Meeresströmungskraftwerk

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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 (eine Gezeitenturbine) steht – ähnlich einer modernen Windturbine – zum Beispiel an einem Mast frei in der Strömung.

Vor- und Nachteile[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vorteile[Bearbeiten | Quelltext 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 zur Zeit noch genauer untersucht.

Nachteile[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Meeresströmungskraftwerke sind gegenwärtig verglichen mit anderen regenerativen Energiequellen, insbesondere Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen, aufgrund fehlender Massenfertigung noch teurer.
  • 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 schwierig, so sind Bauarbeiten auf offener See oder in Flüssen besonders herausfordernd. Stahl, Beton und andere Baumaterialien müssen unterwassertauglich und gegen Salzangriff gerüstet sein. Zudem können sich am Fundament der Anlage Kolke bilden. Der Meeresboden in Nähe der Anlage wird eventuell ausgehöhlt oder unterspült. Die Wartung gestaltet sich aufwändig, da sich die Anlagen unter Wasser befinden und dadurch schwer 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, da die Bewegung des Meeresbodens vor allem von der Strömung abhängt.
  • Die Turbinen verursachen Lärm, der sich unter Wasser ausbreitet.

Europäische Potenziale und Entwicklungen[Bearbeiten | Quelltext 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, dass dort 20 % des Strombedarfs durch diese Technik gedeckt werden kann.

Im Sommer 2012 wurde am Ramsey Sound (West Wales) ein 1,2-MW-Meereströmungskraftwerk für einen Testlauf von 12 Monaten errichtet. Ein Modul aus drei dreiblättrigen Turbinen wurde auf einer Wassertiefe von 31 m versenkt und mit einem unterseeischen Kabel mit einer Festlandstation verbunden. Dort wird der Strom auf 33 kV transformiert und ins öffentliche Netz eingespeist. Da das Modul nicht fest verankert ist, 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. Eine strenge Überwachung (unter anderem mit IR-Unterwasser-Kameras an allen Turbinen) begleitet den Test. Vor allem die Auswirkungen auf die Umwelt und 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 Potenzial sehr 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 sagen, dass die Entwicklung in Europa dahin geht, viele große Anlagen zu Parks zusammenzuschließen, ähnlich wie Windparks. In den USA werden auch kleinere Anlagen entwickelt, die teilweise direkt an den Energieendverbraucher angeschlossen werden sollen.

Ausgeführte Anlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Europa gibt es über hundert mögliche Standorte; weltweit wurden bisher nur wenige Meeresströmungskraftwerke gebaut:

  • Seaflow (Großbritannien, Prototypen-Stadium) (2003)
  • Kobold (Straße von Messina, Prototypenstadium)[1]
  • Hammerfest (Norwegen)[2] (2003)
  • RITE (New York City) (2006)
  • SeaGen (Nordirland) (2008–2017)
  • Sabella D10 in Brest (Frankreich) (2015)
  • Meygen (Schottland) (seit 2016)[3]
  • Im Probebetrieb lief von Herbst 2016 bis Sommer 2018 im Minas-Becken, einem Seitenarm der Fundy Bay in Neuschottland am Burntcoat Head nahe der Stadt Parrsboro ein Kraftwerk, das auf Grund seines Eigengewichts frei im Wasser schwebte. Das Gerät hatte 16 Meter Turbinendurchmesser, 20 Meter Gesamthöhe und etwa 1000 Tonnen Gesamtgewicht (davon 700 t Fundament zum Beschweren) und sollte bis zu 2 Megawatt erzeugen. Fische konnten durch eine mittige Öffnung die Anlage durchqueren, zudem drehten sich die Rotorblätter langsam. Der Generator saß im äußeren Ring, das Meerwasser sorgte für die Schmierung, wodurch keine öligen Schmierstoffe eingesetzt wurden. Die Turbinen arbeiteten in beiden Strömungsrichtungen, die hier vorhanden sind. Im Minas-Becken gibt es wegen des hohen Tidenhubs mit großen ein- und ausströmenden Wassermengen vier weitere Planungs-Vorhaben mit unterschiedlichen technischen Ausführungen.

Dieses Projekt wurde im Sommer 2018 wegen nicht zu überwindender Schwierigkeiten beendet, der Betreiber ging in Konkurs. Die Hauptprobleme waren Materialermüdung und -zerstörung durch Steine im Wasser, ins Gerät eindringendes Wasser, welches die Elektronik störte, und sehr hohe Kosten durch den Einsatz von Tauchern bei Wartung und Reparaturen.

  • Scotrenewables SR 2000, Orkney.

