Meeresströmungskraftwerk

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Dieser Artikel erläutert freistehende Kraftwerke; zu Kraftwerken, die in Staudamm-Bauweise ausgeführt werden siehe Gezeitenkraftwerk.
Kabelgebundene Meeresströmungsturbine
Meerbodenströmungsturbine

Ein Meeresströmungskraftwerk ist ein Wasserkraftwerk, das aus der natürlichen Meeresströmung Elektrizität erzeugt. Es wird dabei nicht, wie bei den meisten anderen Wasserkraftanlagen, ein Stauwerk errichtet, sondern die Turbine steht – ähnlich einer modernen Windturbine – an einem Mast frei in der Strömung.

Vor- und Nachteile[Bearbeiten]

Vorteile[Bearbeiten]

  • Der entscheidende Vorteil von Meeresströmungskraftwerken ist, dass Meeresströmungen kontinuierlich fließen und sich daher sehr genau vorhersagen lassen. Die Qualität eines Standortes lässt sich sehr gut einschätzen. Die eingespeiste Strommenge ist weniger wetterabhängig als die von Windkraftanlagen oder Solarkraftwerken.
  • Meeresströmungskraftwerke kommen zudem mit sehr niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten aus, da die Dichte des Wassers etwa 800-mal größer als die der Luft ist.
  • Kommerzielle Meeresströmungskraftwerke sollen in Gänze im Wasser eingetaucht sein, da eine Durchmischung der Wasserströmung mit Luft zu einem rapiden Sinken der Dichte der Strömung und damit einem Leistungseinbruch führen würde. Zudem werden in diesem Fall weitere Probleme, wie Korrosion (Rost) aufgrund höherer Luftzufuhr, vermieden. Dieser Sachverhalt führt auch dazu, dass keine sichtbare Veränderung der Landschaft stattfindet.
  • Meeresströmungsturbinen sind im Betrieb ähnlich umweltverträglich wie Windkraftanlagen oder Solarkraftwerke, da die Turbinen keine Abfallstoffe wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid emittieren.
  • Durch die langsame Rotation des Rotors sind Meeresströmungskraftwerke für Fische und andere Meerestiere wahrscheinlich ungefährlich. Diese Frage wird jedoch zurzeit noch genauer untersucht.

Nachteile[Bearbeiten]

  • Meeresströmungskraftwerke sind gegenwärtig noch unwirtschaftlicher als andere Techniken, die unter erneuerbare Energien subsumiert werden.
  • In der Nähe der Anlagen ist nur dann effektiver Fischfang möglich, wenn der Wasserspiegel über der Turbine ausreichend hoch ist.
  • Bei der Errichtung der Turbinen sind Wechselwirkungen mit möglichen Schiffsbewegungen zu berücksichtigen.
  • Die Installation der Anlagen ist wasserbau- und stahlbautechnisch fordernd, so sind Bauarbeiten auf offener See oder in Flüssen besonders anspruchsvoll. Stahl und Beton und andere Baumaterialien müssen unterwassertauglich und gegen Salzangriff gerüstet sein. Zudem können sich am Fundament der Anlage Kolke bilden. – Der Meeresboden im Bereich der Anlage wird eventuell ausgehöhlt oder unterspült. Die Wartung gestaltet sich aufwendig, da sich die Anlagen unter Wasser befinden und dadurch schwerer zu erreichen sind.
  • Die Turbinen entziehen der Strömung Energie (prinzipiell wie Windkraftanlagen). Dadurch ist die Strömung direkt vor der Turbine schneller als direkt dahinter. Dies kann Auswirkungen auf das Verhalten von Meerestieren haben, die bestimmte Strömungen bevorzugen. Außerdem kann dies Einfluss auf den Transport von Sedimenten haben (die Bewegung des Meeresbodens hängt vor allem von der Strömung ab).
  • Die Turbinen verursachen Lärm, der sich unter Wasser ausbreitet.

Europäische Potenziale und Entwicklungen[Bearbeiten]

In Europa kann man nach heutigen Schätzungen etwa 2–3 % des aktuellen Stromverbrauchs mithilfe der Anlagen decken. Positiv sieht es besonders in Großbritannien aus. Es wird erwartet, dort 20 % des Strombedarfs durch diese Technik decken zu können.

