Meeresströmung – Energiequelle der Zukunft?

 

Wasserkraft ist eine der ältesten Energiequellen der Menschheit. Schon seit über 2000 Jahre wird die Kraft von aufgestautem oder fließendem Wasser genutzt, um Korn- und Sägemühlen oder Hammerschmieden zu betreiben. Heute produzieren weltweit Wasserkraftwerke rund ein Fünftel des gesamten Strombedarfs. Im Bereich der Nutzung von Wellen und Meeresströmungen gibt es trotz großer Potenziale noch keine marktreife Stromerzeugungs-Technologie. Dieser Bericht stellt eine innovative Technologie vor, die derzeit als Pilotanlage getestet und ggf. zukünftig die Stromgewinnung aus dem Meer ermöglichen werden.

Energie aus Meeresströmung

Gezeitenkraftwerk in Saint-Malo (Frankreich)Wenn das Wort Gezeitenkraftwerk fällt, denkt man unweigerlich an das weltweit größte Projekt dieser Art, das Strömungskraftwerk an der Mündung des französischen Flusses Rance bei Saint-Malo (Bretagne). Bei diesem im Jahre 1966 errichteten Kraftwerk wird der Tidenhub von 12 bis 18 Meter genutzt, um Wasser hinter einem Staudamm aufzustauen. Dabei werden 24 Röhrenturbinen à 10 MWel angetrieben. Bei Niedrigwasser wird das Wasser durch diese Turbinen wieder abgelassen. Die durchschnittlich 2.200 Stunden pro Jahr in Betrieb befindliche Anlage ist jedoch extrem korrosionsanfällig und hatte gravierende negative Auswirkungen auf das Ökosystem des Flusses. Außerdem gibt es weltweit nur wenige Standorte, die für ein solches System geeignet wären.

Ein neuer Ansatz, die Gezeitenkräfte zu nutzen, stellt ein britisch-deutsches Projekt dar, welches sich seit einigen Jahren in der Planung befindet und im nächsten Jahr im Bristol Channel vor der Küste Cornwalls installiert wird. Die Anlage, welche fast wie eine »Unterwasser-Windkraftanlage« aussieht, nutzt nicht den Tidenhub, sondern die durch die Gezeiten verursachten Meeresströmungen. Da die Dichte von Wasser deutlich größer ist als die von Luft, genügt auch das eher gemächliche Tempo von Ebbe und Flut, um Strom zu gewinnen. Für eine erfolgreiche kommerzielle Nutzung müssen moderate Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens 2 bis 2,5 m/sec vorhanden sein. Auch andere Meeresströmungen könnten bei geeigneter Geschwindigkeit zur Stromerzeugung genutzt werden.

Rotor, Netzanschluss, Steuerung und Regelung dieser Anlage, welche den Namen »Seaflow« trägt, werden von Mitarbeitern der Universitäts-Gesamthochschule Kassel wissenschaftlich bearbeitet und in Zusammenarbeit mit Komponentenherstellern optimiert. Involviert sind das Institut für Elektrische Energietechnik/Rationelle Energiewandlung und das Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmid. Das internationale Konsortium unter Leitung des Ingenieurbüros IT Power wird auf britischer Seite durch einen Spezialisten für Offshore-Installationen Seacore Ltd. ergänzt. Die Triebstrangkomponenten (Generator, Getriebe etc. ) werden von deutschen Herstellern gebaut, die auch Windkraftanlagenhersteller beliefern.

Seaflow-Anlage mit zwei Rotoren (Bildquelle: MCT)
 

Bei der Seaflow-Pilotanlage wird ein Turm, ein sogenannter Monopile, im Meeresboden verankert. Dies geschieht, indem man eine Bohrung von mehreren Metern Durchmesser durchführt, in die der Turm hineinbetoniert wird. Damit wird eine Struktur geschaffen, die in der Lage ist, den Rotor in Betrieb zu halten und zu führen. Je nachdem wie tief der Meeresgrund bzw. die Strömung ist, wird ein Rotor mit einem größeren Durchmesser oder zwei an einem Querbalken befindlichen kleinere Rotoren (rund 10 m Durchmesser) installiert. Die Pilotanlage wird mit einem Rotor von 15 m Durchmesser ausgestattet. Damit sich die Rotorblätter immer unter der Wasseroberfläche befinden, wird die Rotornabe rund zehn Meter unter dem Gezeiten-Tiefstand angeordnet.

