Energiegewinnung aus dem Meer. Das Potential der Wasserkraftwerke

Gliederung

1 Einleitung - Die Wasserkraft als unerschöpfliche Energiequelle

2 Wasserkraft an Land und Meer

3 Wasserkraftwerke – Nutzung der Meeresenergie
3.1 Gezeitenkraftwerke
3.1.1 Historischer Überblick - Traditionelle Nutzung von Gezeitenmühlen
3.1.2 La Rance – Das Tidenkraftwerk in Frankreich
3.2 Wellenkraftwerke
3.2.1 Wellenkraftwerksprojekte
3.3 Strömungskraftwerke
3.3.1 Projektstudie Seaflow und SeaGen
3.4 Meereswärmekraftwerke
3.5 Osmose- Kraftwerke

4 Resümee

5 Quellen- und Literaturliste

1 Einleitung - Die Wasserkraft als unerschöpfliche Energiequelle

Die Diskussion um die Energieversorgung der Zukunft, ist seit dem Preisanstieg bei den PKW- Kraftstoffen und Heizöl in der breiten Öffentlichkeit ein aktuelles Thema. Jeden Tag erreichen uns aus dem Medien neue Artikel zum Thema Energie, so dass die Gesellschaft seit kurzem mit dem Umgang von endlichen Rohstoffen, durch den starken Preisanstieg, sensibler geworden ist.

Auf der Suche nach Möglichkeiten aus der Energiekrise ist der Mensch auf kreative Ideen zur Gewinnung von Energie angewiesen. Die größten Potenziale zur Krafterzeugung sind in Form von natürlichen und unendlichen Ressourcen in Wind, Sonne, Boden und Wasser vorhanden. Seit Jahrhunderten wird die mechanische Energie des Wassers in Mühlen oder Hammerwerke genutzt. Mit der Zunahme am Strombedarf im 20. Jahrhundert gibt es Anlagen zur Stromgewinnung aus Wasserkraft. Insbesondere an Flüssen wurden Anlagen zur Stromerzeugung gebaut. In Deutschland wurde die erste Versuchsanlage zur Erzeugung von erneuerbarer Energie 1913 errichtet.

In Kuba hat man schon 1929 die erste OTEC (Ocean Thermal Electric Conversion) – Anlage realisiert. Man nutzt die Temperaturdifferenz zwischen Wasseroberfläche und Tiefengewässer des Meeres aus. Auf die jeweiligen grundsätzlichen Funktionsweisen zur Gewinnung von Energie aus dem Meer und auf die die bisherigen Möglichkeiten zur Stromerzeugung werden in den folgenden Abschnitten weiter eingegangen.

Die Wasserkraft war und ist für den Menschen einer der faszinierendsten und unerschöpflichen Energielieferanten der Erde. Zumal mehr als 70 % der Erde mit Wasser bedeckt sind und es damit ein sehr nahe liegendes Element ist, das sich die Menschheit zunutze macht.

So kommt es, dass die Wasserkraft derzeit eine der intensivsten Formen für die Stromnutzung geworden ist^[1]. Weltweit beträgt die Wasserkraft 18 % an der Stromversorgung, in Deutschland sind es dagegen nur 4 %^[2]. In 20 Ländern beträgt der Anteil an Wasserkraft an der Energieversorgung über 90 %, dies sind Länder wie z.B. Norwegen oder Paraguay. Die intensive Nutzung der Wasserkraft ist aufgrund der topographischen sowie klimatischen Bedingungen sehr unterschiedlich verteilt. Die lokalen Gegebenheiten bieten auch für die Meeresenergiegewinnung nur beschränkte Einsatzmöglichkeiten innerhalb der jeweiligen Länder. Die Meeresenergie kann auch außerhalb der Drei – Meilen -Zone gewonnen werden und ist somit nicht mehr an Landesgrenzen gebunden.

Die Energiegewinnung aus dem Meer dient der Verwirklichung ökologischer und auch ökonomischer Ziele. Sie dient dem Schutz und der Erforschung der Meere, einem besseren Verständnis unsere Umwelt, einer Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und damit auch ein Schutz gegen geopolitische Interessenkonflikte. Es sollte also im Interesse aller beteiligten Länder liegen, das Thema Meeresenergie weiter zu entwickeln und zu erforschen.