Im Sommer 2012 wird am Ramsey Sound (West Wales) ein 1,2-MW-Meereströmungskraftwerk für einen Testlauf von 12 Monaten errichtet werden. Ein Modul aus drei 3-blättrigen Turbinen wird auf einer Wassertiefe von 31 m versenkt und mit einem unterseeischen Kabel mit einer Festlandstation verbunden. Dort wird der Strom auf netzverträgliche 33 kV transformiert und ins öffentliche Netz eingespeist. Da das Modul nicht fest verankert wird, sondern durch seine spezielle Konstruktion auf Position bleibt, ist der Eingriff in die Natur minimal - eine Voraussetzung, warum diese Anlage die Genehmigung im Pembrokeshire-Coast-Nationalpark erhielt. Ein strenges Monitoring (unter anderem mit IR-Unterwasser-Kameras an allen Turbinen) begleitet den Test. Vor allem die Auswirkungen auf die Umwelt sowie die Veränderung der Strömung sollen dabei untersucht werden.

Das Modul ist so gestaltet, dass beliebig viele an einem Standort gruppiert werden können. Der nächste Schritt wird ein Testlauf mit mehreren Modulen sein, um die gegenseitige Beeinflussung der Turbinen zu untersuchen.

Der Sund zwischen Ramsey Island und dem Festland ist gekennzeichnet durch extreme Gezeitenströme, die bis zu 7 kn erreichen können. Der Sund verläuft in Nord-Süd-Richtung und die Insel bietet der Anlage Schutz vor Stürmen und schwerem Wellenschlag.

In Deutschland ist das Potential verschwindend gering. Als einziger Standort wird vom Wissenschaftlichen Dienst des Deutschen Bundestags der Strömungsbereich südlich der Insel Sylt aufgeführt. Dieser liegt allerdings im Nationalpark Schleswig-Holsteinisches Wattenmeer und das Wasser ist dort nicht tief genug, um Anlagen in der Größe der Seaflow-Anlage zu installieren.

Allgemein lässt sich – unter ganz grober Betrachtung – sagen, dass die Entwicklung in Europa dahin geht, dass viele große Anlagen zu Parks zusammengeschlossen werden sollen, ähnlich wie Windparks. In den USA werden auch kleinere Anlagen entwickelt, die teilweise direkt an den Energieendnutzer angeschlossen werden sollen.

Ausgeführte Anlage[Bearbeiten]

Allein in Europa gibt es über hundert mögliche Standorte; es wurden bisher nur wenige Meeresströmungskraftwerke realisiert:

  • Seaflow (Großbritannien,Prototypenstadium)(2003)
  • Kobold (Straße von Messina, Prototypenstadium)[1]
  • Hammerfest (Norwegen)[2] (2003)
  • RITE (New York City) (2006)
  • SeaGen (Nordirland) (2008)

Seaflow[Bearbeiten]

SeaFlow mit aus dem Wasser gehobenem Rotor

Das unter dem Namen Seaflow bekannte Kraftwerk funktioniert im Prinzip wie eine Windenergieanlage, nur bewegt sich der Rotor unter der Wasseroberfläche. An der Meeresoberfläche befindet sich eine kleine Plattform, auf der sich Wartungsarbeiter aufhalten können, und ein Computer, der Daten über den Rotor sammelt. Auf der Höhe der Meeresströmung befindet sich ein 11 Meter durchmessender zweiflügliger Rotor, der sich mit ungefähr 15 Umdrehungen pro Minute dreht – angetrieben mit Hilfe der Meeresströmung. Ein Generator wandelt wie bei einem Windrad die Strömungsenergie in Elektrizität um.

Die Überwachung von Seaflow geschieht über einen zentralen Server, auf dem alle Daten zusammenlaufen. Dadurch werden Schäden früh erkannt und können unter Umständen direkt gewartet werden.

Das Seaflow wurde von der Universität Kassel geplant und mit Unterstützung eines britischen Ministeriums vor der Küste von Cornwall in der Straße von Bristol im Südwesten Englands gebaut.

Der Prototyp besitzt eine Nennleistung von 300 kW. Der Turm, an dem der Rotor angebracht ist, ist knapp 50 m hoch, bei einem Durchmesser von 2,5 m. Er wurde 15 m tief in den Meeresboden getrieben. Durch den Tidenhub beträgt die Höhe über dem Wasserspiegel etwa 5–10 m. Die Rotorblätter sind um 180° verstellbar, um die entgegengesetzten Meeresströmungen von Ebbe und Flut nutzen zu können. Der Prototyp hat keinen Netzanschluss.

Zur Wartung des Rotors kann dieser hydraulisch am Turm nach oben bis über den Wasserspiegel gefahren werden.

