Wellenkraft - Energie aus dem Meer

Q: Wie funktioniert ein Wellenkraftwerk?

Wie bei allen Kraftwerken muss auch beim Wellenkraftwerk eine Turbine betrieben werden. Hier gibt es unterschiedliche Techniken: Wellenkraft durch OWC (Oscillating Water Column, zu Deutsch: schwingende Wassersäule): Hier wird das Wasser durch eine lange Betonröhre in eine Kammer gedrückt und durch das Wellental wieder herausgezogen. Diese bewegt auch die Luft in der Kammer. Am oberen Ende der Kammer wird eine Turbine mit dem Luftstrom der sich auf und ab bewegenden Wassersäule angetrieben. Die Drehbewegung bleibt dabei aber durch die Bauart der Wells-Turbine gleich. Diese Art von Wellenkraftwerken können sowohl in Küstennähe als auch auf hoher See gebaut werden. Wellenkraft durch Schwimmkörper: Dabei werden Schwimmkörper mit dem Meeresboden, mit der Küste oder miteinander verbunden. Durch die hydraulische Energie der Meereswellen kann Strom erzeugt werden. Bei der “Seeschlange”, benannt nach den mehreren miteinander verbundenen Schwimmkörpern, treibt etwa die Bewegung der Gelenke hydraulische Pumpen an, die einen Generator betreiben. Auch können die Schwimmkörper durch die Auf- und Abbewegung einer Platte, eines Seils oder einer Bojenkonstruktion über einen Hydraulikzylinder einen Generator betreiben. Diese Art von Anlagen sind für die Küstennähe konzipiert. Wellenkraft durch überspülende Wellen: Hier wird potentielle Energie, also Höhenenergie, genutzt. Mittels Wellenkonzentrator, einer V-förmigen Barriere, werden die Wellen verstärkt und laufen eine Rampe hinauf. Schließlich laufen sie über eine Turbine herab zurück ins Meer. Diese Wellenkraftwerke sind meist für die hohe See konzipiert. Wellenkraft durch Dämpfungsglieder: Sehr träge, aber bewegliche Platten werden durch die Meereswellen bewegt. Über ein Hydrauliksystem wird mit Druck ein Hydraulikmotor betrieben, der einen Generator betreibt, der Strom erzeugt. Dabei kann die Anlage sowohl in Küstennähe als auch schwimmend im Meer konstruiert sein.

Ökostrom aus dem Meer? Die eindrucksvolle Kraft der Wellen trägt nicht nur zur Urlaubsidylle bei, sondern kann auch effizient für die Energiegewinnung verwendet werden - wenn auch freilich nicht in Österreich.

Ohne Meereszugang wird das in Österreich eher schwierig für diese erneuerbare Energie, aber wir wagen einen Blick hinaus zu anderen Ländern. Wir klären ab, was es mit der Nutzung von Wellenenergie auf sich hat, worin die Vorteile und Nachteile liegen und wie die Technologie dahinter funktioniert.

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Strom durch Meeresenergie

Wellenkraftwerke nutzen die kinetische Energie (auch Bewegungsenergie genannt) des Meeres, genauer gesagt der Meereswellen. Anders als ein Gezeitenkraftwerk bringt dabei nicht der Tidenhub, also das Spiel von Ebbe und Flut die nötige Bewegung, sondern die Wellen selbst. Immerhin können Wellen bis zu 100 Kilowatt (kW) pro Meter auf hoher See erreichen, in Küstenregionen üblicherweise zwischen 20 und 30 kW. Dies gilt freilich für Ozeane wie den Pazifik und den Atlantik, in Binnenmeeren wie dem Mittelmeer oder der Ostsee liegt die Wellenleistung bei etwa einem Zehntel davon.

Wie funktioniert ein Wellenkraftwerk?

Doch wie genau kann Wellenenergie zu Strom werden? Wie bei allen Kraftwerken muss auch hier eine Turbine betrieben werden. Um diese anzutreiben, gibt es unterschiedliche Techniken.