Im Meer im Norden Schottlands wird seit 2017 eine schwimmende, wie ein Schiff gebaute längliche Plattform getestet, die am Meeresboden mit vier Seilen verankert ist und an der zwei unten hängende Propeller die Generatoren antreiben. Dieses Modell "Scotrenewables SR 2000" mit einer 2 MW-Turbine hat zwischen 2017 und August 2018 etwa 3 GWh elektrische Energie aus der Meeresströmung gewonnen. Diese Menge ist mehr, als alle Wellen- und Gezeitenkraftwerke Schottlands in den 12 Jahren vor der Fertigstellung dieses neuen Systems ans Netz lieferten. Die Bauart macht dieses schwimmende Modell leicht zu warten, weil es wie ein Schiff auf einem Dock gebaut und bei Bedarf wieder an Land gebracht werden kann. Am Einsatzort braucht es nur eine Verankerung am Meeresboden. Für den Weg zwischen Dock und Einsatzstelle werden die untenliegenden Turbinen hochgeklappt, um den Tiefgang zu vermindern.[4][5]

Im August 2018 wurde zusammenfassend ein Erfolg gemeldet: Die Gezeitenturbine SR 2000 vom Betreiber European Marine Energy Centre EMEC[6] wurde in Schottland vor den Orkney-Inseln ein Jahr lang mit sehr gutem Ergebnis getestet. Diese derzeit stärkste Gezeitenstromturbine der Welt kann 830 Haushalte versorgen und hat zeitweise ein Viertel des auf der ganzen Insel benötigten Stroms bereitgestellt. Das Unternehmen spricht daher von einem Rekord. Die Turbine konnte kostengünstig Strom erzeugen, da sie auch im Winter leicht zu erreichen war. "Weil wir dafür Schiffe einsetzen konnten, ließen sich die Betriebskosten und die Verluste durch Ausfälle gering halten. Auch wenn das System noch in der Testphase ist und es unsere erste Turbine in diesem großen Maßstab ist, so hat dieses erste Jahr gezeigt, dass seine Leistung auf dem Niveau von anderen, ausgereiften erneuerbaren Technologien liegt", so die Betreiber. Sie sind davon überzeugt, dass das neue System zusammen mit den 8 Gigawattstunden, die im vergangenen Jahr im Projekt Meygen in der Nähe erzeugt worden sind, die Marktfähigkeit der Gezeitenkraft beweisen wird. "Bei der Umstellung zu einem komplett erneuerbaren System ist es wirklich wichtig, dass wir viele verschiedene Stromquellen haben", kommentierte Gina Hanrahan vom schottischen WWF-Büro den erfolgreichen Ein-Jahres-Test.

Elektrischer Strom aus solchen Gezeitenturbinen gilt als relativ gut vorhersagbar. Energieforscher schätzen das weltweite Potenzial für diese Meeresenergie auf etwa 1.500 TWh im Jahr, wovon circa 10 % auf Europa entfallen. Insgesamt entspricht diese Energiemenge knapp 6,2 % der weltweiten Energieproduktion im Jahr 2015 (24.255 TWh[7]).

Seaflow[Bearbeiten | Quelltext 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. In Höhe der Meeresströmung befindet sich ein 11 Meter durchmessender zweiflügliger Rotor, der sich mit ungefähr 15 Umdrehungen pro Minute dreht – angetrieben durch die 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 können Schäden früh erkannt und 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 | Quelltext bearbeiten]

Das Gezeitenkraftwerk Strangford (auch kurz SeaGen genannt) in der Meerenge von Strangford, County Down, Nordirland, war ab 2008 im regulären, kommerziellen Betrieb. 2017 wurden die Anlagen abgebaut.

Roosevelt Island Tidal Energy (RITE)[Bearbeiten | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]

Nova Scotia Power und sein Technikpartner OpenHydro hatten 2009 eine Meeresturbine mit einer Leistung von 1 Megawatt (MW) konstruiert, die für eine Meeresenergie-Testanlage vor Neuschottland ins Wasser gelassen wurde. Die für den Durchlass von Fischen mittig offene Turbine wurde von OpenHydro in Irland hergestellt. Die Turbine ruhte direkt auf dem Meeresboden. Die 10 Meter große Turbine hat den Testbetrieb nicht bestanden. Das Ziel war, die Umweltverträglichkeit und die zukünftige Wirtschaftlichkeit eines im Wasser stehenden Kraftwerks zu ermitteln, ferner sollte der Testbetrieb die Robustheit der Turbine im rauen Umfeld prüfen.[8] Im Dezember 2010 wurde der Prototyp geborgen, die Rotoren waren abgebrochen, weil die mechanische Belastung zu groß gewesen war.