Diese Arbeit beschäftigt sich im primär mit den Möglichkeiten und schon realisierten Kraftwerken bzw. die mit denen die sich in einem Projektstadion befinden.

Diese Arbeit spannt einen Bogen von der Vergangenheit über die Gegenwart hinüber zu Zukunftsvisionen der Gewinnung aus der Bewegungskraft der Ozeane und Meere.

Den Anfang macht eine kurze Einführung der Möglichkeiten zur Wasserkraftgewinnung. Der darauf folgendem Abschnitt beschäftigt sich dann mit den Nutzungsmöglichkeiten der Kraftgewinnung aus dem Meer.

2 Wasserkraft an Land und Meer

Konventionelle Kraftwerke produzieren ihren Strom an Flussläufen oder an Gebirgshängen. Dieses geschieht durch große Durchlaufmengen zum Beispiel in Flüssen (Laufwasserkraftwerke) oder durch Höhenunterschiede in Gebirgsgebieten (Pump- Speicherkraftwerke). Diese Kraftwerkstypen sind eine lohnende Investition, haben aber neben den ökonomischen Vorteilen auch einige ökologische Nachteile.

Ein gutes Beispiel ist der derzeit im Bau befindliche Drei- Schluchten- Staudamm am Changjiang (Yangzi) in China, welcher ab 2009 eine Leistung von 18.200 MW^[3] erbringen soll. Genau genommen ist dieser Damm kein Damm, sondern eine Talsperre. Damit wird ein kleiner Teil des riesigen Energiebedarfs der Republik China gedeckt. Die Wartungsfreiheit einer Talsperre und der langlebige Einsatz sind entscheidende Vorteile. Auch die Abkoppelung von konventionellen Kraftwerken (Atom, Kohle, etc.) um die Einhaltung von Umweltstandards zu erreichen sind entscheidende Faktoren für den Weltmarkt sich dort Waren zu ordern. Der sensiblere westliche Konsument will ökologische Standards gesetzt sehen, um mit guten Gewissen Dienstleistungen und Güter zu ordern. Die Nachteile einer Sperre sollen aber nicht verschwiegen werden. Denn es sollen bei einem normalen Wasserstand des Staussees 23.793 Hektar Land überflutet werden. Damit wird die heimische Flora und Fauna komplett vernichtet^[4]. Welche wirtschaftlichen Folgen und Umweltkatastrophen durch diese Sperre, hervorgerufen werden ist derzeit noch nicht abzusehen.

Die Vorteile von Kraftwerken am Land sind die hohe Zuverlässigkeit, geringe Betriebskosten und eine hohe Lebensdauer. Die ökologischen Folgen für Flussläufe und der Infrastruktur- veränderung (Umsiedlung von Mensch und Tier) beim Aufstauen des Stausees können die Umweltbilanz stark beeinträchtigen.

Die Potenziale der Wasserkraft an Land werden heute weitestgehend ausgeschöpft. Neue Standorte lassen sich nicht mehr ergiebig nutzen und sind damit unrentable und unwirksam. So sieht die Lage auf den europäischen Kontinent aus, Global könnten noch einige wenige Projekte realisiert werden.

Die Energiegewinnung aus dem Meer ist dagegen weitestgehend ungenutzt. Das Energiereservoir der Meere stellt eine unerschöpfliche Quelle der Energieversorgung dar^[5]. Es gibt eine Vielzahl an detaillierten Konzepten für diese Form der Energiegewinnung. Dennoch werden sie in der Praxis bisher nur im geringen Umfang umgesetzt. Die Möglichkeiten, um aus Bewegung Energie zu erzeugen, beschränken sich auf mechanische Energie (Wellen, Gezeiten und Strömungen), thermische Energie, und osmotische Energie (Gewinnung von Energie aus den unterschiedlichen Salzgehalten).

Einige wenige Projekte verwenden schon seit Jahrzehnten die Möglichkeit die Bewegungsenergie der Meere zu nutzen. Praktische Umsetzungen finden wir zum Beispiel in Frankreich oder England, wo Gezeiten- oder Strömungskraftwerke teilweise schon seit Jahrzehnten im laufenden Betrieb sind beziehungsweise waren.