Wellenkraft durch OWC (Oscillating Water Column, zu Deutsch: schwingende Wassersäule): Hier wird das Wasser durch eine lange Betonröhre in eine Kammer gedrückt und durch das Wellental wieder herausgezogen. Diese bewegt auch die Luft in der Kammer. Am oberen Ende der Kammer wird eine Turbine mit dem Luftstrom der sich auf und ab bewegenden Wassersäule angetrieben. Die Drehbewegung bleibt dabei aber durch die Bauart der Wells-Turbine gleich. Diese Art von Wellenkraftwerken können sowohl in Küstennähe als auch auf hoher See gebaut werden.
Wellenkraft durch Schwimmkörper: Dabei werden Schwimmkörper mit dem Meeresboden, mit der Küste oder miteinander verbunden. Durch die hydraulische Energie der Meereswellen kann Strom erzeugt werden. Bei der “Seeschlange”, benannt nach den mehreren miteinander verbundenen Schwimmkörpern, treibt etwa die Bewegung der Gelenke hydraulische Pumpen an, die einen Generator betreiben. Auch können die Schwimmkörper durch die Auf- und Abbewegung einer Platte, eines Seils oder einer Bojenkonstruktion über einen Hydraulikzylinder einen Generator betreiben. Diese Art von Anlagen sind für die Küstennähe konzipiert.
Wellenkraft durch überspülende Wellen: Hier wird potentielle Energie, also Höhenenergie, genutzt. Mittels Wellenkonzentrator, einer V-förmigen Barriere, werden die Wellen verstärkt und laufen eine Rampe hinauf. Schließlich laufen sie über eine Turbine herab zurück ins Meer. Diese Wellenkraftwerke sind meist für die hohe See konzipiert.
Wellenkraft durch Dämpfungsglieder: Sehr träge, aber bewegliche Platten werden durch die Meereswellen bewegt. Über ein Hydrauliksystem wird mit Druck ein Hydraulikmotor betrieben, der einen Generator betreibt, der Strom erzeugt. Dabei kann die Anlage sowohl in Küstennähe als auch schwimmend im Meer konstruiert sein.

Wellenkraftwerke

Das erste Wellenkraftwerk Tapchan entstand als Versuchsprojekt 1986 auf der norwegischen Insel Toftestallen. Es funktionierte nach dem Prinzip der überspülenden Wellen. Nach zehn Jahren wurde das Projekt jedoch eingestellt. Zwar funktionierte es, doch gab es hohe Wartungskosten wegen immer wieder verstopften Becken.

Als erstes kommerzielles Wellenkraftwerk ging LIMPET 500 (Limpet ist das englische Wort für Napfschnecke) 2001 auf der schottischen Insel Islay in Betrieb. Zunächst startete die Anlage des OWC-Typs nur zu Testzwecken, doch ging sie im Folgejahr ans Netz. Durch mangelhafte Konstruktion und Nichtberücksichtigung des Meeresbodenplateaus konnte die Anlage nur rund 212 kW Jahresdurchschnittsleistung, statt der angepeilten 500 kW bringen. Nach einer Neuübernahme konnte der neue Betreiber den Wirkungsgrad jedoch deutlich steigern und eine weitere Anlage im spanischen Mutriku 2011 bauen.

2004 wurde, ebenfalls an der Küste Schottlands, das Wellenkraftwerk Pelamis in Betrieb genommen. Der Name leitet sich aus dem Griechischen ab und bedeutet Seeschlange. Das “Ungeheuer” hat eine Länge von rund 150 Meter. Es besteht aus vier Segmenten mit je 3,5 Meter Durchmesser und erzeugt eine maximale Leistung von 750 kW. Bei Riesenwellen kann diese Konstruktion einfach durchtauchen. Dieses Projekt hat viele Vorteile, da es kein Fundament benötigt, sehr widerstandsfähig ist und die Konstruktion verhältnismäßig einfach. Ähnliche Anlagen sollten 2006 in Portugal installiert werden, doch die Inbetriebnahme der Aguçadoura I zog sich zweieinhalb Jahre dahin. Schließlich ging sie 2008 in Betrieb, doch das Projekt wurde nach nur einem halben Jahr wegen technischer und finanzieller Probleme gestoppt. Das Folgeprojekt Aguçadoura II wurde 2009 bewilligt, gebaut und genutzt, doch wurden die Seeschlangen 2016 außer Betrieb genommen und verkauft. Andere Projekte wie in Hayle an der Küste Cornwalls, an den schottischen Shetland-Inseln oder bei den ebenfalls schottischen Orkney-Inseln waren von deutlich mehr Erfolg gekrönt und blieben am Netz.

Im israelischen Jaffa wurde 2022 ein kleines Wellenkraftwerk mit Schwimmkörperkonstruktion direkt an die Hafenmauer gebaut. Statt die Anlagen hochseerobust bauen zu müssen, klappt sich der Floater automatisch bei Unwetter ein. Dies hält vor allem die Kosten im Zaum und versorgt rund 100 Haushalte. Ähnliche Projekte in den USA, Portugal und Spanien sind geplant.

