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Der Großteil unserer Erde ist von Ozeanen bedeckt. Enorme Massen an Wasser bewegen sich dort in Form von Wellen und Gezeiten. Die Energie dieser Urgewalt ist ein zentrales Symbol für die unbändige Kraft der Natur. Wenn es dem Menschen gelingen würde, selbst nur einen geringen Teil dieser ewigen Bewegung in Energie zu verwandeln, stünde ihm eine unerschöpfliche und permanente Energiequelle zur Verfügung.

Doch das Meer hat seine Tücken: Enorme Anforderungen an das Material, umständliche Wartung und nicht vorhandene Energie-Infrastruktur sind nur einige der Faktoren, die es den Forschern schwermachen, ein Verfahren zu entwickeln, das mit Anlagen an Land konkurrieren kann und gewinnbringend arbeitet.

Dieser Artikel stellt einige neue Verfahren vor, die gerade noch in der Entwicklungsphase sind, aber vielleicht wegweisende Konzepte für die Zukunft darstellen. Verbindendes Element der Techniken ist, dass sie auf einfache Prinzipien setzen und sich vorgenommen haben, die Wasserwelt so wenig wie möglich zu beeinflussen.

VIVACE – Kleine Wirbel, großer Effekt

VIVACE„Wenn wir nur 0,1 Prozent der Energie der Ozeane nutzbar machen könnten, wäre damit der Energiebedarf von 15 Milliarden Menschen zu decken.“ Das sagt Michael Bernitsas von der University of Michigan. Er hat mit seinen Studenten eine neue Technik entwickelt, mit der die Energie von Strömungen genutzt werden soll. VIVACE – so heißt die neue Technik – setzt erstmals auf die Kraft von kleinen Wasserwirbeln, um daraus Strom zu erzeugen.

Nach dem Vorbild der Natur

Wieder einmal haben die Forscher sich die neue Technik bei der Natur abgeguckt – genauer gesagt bei Fischen. Egal ob Spermium, Fisch oder Wal: Keiner dieser Organismen könnte sich allein durch Muskelkraft derartig schnell im Wasser fortbewegen. Es ist die Form ihrer Körper und ihre geschickte Ausnutzung von winzigen Wasserwirbeln, die sie so mühelos durch ihr Element gleiten lässt.

Das haben die Forscher nun abstrahiert und nachgebaut: An runden Zylindern, die horizontal und quer zur Flussrichtung in die Strömung gebracht werden, bilden sich durch das umfließende Wasser kleine Wirbel, die durch ihren Sog für eine auf- und ab Bewegung des Zylinders sorgen. Diese wiederum wird dann per Induktion in Strom umgesetzt.

VIVACE

Das neue Verfahren ist gleich auf mehrere Arten neu: Zum einen können erstmals auch sehr niedrige Fließgeschwindigkeiten ausgenutzt werden, was die Anlage praktisch überall einsetzbar macht, wo sich Wasser auch nur geringfügig bewegt (ab 0.25 m/s) – also auch schon in kleineren Flüssen. Und dafür sind mit dieser Technik weder Staudämme noch eine Veränderung des Wasserlaufs nötig.

Zum anderen macht sie sich erstmals eine Kraft zunutze, die man sonst mit allen Mittel zu verhindern sucht: Die sogenannten Wirbelinduzierten Schwingungen (VIV). Diese Schwingungen können ganze Gebäude oder Brücken zum Einsturz bringen, weshalb der Mensch traditionell alles daran setzt, diese unkontrollierbare Macht gar nicht erst entstehen zu lassen. VIVACE hingegen macht sie sich zunutze, um daraus Energie zu erzeugen.

Kaum Störung der Umwelt

Die Entwickler versprechen, dass die Umwelt durch die Anlage nur geringfügig gestört wird. Da keine Staudämme, Turbinen oder Propeller nötig sind, stellen die VIVACE-Anlagen für das Wasserleben keine Gefahr da. Die Zylinder bewegen sich langsam genug, als das Fische ihnen ausweichen können und selbst bei einer Kollision nicht verletzt würden. Allerdings ist fraglich, ob sich die Geräuschentwicklung, nicht doch störend auf die Umwelt auswirkt.

 

Hier geht es zur Webseite von Vortex Hydro Energy und VIVACE.

Hier ein Video von VIVACE in Aktion.

Oyster- Das größte Wellenkraftwerk der Welt

Oyster WellenkraftÜber die gesamte Fläche unserer Ozeane streckt sich das ewige Spiel der Wellen. Kein Wunder, dass zahlreiche Forscher versuchen, diese Kraft zu nutzen. Das derzeit größte existierende Wellenkraftwerk ist „Oyster“ von der Firma Aquamarine Power. Und dies stellt gelichzeitig noch eine andere Besonderheit dar, da Oyster ein ganz anderes Konzept verfolgt, als die meisten anderen Verfahren zur Nutzung der Wellenenergie. Beim Oyster-System steht sich die gesamte Einheit zur Stromerzeugung an Land, im Wasser befindet sich lediglich eine riesige „hydraulische Klappe“, welche mit der Wellenenergie Wasser komprimiert. Dieses Hochdruck-Wasser fließt über Leitungen an Land, wo es dann die Generatoren antreibt, die den Strom erzeugen.

