Wellenkraftwerk

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Die Färöer wollen das erste Land der Welt mit kommerziellen Wellenkraftwerken werden. Briefmarke des Postverk Føroya vom 12. Februar 2007.

Wellenkraftwerke sind eine Form der Wasserkraftwerke. Sie nutzen die Energie der Meereswellen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Wellenkraft zählt zu den erneuerbaren Energien.

Im Unterschied zum Gezeitenkraftwerk wird nicht der Tidenhub ausgenutzt, um die Energiedifferenz zwischen Ebbe und Flut zu nutzen, sondern die kontinuierliche Wellenbewegung.

[Bearbeiten] Potential

Die Leistung, welche Wellen beim Auftreffen auf eine Steilküste freisetzen, beträgt durchschnittlich 15 bis 30 Kilowatt je Meter Küstenlinie.

Nach Berechnungen des internationalen Weltenergierates in London könnten Wellen- und Gezeitenkraftwerke 15 Prozent des weltweiten Strombedarfs decken (diese Berechnung berücksichtigt allerdings nur küstennahe Standorte). Geeignete Standorte in Europa seien die Küsten Großbritanniens, Spaniens, Portugals, Irlands und Norwegens. In Schottland könnten bis zum Jahr 2020 rund vierzig Prozent des Strombedarfs auf diese Art befriedigt werden.

Bislang kostet der Wellenstrom in der Produktion bis zu zehn Cent pro Kilowattstunde. Der Preis ist damit etwa doppelt so hoch wie der von Windenergie. Die Wellenkraftwerksbetreiber hoffen den Preis innerhalb der nächsten zehn Jahre auf vier Cent zu senken und damit dem von Kohle und Gas angleichen zu können.

Allerdings gibt es mehrere Firmen, welche nach eigener Aussage mit ihren jeweiligen Technologien in Serienfertigung auf einen Erzeugerpreis von 3 Cent/kWh kommen könnten und damit bereits heute konkurrenzfähig wären (z.B. Brandl Motor, Ocean Power Technologies Inc., SDE Wave Energy Ltd., Wave Dragon ApS).^[1]

[Bearbeiten] Funktionsprinzipien

Die Nutzung der Wellenenergie ist mit verschiedenen Prinzipien möglich:

Pneumatische Kammer: Nutzung der ein- und ausströmenden Luft in einer Kammer, in der sich der Wasserspiegel durch eine Verbindung zum Meer hebt und senkt, durch einen Windgenerator.
Nutzung der Relativbewegung von Schwimmkörpern zueinander oder zum Ufer. Die Bewegung wird dabei meist über hydraulische Systeme umgesetzt, die den Generator antreiben.
Nutzung der potentiellen Energie (Höhenenergie) auflaufender Wellen auf eine Rampe (Projekt Wave Dragon)

[Bearbeiten] Pneumatische Kammer

Wellenkraftwerk

Ein erstes Wellenkraftwerk auf Basis des OWC-Prinzips ("oscillating water column", deutsch: schwingende Wassersäule) ist seit November 2000 auf der schottischen Insel Islay in Betrieb und speist damit erstmalig Strom in ein kommerzielles Stromnetz. Es wurde von Voith Siemens Hydro Power Generation gebaut. In diesem Kraftwerkstyp drückt jede Welle das Wasser in kaminartige Betonröhren und zieht es dann bei einem Wellental wieder heraus. Am oberen Ende münden die Röhren in Turbinen. Durch die sich auf und ab bewegende Wassersäule wird die Luft in den Betonröhren abwechselnd komprimiert bzw. angesaugt. Dadurch entsteht im Auslass ein schneller Luftstrom, der eine Wells-Turbine antreibt.