Zum erfolglosen Nachfolgemodell des Konsortiums Cape Sharp Tidal siehe die Angaben oben unter 'Ausgeführte Anlagen' (Fundy Bay).

Im März 2010 erhielt die Firma OpenHydro zusammen mit Scottrenewables die Exklusivrechte zur Entwicklung einer 200-MW-Energieanlage bei Cantick Head im Pentland Firth vor der Nordküste Schottlands.[9]

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 | Quelltext bearbeiten]

Diese Turbine arbeitet wie eine Windkraftanlage 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 bauen.

MeyGen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Dezember 2014 wurde der Baubeginn des Projektes MeyGen im Pentland Firth vor der schottischen Küste bekannt gegeben. Dort sollen für Atlantis Resources in Edinburgh insgesamt 269 Turbinen mit einer endgültigen Gesamtleistung von 398 MW installiert werden. Das Regelarbeitsvermögen soll dem Stromverbrauch von ca. 175.000 Haushalten entsprechen. Nach Betreiberangaben handelt es sich bisher um die größte derartige Anlage.[10][11] Die ersten beiden Turbinen mit je 1,5 MW von Andritz Hydro gingen Ende 2016 in Betrieb, 2017 wurden zwei weitere Turbinen mit ebenfalls 1,5 MW installiert, sodass die Nennleistung im Oktober 2017 bei 6 MW lag.[12] Der Ausbau auf 269 Turbinen soll bis 2022 abgeschlossen sein.[13]

Das Meygen-Projekt ist vermutlich das bisher größte im Bau befindliche Gezeitenkraftwerk. Es liegt in der Meerenge zwischen dem schottischen Festland und Orkney. Der Pentland Firth wird aufgrund der Geschwindigkeit, mit der ihn das Meerwasser durchströmt, zur Zeit als ein Modell der Gezeitenkraft bezeichnet. Bis Mitte 2018 sind 6 Megawatt installiert und am Netz.

Kombinationsmöglichkeiten[Bearbeiten | Quelltext 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.[14]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext 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
  • World's first floating tidal platform officially launched · The first BlueTEC tidal energy platform was formelly named recently by the mayor of Texel, Francine Giskes, in the Dutch port of Den Helder. In: Ship & Offshore, Heft 4/2015, S. 50/51 (englische Sprache)
  • Ralf Diermann: Windräder unter Wasser. In: Deutsche Seeschifffahrt, Heft 3–4, 2016, S. 54–57, Verband Deutscher Reeder, Hamburg 2016

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Meeresströme zwischen Italien und Sizilien liefern Elektrizität. In: Die Welt, 1. März 2003
  2. Norweger zapfen die Gezeiten an. In: Der Spiegel, 24. September 2003
  3. siehe unten gesonderter Absatz
  4. BBC
  5. SR 2000
  6. Webseite, engl.
  7. Electricity Generation By Region (2015), Seite 33 von Key World Energy Statistics der International Energy Agency, September 2017, abgerufen am 24. September 2018
  8. NS Power und OpenHydro installieren erfolgreich Meeresströmungsturbine in der Bay of Fundy. In: ots.at, 13. November 2009
  9. OpenHydro & SSE Renewables win licence to develop major tidal farm off Scottish coast. (Memento des Originals vom 26. März 2010 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.openhydro.com 16. März 2010, abgerufen am 10. April 2010 (PDF; 30 kB). Weiteres siehe den Abschnitt 'Scotrenewables SR 2000', Orkney, oben
  10. Green light for world’s largest planned tidal energy project in Scotland. In: The Guardian, 19. Dezember 2014, abgerufen am 24. Dezember 2014
  11. Unterwasser-Strömungsturbinen für „MeyGen“-Projekt. In: Schiff & Hafen, 5, 2018, S. 38f.
  12. Frank Binder: Neue Technologie im Meer zur Erzeugung von Energie · SKF setzt auf Strömungsanlagen · Mega-Projekt vor Schottland · Spezielle SKF-Dichtungen aus Hamburg · Riesige Turbinen müssen starkem Gezeitenstrom trotzen ·Kräfte wie bei einem Orkan an Land mit 350 km/h. Täglicher Hafenbericht, 25. Oktober 2017, S. 1+15
  13. Unterwasser-Strömungsturbinen stellen Weltrekord auf. Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien, 20. Oktober 2017, abgerufen am 21. Oktober 2017
  14. Offshore-Kraftwerke Halbschwimmende Windkraftanlagen zur Erzeugung von CO2-freier Energie in großem Umfang (Memento vom 20. Mai 2011 im Internet Archive) schwimmende Windkraftanlage mit zweiflügligen Unterwasserrotoren