Im weiteren Verlauf soll zunächst die Frage nach den Möglichkeiten zur Energiegewinnung aus dem Meer geklärt werden um einen Einblick in die Thematik zu erhalten. Die Realisierung solcher Systeme und deren Potenziale sollen dabei näher erläutert werden. Darüber hinaus wird ein kurzer historischer Abriss gegeben, soweit dieser möglich ist, denn die Gewinnung von Energie aus dem Meer eine relativ neue Technologie, obwohl die Nutzung von Gezeiten eine alte Tradition hat.

3 Wasserkraftwerke – Nutzung der Meeresenergie

Das Meer ermöglicht durch die vielfältigen Wasserbewegungen eine kleine Anzahl an Kraftwerkstypen. Die Wasserkraft lässt sich im Gegensatz zur Windenergie oder Sonnenenergie mannigfaltiger ausnutzen. Durch die drei Energieformen (mechanische, thermische und osmotische Energie) können derzeit fünf grundsätzlich verschiedene Kraftwerkstypen erstellt werden.

Für jede dieser fünf Kraftwerksformen wird im folgendem die grundsätzliche Funktionsweise erläutert.

3.1 Gezeitenkraftwerke

Das Gezeitenkraftwerk nutzt die Bewegungsenergie, die von Flut und Ebbe bereitgestellt wird. Die Kraftwerke werden in einer Flussmündung oder einer Bucht errichtet. Eine Staumauer trennt das offene Meer von der Mündung ab. In der Staumauer befindet sich pro Röhre eine Turbine, die durch die Gezeitenenergie angetrieben wird. Bei Flut strömt das Meerwasser in die Bucht und bei Ebbe fließt es wieder zurück, so kann der Rotor im Damm angetrieben werden^[6]. (siehe Abb. 1)

Dieser Anlagentyp nutzt die Fließrichtungen optimal aus, der Nachteil dabei ist allerdings, dass diese enormen Tidenhöhen nur begrenzt auf der Erde zur Verfügung stehen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Gezeitenkraftwerk.png

Bei maximalen und minimalen Wasserstand steht dieser Typ von Anlage still. Dieses Kraftwerk erzeugt also nur einen schwankenden Beitrag zur Stromerzeugung. Zusätzlich zu den kurzfristigen Schwankungen kommt eine rhythmische, langfristige Veränderung. Hervorgerufen wird diese durch die Mondphasen (Spring- und Nipptiden). Die Wetterbedingungen (Niederschläge, Wind, Sturmfluten etc) spielen bei der Aufrechterhaltung des Betriebes einer solchen Anlage eher eine untergeordnete Rolle^[7].

3.1.1 Historischer Überblick - Traditionelle Nutzung von Gezeitenmühlen

Diese Technologie, Ausnutzung der Gezeitenströmung, existiert schon seit über 1000 Jahren. Die so genannten Gezeitenmühlen, die Wasser- bzw. Windmühlen, die dem Prinzip nach ähnlich der Gezeitenmühlen funktionierten wurden mit dem Beginn der Industrialisierung aufgegeben und durch die Dampfmaschinen ersetzt. Das Bedauerliche dabei ist, dass dieses Know-how weitestgehend in Vergessenheit geriet. Die Erfahrungen, die man für die erneuerbaren Energien benötigt, um Meerwasserkraftwerke zu installieren und zu betreiben, muss man sich mühevoll wieder erarbeiten.

Die Gezeitenmühlen wurden an einen Kanal oder einen extra errichteten Beckensystem angeschlossen, dass zu bestimmten Zeiten mit der aufgestauten Gezeitenenergie als Kraftquelle der Mühle diente. Das an der Mühle vorbeiströmende Wasser, mahlte damit dann das Mehl. Das besondere an den Gezeitenmühlen ist, dass diese Mühlen vor der Erfindung der Dampfmaschine praktisch an 365 Tagen im Jahr garantieren konnten, das sie mahlen. Im 11. Jahrhundert wurden an der englischen Küste mehr als 5000 kleine Mühlen mit der Kraft der Gezeiten betrieben^[8].

An Anfang des 18. Jahrhunderts wurden sogar am Ärmelkanal Gezeitenmühlen des Zimmermeisters Perse betrieben, die sowohl auf die Verwertung des Ebbe- als auch des Flutstroms eingerichtet waren. Im Sommer werden zur Demonstrationszwecken in Form eines Museums einige funktionstüchtige Tide Mill^[9] in Südost England in Betrieb genommen. