Meeresenergie

Wie funktioniert ein Wellenkraftwerk?
Bisher gibt es verschiedene Versuchsprojekte, die Strom aus der Kraft der Wellen gewinnen. Ein wirtschaftlicher Betrieb dieser Kraftwerke ist noch nicht möglich.
Bei einer der Techniken werden auflaufende Wellen in so genannte pneumatische Kammern geleitet. Diese Kammern haben eine Öffnung für das Wasser und eine für ein- und ausströmende Luft. Wenn das Wasser in diesen Kammern mit den Wellen steigt und sinkt, wird Luft im Wechsel aus der Kammer ausgeblasen und wieder eingesogen. Diese Luftbewegungen treiben Turbinen an.

Ein zweiter Typ von Wellenkraftwerken arbeitet mit einem Teppich von kurzen, auf der Wasseroberfläche schwimmenden Röhren. Die Röhren verschieben sich mit der Bewegung durchlaufender Wellen gegeneinander. In den Gelenken zwischen den Röhren befinden sich Hydraulikzylinder, die eine Arbeitsflüssigkeit antreiben, die wiederum kleine Turbinen in Bewegung setzt.

Bei einem dritten Typ von Wellenkraftwerken werden Wellen durch eine V-förmige Barriere konzentriert. Die Wellen laufen über eine Rampe auf eine Turbine zu, die einen Generator antreibt. Dieses Wellenkraftwerk ist als schwimmende Offshore-Anlage für den Einsatz auf hoher See konzipiert.

Das größte Problem der Wellenkraftwerke ist die außerordentliche Belastung der Anlagen bei Stürmen und bei extremem Wellengang.

Wie funktioniert ein Gezeitenkraftwerk?
Im Gegensatz zu den Wellenkraftwerken werden Gezeitenkraftwerke heute schon wirtschaftlich betrieben. Sie nutzen zur Stromproduktion den Tidenhub, das heisst den Unterschied des Wasserspiegels zwischen Ebbe und Flut. Das auf- bzw. ablaufende Wasser wird durch einen Deich aufgestaut, in dem sich Turbinen befinden. Durch das Aufstauen unterscheiden sich die Wasserspiegel vor und hinter dem Deich. Wasser strömt zu der Seite des Deichs mit dem niedrigeren Wasserspiegel und treibt dabei die Turbinen an. Als Standort für Gezeitenkraftwerke eignen sich vor allem Meeresbuchten und Flussmündungen. Solche Buchten können relativ einfach durch Stauanlagen verschlossen werden und der Tidenhub ist an diesen Stellen am höchsten.

Das einzige europäische Gezeitenkraftwerk befindet sich an der französischen Atlantikküste, wo der Tidenhub bei der Mündung der Rance 12 bis 16 Meter beträgt. Die Anlage hat eine Leistung von 240 Megawatt und wird seit 1967 betrieben. Weitere Anlagen befinden sich beispielsweise in Annapolis Royal (Kanada, 20 Megawatt) oder Jiangxia (China, 10 Megawatt). Das weltweit größte Gezeitenkraftwerk wird momentan in Shiva (Südkorea) gebaut und wird eine Leistung von 260 Megawatt haben. Die britische Regierung prüft aktuell den Bau eines riesigen Gezeitenkraftwerkes im Bristol-Kanal. Je nach technischer Umsetzung könnten dort Kraftwerke mit mehr als 8.500 Megawatt Leistung installiert werden.

Das weltweite Potenzial von Gezeitenkraftwerken ist begrenzt, da es nur eine kleine Anzahl von Buchten gibt, in denen der Tidenhub ausreicht, um wirtschaftlich Strom produzieren zu können. Darüber hinaus gibt es auch ökologische Bedenken, da die Wanderung von Meerestieren durch die Stauanlagen behindert wird und sich der Rhythmus von Ebbe und Flut verschiebt.

Wie funktioniert ein Meeresströmungskraftwerk?
Hierbei handelt es sich um Anlagen, die unter der Wasseroberfläche installiert sind und große Meeresströmungen nutzen. Dazu zählen auch die auf- und ablaufenden Gezeiten. Zumeist erinnern solche Anlagen an im Meer versenkte Windkraftanlagen. Die Meeresströmung versetzt eine große Turbine in Rotation. Durch die Rotationsenergie wird ein Generator angetrieben und Strom produziert.

Beispiele für solche Meeresströmungskraftwerke unterhalb der Meeresoberfläche sind das Seaflow-Projekt vor der britischen Küste, die Kobold-Anlage in der Straße von Messina oder die Anlagen von The Blue Concept bei Hammerfest in Norwegen. Das Potenzial der Meeresströmungskraftwerke liegt in Deutschland eher in der technischen Weiterentwicklung als in der Nutzung. Vor allem durch die Parallelen zur Windenergie sind technologische Transfers möglich.

Wie funktionieren Osmose- und Meereswärmekraftwerke?
Neben den Kraftwerkstypen, die Energie aus Meeresströmungen nutzen, gibt es so genannte Osmosekraftwerke, die sich den hohen Salzgehalt von Meerwasser zunutze machen. Die Technologie der Meereswärmekraftwerke wandelt den Temperaturunterschied zwischen Wassermassen in unterschiedlichen Meerestiefen in Energie um.

In Osmosekraftwerken werden das Süßwasser aus Flüssen und das Salzwasser aus dem Meer durch eine Membran voneinander getrennt. Diese dünne Trennschicht ist nur für Wasser durchlässig, nicht aber für die gelösten Salze. Da verschieden stark konzentrierte Salzlösungen einen Konzentrationsausgleich anstreben, gelangt Süßwasser durch die Membran in das Salzwasser. In dem Salzwasserbassin steigt der Druck. Dieser kann genutzt werden, um eine Turbine anzutreiben. Die größten technischen Schwierigkeiten bestehen darin, eine funktionierende und lange haltbare Membran zu produzieren, die für Wasser nicht aber für Salz durchlässig ist. Bisher ist weltweit noch kein Osmosekraftwerk realisiert worden. In konkreter Planung ist ein solches Kraftwerk am Oslofjord in Norwegen. Die Stromerzeugung aus Osmosekraftwerken hat lediglich das Potenzial für einen geringen Beitrag zur weltweiten Stromproduktion.

Meereswärmekraftwerke nutzen deutliche Temperaturunterschiede zwischen Oberflächenwasser und Tiefenwasser in bestimmten Meeresgebieten. Beträgt dieser Unterschied mehr als 20 Grad Celsius, ist es möglich durch das OTEC-Verfahren (Ocean Thermal Energy Conversion) Strom zu produzieren. Der Vorteil dieser Energiequelle ist, dass sie rund um die Uhr zur Verfügung steht und sich ständig erneuert. Der gravierende Nachteil ist, dass die Anlagen im Verhältnis zur Energieausbeute sehr groß sein müssen. Das hat bisher die wirtschaftliche Nutzung von Meereswärme verhindert. Teure Rohrleitungen müssen bis in eine Tiefe von 1.000 Meter verlegt werden, um das Tiefenwasser fördern zu können.

Insgesamt bestehen vor allem in tropischen Regionen Potenziale für den kommerziellen Betrieb von Meereswärmekraftwerken. Es gibt einige Versuchsanlagen zur Stromproduktion aus Meereswärme auf Hawaii, wo günstige Bedingungen vorliegen. In Deutschland soll der kommerzielle Betrieb von Meereswärmekraftwerken auch in Zukunft nicht möglich sein.
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