Neue Konverterkonzepte machen Wellenenergie rentabel
Die Klimakrise und die aktuellen Herausforderungen im Bereich der Energiesicherheit haben die Abkehr von fossilen Brennstoffen beschleunigt und Innovationen im Bereich der erneuerbaren Energien vorangetrieben. Ein Bereich mit ungenutztem Potenzial ist die Wellenenergie im Meer. „Offshore-Wind- und Solarparks sind fantastische Ressourcen“, sagt LiftWEC-Projektkoordinator Carwyn Frost von der Queen's University Belfast im Vereinigten Königreich. „Wenn wir in Offshore-Energie investieren wollen, ist es jedoch sinnvoll, auch unter die Oberfläche zu schauen. Wasser ist dichter als Luft. Das bedeutet, dass im Wasser mehr Energie als im Wind gespeichert ist.
Das ungenutzte Potenzial der Wellenenergiekonverter
Frost erklärt, dass Meereswellen im Wesentlichen eine kondensierte Form des Windes sind. Schließlich ist es der Wind, der die Meereswellen antreibt und erzeugt. Und dort, wo große Entfernungen zwischen den Landmassen bestehen – zum Beispiel zwischen Amerika und Europa –, ist die Wahrscheinlichkeit für das Entstehen dieses Wellengangs höher. Diese dichte Energieform kann durch im Meer platzierte Wellenenergiekonverter aufgefangen werden. Bestehende Technologien beruhen auf einer engen Kopplung mit der Welle. Das führt bei Sturmereignissen zu extremen Kräften. „Mehr als eine kommerzielle Demonstration ist an dieser Schwachstelle gescheitert. Das hat bisher den kommerziellen Fortschritt und Investitionen behindert“, erklärt Frost. An dieser Stelle kommt das EU-finanzierte Projekt LiftWEC ins Spiel. Das Konzept beruht auf der Theorie der Schaufeln oder Flügel, ähnlich wie bei einem Flugzeug oder einer Windturbine. Diese Unterwasserflügel oder -schaufeln interagieren mit der Rotationsgeschwindigkeit der vorbeiziehenden Welle und versetzen das Gerät in Drehung, ähnlich wie es bei einer Windturbine der Fall ist. Im Falle eines Sturms könnte das Gerät abgeschaltet werden, so wie eine moderne Windkraftanlage bei einem Unwetter abgeschaltet werden kann. Dadurch ist es vor diesen extremen Kräften geschützt. Das könnte die Konstruktion kostengünstiger und zuverlässiger werden lassen. „Dies ist ein neuer Konstruktionsbereich, den es zu erkunden galt“, fügt Frost hinzu.
Robuste, energieeffiziente Wellenkonstruktionen
Das Projekt begann mit einer Reihe von Seminaren, in denen 19 Konstruktionen entwickelt wurden. Diese Bauformen wurden dann sorgfältig geprüft, um ihre potenzielle Energieeffizienz, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit zu bewerten. „Wir haben die besten Elemente aus jedem Entwurf genommen und vier Hauptkonstruktionen entwickelt“, sagt Frost. „Interessanterweise hatten alle vier Konstruktionen den gleichen Rotorentwurf – die Unterschiede lagen im Aufbau und in der Art der Kräfteverteilung.“ Es wurden numerische und analytische Modellierungen durchgeführt und die Meeresbedingungen im Labor nachgebildet. Diese Experimente begannen mit normalen Wellen, bevor sie zu repräsentativen ozeanischen Bedingungen übergingen. „Das Projekt verfolgte einen sehr ganzheitlichen Ansatz“, so Frost. „Wir haben nicht nur auf eine hohe Leistung geachtet, sondern auch auf die Überlebensfähigkeit und den Umweltfußabdruck. Die meisten Forschungsarbeiten haben sich in der Vergangenheit nur auf die Hydrodynamik konzentriert.“
Rentabilität rotorgetriebener Wellenumrichter
Die potenziellen Vorteile der Wellenenergie sind gewaltig. Der Schlüssel zu ihnen war immer, Wege zur effektiven Nutzung dieser globalen, erneuerbaren Ressource zu finden. Die Bedeutung von LiftWEC liegt darin, dass es die Realisierbarkeit der Installation von rotorgetriebenen 2-MW-Wellenumrichtern im Atlantischen Ozean gezeigt hat. Zwar sind noch weitere Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erforderlich, um die Technologie auf dem Meer zu erproben und schließlich zu vermarkten, aber der Weg dafür ist geebnet. „Wir sind zu keinem Zeitpunkt auf etwas gestoßen, wo wir gedacht hätten, dass dies nicht funktionieren würde“, so Frost. „Wir konnten zeigen, dass dieser neue Konstruktionsraum technisch und wirtschaftlich durchaus erstrebenswert ist.“
Schlüsselbegriffe
LiftWEC, Energie, erneuerbar, Offshore, Klima, Wind, Welle, Ozean