Oyster hat ein geschlossenes Wassersystem und arbeitet durch die langsamen Bewegungen quasi geräuschlos. Zwar ist die riesige Anlage ganz sicher allein von den Ausmaßen her ein Störfaktor im Meer, stellt aber deswegen nicht unbedingt ein Problem dar, da sie quasi verhält wie ein Felsblock.

Oyster Wellenkraftwerk

Große Pläne

Derzeit ist bereits ein 315kW-Prototyp in Schottland in Betrieb. Die ausgewachsenen Kraftwerke sollen dann jeweils etwa 2 MW an Strom liefern – genug für etwa 1.800 Haushalte. Die Ergebnisse mit Oyster1 sind so vielversprechend, das Aquamarine Power schon jetzt einen Vertrag über eine 200MW-Farm abgeschlossen hat, die 2013 gebaut werden soll. Diese Farm wird stattliche 190.000 schottische Haushalte mit Strom aus Wellen versorgen. Und auch das ist nur ein erster Schritt: Bis 2020 sollen weitere Oyster-Kraftwerke mit einer Leistung von insgesamt 2GW gebaut werden.

Hier geht es zur Webseite von Aquamarine Power und Oyster.

Hier gibt’s ein Video, welches die Anlage erklärt.

 

Anaconda – Wellenenergie aus „Schlangenbewegungen“

Anaconda WellenenergieEin ebenfalls störungsarmes Verfahren zur Nutzung von Wellenenergie hat die Firma Checkmate Seaenergy entwickelt: Eine 200 Meter lange und fünf Meter durchmessende riesige Gummischlange. Die mit Meereswasser gefüllte „Anaconda“ treibt direkt unter der Meeresoberfläche und bewegt sich in Resonanz mit dem gleichmäßigen auf- und ab der Meereswellen. Durch diese Bewegung entstehen Druckunterschiede am Schlangenkörper, die das enthaltene Wasser quasi durch die Anaconda hindurchdrücken. Jede Welle generiert so einen Impuls, der sich durch die gesamte Schlangen-Röhre fortsetzt, wobei der Druck ständig zunimmt. Am Ende der Anaconda steckt schließlich eine geschlossene Turbine, welche diesen Impuls in Strom verwandelt.

Da auch die Anaconda ein geschlossenes Wassersystem ist und nur mit Druckunterschieden arbeitet, stellt sie für Fische keine Gefahr da. Weder der Gummikörper noch die Turbine erfordern neue Technologien und sind kostengünstig zu produzieren. Da es kaum bewegliche mechanische Teile gibt, ist das Verfahren bestens für den anspruchsvollen Einsatz im Meereswasser geeignet.

Anaconda Schema

Versuche mit kleinen Modellen haben bewiesen, dass das Verfahren funktioniert. Derzeit versucht die Firma nun das Geld aufzutreiben, um einen 50-Meter-Prototypen zu bauen und zu testen. Wenn alles der hält, was das Modell verspricht, könnten die Anacondas ab 2014 für die kommerzielle Nutzung bereit sein. Die ausgewachsenen Exemplare sollen dann etwa 1 MW an Strom produzieren.

Hier geht es zur Webseite von Checkmate Seaenergy und Anaconda.

Hier gibt es eine Animation, die das Prinzip der Anaconda veranschaulicht.

 

Ocean Treader – Die Energie-Boje

Ocean-TreaderEin simples und eigentlich naheliegendes Konzept verfolgt die Firma Green Ocean Energy: Sie baut sozusagen Energie-Bojen. Die schwimmenden, „Ocean Treader“ genannten Mini-Kraftwerke sind im wesentlichen Bojen mit zwei Schwimmer-Armen. Die Welle trifft zuerst auf den ersten Schwimmer und hebt und senkt diesen, bewegt dann die Boje selbst und schließlich auch den zweiten Schwimmer. Durch diese relative Bewegung der einzelnen Teile zueinander wird die Kraft der Welle über hydraulische Zylinder in Strom verwandelt.

Wave TreaderEine Modifikation dieser Anlage ist der „Wave Treader“ der nicht frei schwimmt, sondern an den Fundamenten von Offshore-Windanlagen angebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass sich Windpark und Wave Treader die benötigten Untersee-Kabel teilen können, mit denen der Strom an die Küste transportiert wird.

Beide Systeme werden aus kostengünstigen Standard-Teilen gefertigt und sind auf Wartungsarmut und eine Lebensdauer von 20 Jahren angelegt. Eine Anlage erzeugt etwa 500KW an Strom – das ist nicht unbedingt viel, dafür ist die Störung der Umwelt aber auch hier minimal.

Auch bei dieser Technik sind die Funktionalität und die mögliche Energieausbeute mit Modellen bewiesen worden, nun folgt die Prototypen-Phase. Sind diese Tests erfolgreich, sollen die Wave-Treader bereits ab 2011 in die kommerzielle Nutzung gehen.

 

Hier geht es zur Webseite von Green Ocean Energy

 

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Bilder

Welle: Public Domain / Wikimedia

Alle weiteren von den Seiten der jeweils verlinkten Firmen.

 

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