Energie: Windrad unter Wasser

Strangford Lough ist ein bemerkenswerter Abschnitt der Küste Nordirlands: Wie ein riesiger Blinddarm ragt die See ins Festland hinein und bildet einen Meeresarm, der 26 Kilometer lang und sechs Kilometer breit ist. Während Ebbe und Flut – also eigentlich immer – quetschen sich enorme Mengen Wasser durch die schmale Verbindung zum offenen Meer. Dort errichten Techniker der britischen Firma Marine Current Turbines derzeit ein Kraftwerk, um aus der Strömung Strom zu machen.

Ende Juli hat die Anlage zum ersten Mal Elektrizität geliefert. Zunächst 150 Kilowatt, doch in den nächsten Wochen soll die Leistung bis zu 1,2 Megawatt betragen – so viel wie gut 1000 Haushalte verbrauchen. „Es ist die erste Anlage, die eine so hohe Leistung erreicht und damit interessant für eine kommerzielle Nutzung ist“, sagt Jochen Bard vom Kasseler Institut für Solare Energieversorgungstechnik (Iset), der an der Entwicklung des Strömungskraftwerks beteiligt ist.

„Im Prinzip funktioniert es wie eine Windturbine unter Wasser“, sagt der Physiker. Dazu sind an den Seiten einer gewaltigen Stahlsäule zwei Rotoren montiert. 15 Meter Durchmesser haben sie. Die Flügel lassen sich verstellen, je nachdem ob bei Ebbe Wasser aus dem Strangford Lough herausströmt oder ob es die Flut hereindrückt. Gezeitenkraftwerk solle man es aber trotzdem nicht nennen, sagt der Forscher. Dieser Begriff sei reserviert für Turbinen in Staudämmen an Buchten oder Flussmündungen, die wie herkömmliche Wasserkraftwerke funktionierten. „Sonst kommt man völlig durcheinander.“

Im Idealfall drehen sich die Flügel des Strömungskraftwerks 10 bis 15 Mal pro Minute. Schneller muss es gar nicht sein. Denn im Gegensatz zu Windkraftanlagen, die schon eine ordentliche Brise brauchen, genügen Strömungskraftwerken Fließgeschwindigkeiten von zwei Metern pro Sekunde. Der Grund: Wasser hat eine tausendfach höhere Dichte als Luft. Deshalb lässt sich mit einem Rotor im Meer siebenmal mehr Strom erzeugen als mit einem gleich großen Propeller in der Luft.

Allerdings ist das Strömungsverhalten von Wasser auch komplizierter als das von Luft. „Wenn eine Welle über das Kraftwerk geht, wird der Rotor an einigen Stellen beschleunigt, an anderen wiederum abgebremst“, sagt Bard. Er und sein Team haben zunächst diese Belastungen mithilfe von Computermodellen simuliert und anschließend die Regelungstechnik entwickelt, mit der beispielsweise die Neigung der Rotorblätter gesteuert wird.

Die beiden Propeller sind zudem höhenverstellbar. Diese Funktion wird zwar selten genutzt, ist aber sehr wichtig. Nur alle fünf Jahre, so der Plan, sollen die Rotoren aus dem Wasser gehoben werden, um sie zu warten: abschmieren, Rost entfernen, defekte Teile erneuern. „Über dem Wasserspiegel ist das wesentlich einfacher als darunter“, sagt Bard. So spare man sich speziell ausgebildete Taucher und könne Techniker einsetzen, die vom Schiff aus arbeiten.

Rund 12 Millionen Euro hat das Kraftwerk gekostet. Den Großteil davon haben die britische Regierung und private Kapitalgeber wie der Energiekonzern RWE bezahlt. Auch das Bundesumweltministerium hat die Forschungsarbeit mit rund 1,5 Millionen Euro unterstützt.

„Damit die Technologie wirklich wirtschaftlich ist, müssen an einem Ort mehrere Kraftwerke errichtet werden“, sagt Bard. Mindestens 20 Megawatt müsste eine Unterwasser-Windfarm liefern, um Strom zu einem konkurrenzfähigen Preis von fünf bis zehn Cent pro Kilowattstunde zu produzieren. Doch derart große Anlagen kosten 50 bis 100 Millionen Euro, schätzt Bard. Das Kraftwerk am Strangford Lough soll deshalb nicht nur Wissenschaftler und Ingenieure begeistern, sondern auch Investoren.

Bei Umweltschützern ist die Freude geteilt. Derartige Kraftwerke arbeiten zwar emissionsfrei, aber sie könnten der Meeresfauna schaden. „Es muss sichergestellt werden, dass solche Anlagen nicht auf den Wanderrouten von Meeressäugern wie zum Beispiel Schweinswalen liegen“, fordert Stephan Lutter von der Naturschutzorganisation WWF. Ähnlich wie bei Windkraftanlagen, die zunehmend über dem Meer errichtet werden, müsse auch bei Strömungskraftwerken der kumulative Effekt auf die Natur geprüft werden. Das heißt, nicht jede Anlage einzeln auf mögliche Umwelteinflüsse zu untersuchen, sondern alle in einer Region zusammen.

Strömungskraftwerke können nur an ausgewählten Küstenabschnitten errichtet werden: Das Wasser muss mindestens 20 Meter tief sein und die Gezeiten sollten entsprechend stark sein, um die Rotoren in Schwung zu halten. „Alle potenziellen Standorte könnten zusammen rund 600 Terawattstunden Strom im Jahr liefern“, sagt der Iset-Forscher Bard. Das ist mehr als in Deutschland verbraucht wird. Dennoch werden die Kraftwerke bei der Stromerzeugung hierzulande kaum eine Rolle spielen. „Dafür sind die Meeresströmungen einfach zu schwach“, sagt Bard. Bei der Weiterentwicklung der Technologie allerdings werden deutsche Forscher auch künftig eine wichtige Rolle spielen, glaubt er.