ihrer Höhe – die hundertfache Energie führen. Wellenkraftwerke müssen also äußerst robust sein – und das ist ein zusätzlicher Kostenfaktor.

Eine originelle Lösung haben die Ingenieure der britischen Firma Ocean Power Delivery – inzwischen Pelamis Wave Power – gefunden. Sie entwickelten ein Wellenkraftwerk, dass einer schwimmenden Schlange gleicht und daher „Pelamis“ – griechisch für Seeschlange – genannt wird. Pelamis treibt an der Wasseroberfläche, ist mehr als 100 Meter lang, einige Meter dick und wiegt etwa 750 Tonnen. Es ist mit Trossen am Meeresgrund verankert und besteht aus mehreren Segmenten, die beweglich miteinander verbunden sind. Bei normalem Wellengang schaukelt die Schlange sanft auf und ab, so dass sie an der Verbindungsstelle der Segmente leicht einknickt. Diese Bewegung presst eine Flüssigkeit durch ein Hydrauliksystem innerhalb der Segmente und treibt Turbinen an, die elektrischen Strom erzeugen. Bei Sturm und schwerem Seegang, wenn die Wellen sehr hoch sind, kann Pelamis den heftigen Auf- und Abbewegungen des Wasserspiegels nicht mehr folgen und taucht einfach durch die Wogen hindurch.

Seit 2004 schwimmt ein Pelamis-Prototyp vor den schottischen Orkneyinseln in der Dünung, trotzt dem Seegang und liefert eine elektrische Leistung von einigen hundert Kilowatt. Für die Zukunft planen die Betreiber angeblich ganze Farmen mit Dutzenden von stählernen Schlangen. Schon eine einzige solche Farm könnte Tausende von Wohnungen mit Strom versorgen.

Kai-Uwe Graw von der TU Dresden hält die Pelamis-Entwicklung für vielversprechend. Gerald Müller von der Universität in Southampton gibt dagegen zu bedenken, dass auch dieses Kraftwerk hinter den Erwartungen zurückgeblieben sei und weniger Strom als geplant erzeuge. Außerdem sei die Pelamis teuer gewesen und müsse ihre langfristige Zuverlässigkeit noch unter Beweis stellen.

In einem sind sich Kai-Uwe Graw und Gerald Müller jedoch einig: Grundsätzliches Problem aller Versuche, Wellenenergie zu nutzen, sind die Kosten. Nicht nur für den Bau der Kraftwerke fallen erhebliche Summen an, sondern auch für ihre Infrastruktur. Meist befinden sich Wellenkraftwerke in weit abgelegenen Gegenden. Dementsprechend teuer ist es, sie zu verkabeln oder mit Zubringerstraßen zu versehen. Zudem sorgt die Tatsache, dass ein Kraftwerk ständig der schroffen See ausgesetzt ist, für einen schnellen Verschleiß – die Folge sind hohe Betriebskosten.

Sollten Ingenieure diese Probleme eines Tages überwinden und vollauf zufriedenstellende Anlagen bauen, winken lukrative Geschäfte. Nach Berechnungen des Internationalen Weltenergierats in London könnten Wellenenergie-Kraftwerke bis zu 15 Prozent des weltweiten Strombedarfs decken. Als besonders gute Standorte gelten dafür in Europa die Küsten Großbritanniens, Spaniens, Portugals, Irlands und Norwegens. So könnten etwa die Schotten, gesetzt den Fall, sie verfügten über die entsprechenden Wasserkraftwerke, die Hälfte ihres Strombedarfs aus den Wellen des Meeres gewinnen.

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