Vorteile und Nachteile der Wellenkraft

Das Meer ist immer in Bewegung auch an ruhigen Tagen und daher fällt immer Energie für Wellenkraftwerke an. Es handelt sich daher um eine unerschöpfliche und erneuerbare Energiequelle für Ökostrom.

Der Bau selbst ist oft sehr gefährlich, da die Wucht der Wellen jede Konstruktion belastet und daher, auch für die Sicherheit der Arbeiter*innen, oft kompliziert macht. Zum Teil müssen die Anlagen daher im Trockendock gebaut werden. Die Installation ist, je nach Anlagenart, ebenfalls nicht immer einfach, vor allem wenn unvermutet Sturm aufkommt, bevor das Kraftwerk völlig zusammengestellt ist. Dies passierte zum Beispiel beim Wellenkraftwerk ART-Osprey an der schottischen Küste. Teuer kommt auch die hohe Belastungsfähigkeit des Materials, insbesondere auf hoher See, damit die Anlagen auch schwere Unwetter überstehen.

Sind die Kosten für einen Bau jedoch abbezahlt, bringt jede Welle Energie und Gewinn. Auch verlagert sich der Fokus vermehrt von teuren Riesenanlagen auf hoher See zu kleinen, lokalen Stromerzeugern, die leicht und kostengünstig an gegebene Hafenmauern oder in Küstennähe installiert werden können. Sie bieten eine perfekte Ergänzung zu Solar- und Windenergie.

Von Vorteil ist auch, dass keinerlei Müll verursacht wird. Selbst das Hydrauliköl ist stets biologisch abbaubar und stellt somit keine Gefahr dar. Wellenkraftwerke werden daher in Zukunft sicher vielen Ländern mit Meereszugang eine weitere Alternative zur Stromerzeugung bieten können.

Weiterführende Links

Wasserkraftwerke in Österreich

( Zuletzt aktualisiert: 17.05.2023. Ursprünglich veröffentlicht: 13.01.2023 )

In Österreich gibt es Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke und Laufkraftwerke, die gemeinsam über 12.036 Megawatt Leistung bringen. Die Höchstleistung (Engpassleistung) liegt bei rund 27.056 Megawatt.

Laufkraftwerke: Laufkraftwerke werden auch Laufwasserkraftwerke oder Flusskraftwerke genannt. Sie nutzen die Strömung eines Flusses, die eine Turbine antreibt.

Speicherkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke: Diese Kraftwerke nutzen das Wasser eines Stausees, das bei Bedarf in ein niedrigeres Becken abgelassen wird und dabei eine Turbine antreibt. Beim Pumpspeicherkraftwerk kann Wasser vom Unterbecken auch wieder in den Stausee zurück gepumpt werden. Pumpspeicherkraftwerke nutzen dafür vor allem Strom-Überschüsse und bieten daher eine gute Ergänzung zu nicht grundlastfähigen Energiequellen wie Sonnen- oder Windkraft.

Gezeitenkraftwerk: Der Tidenhub des Meeres wird genutzt um Strom durch kinetische Energie, als auch potentielle Energie zu erzeugen. Ohne Meereszugang bleibt uns ein solches Kraftwerk in Österreich leider verwehrt. Das erste kommerzielle Gezeitenkraftwerk eröffnete im französischen Rance bereits 1966. Es gibt außerdem Gezeitenkraftwerke in Kanada, China, Russland und Südkorea.

Wellenkraftwerk: Hier werden Meereswellen zum Gewinnen von Strom genutzt. Statt der Gezeiten wird die kontinuierliche Bewegung verwendet. Auch hier wird ein Meereszugang benötigt, den wir in Österreich leider nicht haben. Es gibt Wellenkraftwerke in Schottland, Spanien und Israel.

Gradientenkraftwerk: Hierzu gehören Osmosekraftwerke und Meereswärmekraftwerke, beide gibt es in Österreich nicht. Osmosekraftwerke nutzen den Unterschied im Salzgehalt zwischen Süßwasser und Salzwasser. Davon gibt es seit 2009 nur einen Prototypen in Norwegen. Meereswärmekraftwerke nutzen den Temperaturunterschied zwischen warmen und kalten Wassermassen in unterschiedlichen Tiefen des Meeres. Das Prinzip ist schon seit 1881 bekannt und das erste Kraftwerk dieser Art wurde 1930 in Kuba installiert. Die Effizienz liegt hier nur bei rund 70 Prozent.

Gletscherkraftwerk: Gletscherkraftwerke nutzen das Schmelzwasser eines Gletschers und können nur in Polarregionen betrieben werden. In Österreich steht daher keines.