Die bisherigen Leistungsdaten des Kraftwerkes auf Islay (Limpet) sind jedoch entäuschend. Die ursprünglich vorgesehenen Jahresduchschnittsleistung von 500 kW musste, da beim Entwurf die Auswirkung eines Meeresbodenplateaus nicht berücksichtigt worden war, auf 212 kW reduziert werden. Insgesamt wurde 2005/2006 jedoch nur eine Durchschnittsleistung von 21 kW erreicht ^[2].

Für 2006 plant das schottisch-färöische Konsortium SeWave die Inbetriebnahme eines Wellenkraftwerks auf der färöischen Insel Sandoy. Es beruht auf der Technologie der Anlage auf Islay. Hierzu werden Tunnel in die Kliffs gebohrt, in denen sich die Generatoren befinden sollen. Es wird das weltweit erste Kraftwerk dieser Art sein, mehrere Millionen Euro kosten und einen Ertrag von 800 Megawattstunden im Jahr liefern. Das entspricht einer durchschnittlichen Leistung von etwa 90 Kilowatt, genug für etwa 40 Haushalte. Danach ist auf den Färöern ein Wellenkraftwerk mit zehn Turbinen angedacht, das etwa 10 Millionen Euro kosten könnte und 13 Gigawattstunden im Jahr (ca. 1,5 Megawatt Durchschnittsleistung) produzieren soll. Die Methode der Kliff-Tunnels soll dann auch an Orten wie den Shetlandinseln und Orkney realisiert werden.^[3]^[4]

Der Unstetigkeit der Energieabgabe, die mit jeder Welle schwankt, versucht man durch Kurzzeitspeicher, beispielsweise Schwungrädern beizukommen. Auch der parallele Betrieb mehrerer gleichartiger Kraftwerke, die räumlich getrennt sind, können die Schwankungen glätten.

[Bearbeiten] Auftriebskörper

Eine Möglichkeit, die Bewegungsenergie der Wellen zu nutzen, wird durch eine Anordnung von beweglichen, durch Gelenke verbundenen, an der Oberfläche schwimmenden Elementen (Teppich) realisiert. Die Meereswellen verwinden die Gesamtkonstruktion. In den Gelenken befinden sich Hydraulikzylinder. Durch die Bewegung wird die Arbeitsflüssigkeit durch Röhren mit integrierten Turbinen und Generatoren in die Ausgleichszylinder gedrückt. Die Stromerzeugung ist inhomogen, mittelt sich aber bei Einsatz vieler Geräte.

Eine ähnliche Konstruktion waren die frühen Salter-Enten gewesen. Hier hebt und senkt die Welle die Nockenhebel einer überdimensionalen Achse.

Beim »Pelamis«-Projekt der Ocean Power Delivery Limited in Stromness auf den britischen Orkney-Inseln ist die Hydraulikarbeitsflüssigkeit Öl. Das Kraftwerk ist Schlangenförmig, 150 m lang und etwa 3,5 m breit. Es wird seit Mitte 2006 kommerziell vor der Küste von Portugal eingesetzt und leistet, vorerst mit drei Kraftwerken, rund 2,25 MW. ^[5]^[6]

Ein anderes Konzept verfolgt z. B. der Ingenieur Gerhard Brandl aus Berlin: Hier wird die vertikale Relativbewegung zwischen einem Schwimmkörper an der Meeresoberfläche und einem daran hängenden Gegengewicht zum Betrieb eines Lineargenerators benutzt.^[7]

[Bearbeiten] Rampe

Skizze Wave Dragon

Das Projekt Wave Dragon besteht aus einem Wellenkonzentrator, der die Wellen durch zwei v-förmig angeordnete Barrieren zur Mitte hin konzentriert. Die so verstärkten Wellen laufen eine Rampe hinauf. Von dort aus fließt das Wasser über Turbinen, die einen Generator antreiben, zurück ins Meer. Die gesamte Anlage ist als schwimmendes Offshore-Kraftwerk ausgelegt und daher nicht an die Küste gebunden. Ein Prototyp existiert bereits seit 2003 in Nissum Bredning, einem Fjord im nördlichen Teil von Dänemark.