Ewiges Hin und Her

Technik

Gezeiten Jeden Tag geraten hunderte Millionen Kubikkilometer Wasser auf der Erde in Schwingungen. Große Energieversorger wie E.on und RWE beginnen, diese Energie zu nutzen. Auch die Wellenenergie macht Fortschritte.

29. Januar 2010

Viel wird nicht zu sehen sein. Sieben turmähnliche Strukturen – für Leuchttürme aber zu kurz – ragen aus der rauen See vor der Nordküste von Wales, das war es auch schon.

Denn das eigentlich Wichtige bleibt unsichtbar: Jeder dieser Türme trägt unter Wasser einen Querträger, an dessen Enden sich je ein Rotor dreht. Mit Unterstützung eines Generators wandelt er die kinetische Energie des Gezeitenstroms in elektrischen Strom um.

Vor der Insel Anglesey ist das Wasser immer in Bewegung. Der Unterschied zwischen Ebbe und Flut beträgt fast 6m. Riesige Wassermassen bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von über 3m/s im Sechs-Stunden-Takt auf die Küste zu und wieder von ihr fort. 1,4MW Strom kann jede dieser ›Seagen-Turbinen‹ leisten.

Nach mehr als vier Jahrzehnten intensiver Forschung stehen Gezeitenkraftwerke jetzt offenbar vor dem kommerziellen Durchbruch. Die großen europäischen Energieunternehmen steigen in das Geschäft mit der Meeresenergie ein. So deuten jedenfalls Branchenexperten das Engagement der britischen RWE-Innogy-Tochter ›npower renewables‹ vor der Insel Anglesey, die hier mit dem britischen Partner Marine Current Turbines Ltd. ein 10-MW-Gezeitenkraftwerk errichtet.

Noch stapelt der Konzern tief. »Ob das ein neuer Markt wird, wissen wir nicht«, sagt Entwicklungsmanager Bill Langley von RWE Innogy. »Aber wir hoffen es.« Angesichts einer Investition in zweistelliger Millionenhöhe sowie eines aktuell diskutierten, zehn Mal größeren Projektes in der walisischen Colwyn Bay darf man bei RWE wohl mehr als nur Hoffnung voraussetzen.

Mit Meerwasser geschmiert

Die deutsche E.on steht den Plänen des Wettbewerbers nicht nach: Praktisch um die Ecke, an der Westküste von Wales, plant das Unternehmen mit einem britischen Partner ein großes Gezeitenkraftwerk. Der französische Stromriese EDF betreibt seinerseits bereits seit Langem ein Versuchskraftwerk an der französischen Kanalküste.

Gezeiten entstehen durch die Anziehungskraft des Mondes im Verein mit den Kräften aus der Erdrotation. Beide bewirken ein Absenken und Ansteigen des Wasserspiegels – Ebbe und Flut. Die Gezeitenströmungen, die sich dabei bilden, treten in allen Meeren auf. Sie lassen sich mit entsprechenden Turbinen zur Energiegewinnung nutzen. Genaue Zahlen über das nutzbare Potenzial sind bisher nicht ermittelt, Schätzungen schwanken von 800 bis zu 1.700TWh. Das entspräche einem Anteil an der Weltstromerzeugung von 4 bis 8%.

Nicht alle Küsten eignen sich für den Betrieb von Gezeitenkraftwerken. Als Systemanforderung nennen Fachleute einen Tidenhub – der Unterschied zwischen mittlerem Hoch- und Niedrigwasser – von mindestens 5m und eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 2 bis 2,5m/s.

Deutschland scheidet damit praktisch aus, der mittlere Tidenhub in der Deutschen Bucht liegt bei 3m. Brauchbare Tidenverhältnisse finden sich innerhalb Europas rund um Großbritannien und Irland sowie an der französischen Kanalküste. Hier beträgt der Tidenhub teilweise 12m, den Weltrekord mit 15m hält aber die Bay of Fundy in Kanada.

