Freitag, 03. Februar 2023

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Potential eines ganzen Kraftwerksparks

Energietechnik. – Bei der Nutzung erneuerbarer Energiequellen rücken die Ozeane zunehmend in den Fokus der Ingenieure. Vor der Westküste Englands gehen 2008 die ersten Test-Turbinen eines Strömungskraftwerks in Betrieb, ein weiteres entsteht zurzeit in Südkorea. Mit einer Leistung von 600 Megawatt wird es den jährlichen Strombedarf von 400.000 Haushalten decken.

Von Mirko Smiljanic | 12.11.2007

    Auf den ersten Blick ist alles ganz einfach: Man nehme Turbinen mit riesigen Flügeln, verankere sie auf dem Meeresgrund und lasse sie von Wasser umströmen. Die Bewegungsenergie treibt die Flügel an, in den Turbinen wird elektrische Energie produziert! Windmühlen unter Wasser also! Das Prinzip funktioniert und die Ausbeute kann sich auch sehen lassen. Fachleute schätzen die nutzbare Strömungsenergie der Weltmeere auf 450 Terawattstunden, so viel wie 40 große Kernkraftwerke produzieren. Allerdings brauchen Strömungskraftwerke besondere Standort-Bedingungen, sagt Jochen Weilepp von Voith Siemens Hydro, einem Konzern, der in Südkorea eines der weltweit größten Strömungskraftwerke baut. Idealerweise werden die Turbinen in Meeresengen platziert,…

    "...wo sich das Wasser zwischen einer Insel und dem Festland durchzwängen muss und dort beschleunigt wird. Die Geschwindigkeit hat einen sehr hohen Einfluss auf den Energieertrag. Der Energieertrag geht mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit, das heißt, hat man die doppelte Geschwindigkeit, hat man den achtfachen Energieertrag, das heißt, man braucht wirklich Standorte, sehr schnelles Wasser haben."

    In Europa sind vor allem die Bereiche rund um Großbritannien und Irland interessant. Dort entstehen durch den Gezeitenwechsel vergleichsweise schnelle Strömungen, außerdem erreichen die Nordsee respektive der Atlantik eine akzeptable Tiefe. Die Rotoren dürfen nämlich dem Meeresboden nicht zu nahe kommen. Weilepp:

    "Das liegt daran, weil das Wasser unten am Boden gebremst wird und da letztendlich mit zunehmendem Abstand vom Boden die Geschwindigkeit steigt, das heißt, der Rotor wird sehr schräg angeströmt, mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, mit einem sehr unterschiedlichen Geschwindigkeitsprofil, was natürlich für die Auslegung schwierig ist, gleichzeitig müssen sie auch von der Wasseroberfläche hinreichend weit weg sein, damit sie die Welleneinflusse nicht mitbekommen."

    30 bis 40 Meter muss die Wassertiefe mindestens betragen. Sehr viel tiefer darf sie aber auch nicht sein, immerhin müssen riesige Turbinenfelder bestückt werden, weil sonst die Energieausbeute sinkt. Weilepp:

    "Eine Turbine mit 15 Meter Durchmesser, die wird ungefähr für einen durchschnittlichen Standort etwa 1 Megawatt Nennleistung haben, das heißt, Sie brauchen also für ein Feld mit 100 Megawatt etwa 100 Turbinen, die unter Wasser stehen."

    Und genau da liegt das nächste Problem. Salzwasser ist aggressiv und dringt mit der Zeit durch fast jede Dichtung. Perfekt lassen sich bewegliche Teile unter Wasser auch heute noch nicht schützen. Andererseits müssen die Anlagen mindestens 15 Jahre arbeiten, sonst lohnt der Aufwand nicht. Hinzu kommen zwei weitere Probleme. Weilepp:

    "Wenn man im Wasser zum Beispiel Sandfracht hat, dann wirkt das wie Schmirgelpapier auf die Rotoren, oder wenn sich die Blätter zu schnell drehen, kann es zu Kavitation kommen, das heißt Gasblasen, die das Material zerstören, entstehen, das heißt, die Materialauswahl an den Blättern ist sehr wichtig."

    Turbinenblätter aus Glas- oder Karbonfasern sind das Mittel der Wahl, sie sind robust und leicht. Alle technischen Fragen – sagt Jochen Weilepp – lassen sich lösen, allerdings gibt es einen ungeklärten Bereich. Niemand weiß sicher, welche Auswirkungen Strömungskraftwerke auf die Meeresumwelt haben. Weilepp:

    "Was langfristig passieren wird, das weiß man nicht, es gibt sicherlich die typischen Fragestellungen wie Auskolkung am Boden und lokale Veränderungen der Fauna und Flora, aber das sind typischerweise wesentlich lokale oder Einflüsse, die letztlich in einem engen Umfeld um die Turbine entstehen werden."