SeaGen[Bearbeiten]

Das Gezeitenkraftwerk Strangford (auch kurz SeaGen genannt) in der Meerenge von Strangford, County Down, Nordirland, ist seit 2008 im regulären, kommerziellen Betrieb.

Roosevelt Island Tidal Energy (RITE)[Bearbeiten]

Eine Demonstrationsanlage mit sechs fünf Meter hohen Turbinen mit einer Leistung von je 35 kW wurde 2006 auf dem Grund des East River in New York City verankert und nutzt dort die Gezeitenströmungen.

Openhydro[Bearbeiten]

Nova Scotia Power und sein Technologiepartner OpenHydro haben eine Meeresturbine mit einer Leistung von 1 Megawatt (MW) konstruiert, die für eine Meeresenergie-Testanlage vor Kanada ins Wasser gelassen wird. Die mittig geöffnete Turbine wurde von OpenHydro in Irland hergestellt. Die Turbine ruht direkt auf dem Meeresboden.

Die 10 Meter große Turbine, die im November 2009 installiert wurde, soll bis zu zwei Jahre lang getestet werden. Ziel ist es, die Umweltverträglichkeit und die zukünftige Wirtschaftlichkeit eines Gezeitenkraftwerks zu ermitteln. Die Tests werden sich auf die Robustheit der Turbine im rauhen Umfeld konzentrieren.[3] Im Dezember 2010 wurde der Prototyp planmäßig wieder geborgen, dabei wurde festgestellt, dass seine Rotoren verlorengegangen waren. Die Turbine wird untersucht und soll schnellstmöglich wieder an ihren Einsatzort zurückgebracht werden.[4]

Im März 2010 erhielt OpenHydro zusammen mit SSE Renewables die Exklusivrechte zur Entwicklung einer 200-MW-Energiefarm bei Cantick Head im Pentland Firth vor der Nordküste Schottlands.[5]

In der Bretagne vor Paimpol ist seit 2011 unter dem Namen Arcouest ein Kraftwerk mit vier 16-m-Rotoren und 0,5 MW Nennleistung installiert.

Voith Wasserturbine[Bearbeiten]

Diese Turbine arbeitet wie eine Windkraftanlage, aber unter Wasser. Bis Ende 2009 soll der Prototyp eines getriebelosen 110-kW-Propellers in Südkorea installiert werden. Er kommt ohne Rotorblattverstellung aus und soll fest am Meeresboden verankert werden. Die Testanlage soll nach Aussage der Kooperationspartner Teil eines Kraftwerkes mit mehreren hundert Megawatt Leistung werden. Bis zum Jahr 2012 will RWE Innogy vor der walisischen Küste ein Meeresströmungskraftwerk mit 10,5 MW Leistung realisieren.

Kombinationsmöglichkeiten[Bearbeiten]

Während die Kombination der Wellenenergie mit Offshorewindkraft unproblematisch ist, sind bei der Kombination mit der Strömungsenergie größere Herausforderungen zu überwinden.

Ideal ist eine gleichgerichtete Bewegung von Wind und Wasser. Diese Verhältnisse sind aber nur an den Passatgürteln zu finden.[6]

Werden aber bei der Nutzung der Wasserströme Systeme eingesetzt, die richtungsunabhängig funktionieren, dann eröffnen sich neue Möglichkeiten.[7]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Niels A. Lange, John Armstrong: Wirtschaftliche Nutzung von Tidenenergie. In: Schiff & Hafen, Heft 3/2013, S. 76–78, Seehafen-Verlag, Hamburg 2013, ISSN 0938-1643

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Die Welt: Meeresströme zwischen Italien und Sizilien liefern Elektrizität, 1. März 2003
  2. Spiegel Online: /0,1518,266818,00.html Norweger zapfen die Gezeiten an, 24. September 2003
  3. Oots.at: NS Power und OpenHydro installieren erfolgreich Meeresströmungsturbine in der Bay of Fundy, 13. November 2009
  4. Nova Scotia Power and OpenHydro reach next project milestone (PDF; 125 kB), Pressemitteilung OpenHydro vom 17. Dezember 2010
  5. OpenHydro & SSE Renewables win licence to develop major tidal farm off Scottish coast 30 kB, Pressemitteilung vom 16. März 2010, abgerufen am 10. April 2010
  6. http://www.offshore-kraftwerke.kusan.de/ schwimmende Windkraftanlage mit zweiflügligen Unterwasserrotoren
  7. http://www.youtube.com/watch?v=wq9jk_qe3Mg&feature=related Schwimmender Windpark mit Darrieus-Rotor unterhalb des Wasserspiegels