»Die Vorteile bei der Nutzung von Gezeiten sind zum einen, dass es sich um eine sehr genau vorhersagbare erneuerbare Energiequelle handelt«, erklärt Jochen Weilepp, Geschäftsführer der Voith Hydro Ocean Current Technologies, ein Joint-Venture von Voith Hydro und RWE Innogy. Das Auf und Ab der Tiden lässt sich jahrzehntelang im voraus berechnen, der wetterabhängige Tidenhub immerhin noch mit einem Vorlauf von wenigen Tagen. »Zum anderen«, fährt er fort, »weist die Gezeitenströmung eine höhere Energiedichte auf als zum Beispiel Wind.«

Die Vorteile sind allerdings teuer erkauft: Die Turbinen bewegen sich in einer extrem technikfeindlichen Umgebung. Voith Hydro macht sich das Salzwasser allerdings zum Verbündeten und hält sich mit aufwendigen und wartungsintensiven Dichtungskonzepten gar nicht erst auf: In den Strömungsturbinen werden die Rotorlager gleich mit Meerwasser geschmiert. Lediglich der gekapselte Generator kommt nicht mit Meerwasser in Kontakt.

Neben den Strömungsturbinen verwenden Gezeitenkraftwerke noch sogenannte Widerstandsläufer. Diese arbeiten nicht mit den Auftriebskräften von tragflächenähnlichen Flügeln, sondern ähnlich wie ein historisches Wasserrad mit einer Fläche, die der Strömung einen Widerstand entgegensetzt. Allerdings liegt deren Wirkungsgrad bei nur rund 50% gegenüber 85% bei Strömungsturbinen.

Wellenenergie am Start

Küstenregionen, die wegen der geringen Tidenhübe für Gezeitenkraftwerke nicht infrage kommen, brauchen sich allerdings von der Meeresenergie nicht gleich vollständig zu verabschieden. Ihnen bleibt der Zugriff auf die zweite Kategorie vom Meereskraftwerken – der Wellenenergie. Neben Großbritannien und Irland stark im Geschäft sind Dänemark und Portugal, die sich beide von der Tidennutzung nichts versprechen dürfen.

Die technische Vielfalt sei hier noch größer als bei den Gezeitenkraftwerken, erklärt Kai-Uwe Graw von der TU Dresden. »Wellenenergie ist abhängig von Intensität und Frequenz«, führt er aus. »Das führt zwangsläufig zu vielen unterschiedlichen Konzepten.«

Die jüngste Idee stammt aus Finnland: Rauno Koivusaari ließ sich bei einem Tauchgang von der hin und her schlagenden Tür eines Schiffswracks inspirieren – und erfand den ›Wave Roller‹. Das Prinzip: Große Klapptüren in der küstennahen Flachwasserzone schlagen hin und her, eine entsprechende Mechanik setzt dieses in Drehbewegungen für einen Generator um. Sein Unternehmen AW-Energy AG schloss jüngst mit der EU einen Vertrag über ein Demonstrationsprojekt in Portugal ab. Die Anlage soll eine Nennkapazität von 300kW haben.

Vielleicht ist die vorgestellte Technik nicht so interessant wie das Konsortium im Hintergrund: Neben dem Ökostromproduzent Eneolica sind es die Technologieunternehmen ABB und Bosch-Rexroth, die die Realisierung der Demonstrationsanlage vorantreiben.

Das zeigt, dass auch die Wellenenergie das reine Experimentierstadium überwunden hat. Der kommerzielle Durchbruch scheint aber weiter entfernt als bei der Nutzung der Gezeiten. Auch die Dimension der im Bau befindlichen Projekte belegt dies. Die RWE npower renewables nimmt mit dem ›Siadar Wave Energy Project‹ das zurzeit größte Wellenkraftwerk der Welt in Angriff – mit einer Nennleistung von gerade 4MW.

Schwingende Wassersäulen

Nicht nur in der Größenordnung hinkt die Wellenenergie hinter der Nutzung von Gezeitenströmen hinterher. Auch die Wirtschaftlichkeit von Wellenenergieprojekten ist noch – wenn überhaupt darstellbar – mit einem Investitionsvolumen von rund 10Mio.€ pro installiertem Megawatt Leistung in weiter Ferne.

Jörn Iken

SCHOTTLAND

Das European Marine Energy Center (EMEC) auf den Orkney Inseln hat von der schottischen Regierung und regionalen Wirtschaftsförderungen rund 2,5Mio.€ erhalten. Das EMEC gilt als ein führendes Forschungszentrum für Meeresenergie.

Die ›Oyster‹, eine hydro-elektronische Anlage von Aquamarine, ist dort in Betrieb gegangen. Jede Welle aktiviert eine Pumpe. Über Pipeline wird Wasser unter Hochdruck zu einer Turbine an Land gepumpt.

Erschienen in Ausgabe: 01/2010