Das Projekt, das ursprünglich als rein von der Europäischen Kommission gefördertes Forschungsvorhaben startete, wird vom Bundeswirtschaftsministerium und vom Britischen Department for Trade and Industry mitfinanziert.

In Abhängigkeit von der Witterung und der Auslastung des für die Installation zuständigen Unternehmens Seacore Ltd. wird die 3,6 Mill. Euro teure Pilotanlage (gesamte Projektkosten) im Frühjahr oder Herbst 2002 installiert. Da – ähnlich wie bei einer Windkraftanlage – die Komponenten vormoniert vorliegen, dauert die eigentliche Installation nur wenige Tage.

Seaflow-Anlage mit einem Rotor - Pilotanlage (Bildquelle: MCT)Die Pilotanlage, welche für eine Nennleistung von 350 kWel ausgelegt ist, soll insbesondere Aufschluss über den Energieertrag dieses Systems bringen. Erwartet werden von Experten rund 4.000 Volllaststunden, was in etwa der Nutzungsdauer von Offshore-Windkraftanlagen entspricht. Noch besser als bei großräumig verteilten Windkraftanlagen kann durch eine geschickte räumliche Verteilung der Meeresströmungsturbinen eine zeitliche Verschiebung und dadurch eine gleichmäßigere Stromproduktion realisiert werden. Während bei Wellenkraftwerken die Stromproduktion maßgeblich von der Witterung abhängt und die Anlagen betreffend ihrer Standfestigkeit und Auslegung auf extreme Energiespitzen ausgelegt werden müssen, garantieren Meeresströmungen und Gezeiten eine kontinuierlichere Stromproduktion. Lediglich bei Höchst- und Niedrigstand des Wassers ist keine Strömungsgeschwindigkeit vorhanden. Außerdem beeinflussen extreme Energiespitzen wie bei Stürmen die Unterwasseranlage nur unwesentlich.

Die größten Potenziale für Strömungskraftwerke nach dem Seaflow-Prinzip liegen außerhalb Europas. Doch auch in Europa sind bislang über 100 Standorte bekannt, die sich für eine Energiegewinnung aus Meeresströmungen eignen würde. Diese befinden sich vor allem entlang der britischen, französischen, portugiesischen und spanischen Küste. Nach einer ersten unvollständigen wissenschaftlichen Studie beträgt das Potenzial in Europa 12.000 MW. Ähnlich wie dies bei der Suche nach geeigneten Standorten für Windkraftanlagen bereits der Fall ist, befindet sich ein Simulationsprogramm in der Entwicklung, welches die Strömungen in Abhängigkeit der Meeresbodenprofile simuliert. Dadurch wird zukünftig eine schnellere und aussagekräftigere Suche nach geeigneten Standorten möglich sein.

Die Patente sowie die Verwertungsrechte an Seaflow sind in Besitz der neu gegründeten Marine Current Turbine Ltd. (MCT). MCT bietet den Rahmen für eine finanzielle Beteiligung aus der Industrie, um Kraftwerksparks mit einer Gesamtleistung von fünf bis zehn Megawatt mittelfristig realisieren zu können.

Anwendungsfelder in Deutschland

Die Nutzung von Meeresströmungskraftwerken ist aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten in der Nord- und Ostsee für den deutschen Energiemarkt wirtschaftlich eher uninteressant. Wegen der internationalen Führungsrolle deutscher Unternehmen in der Windenergietechnik erscheint jedoch eine Partizipation an einem möglichen Ausbau dieser Technologie zumindest in Bezug auf zusätzliche Arbeitsplätze möglich. Das vorhandene Knowhow aus der Windkraftanlagen-Technologie muss aber an die Kraft- und Dichteverhältnisse im Wasser angepasst werden. Deshalb erscheinen Forschungsprojekte in diesem Zusammenhang sinnvoll.

Autor: Markus Gailfuss, BHKW-Infozentrum Rastatt
Bildquellen: Marine Current Turbine Ltd. (MCT)

 

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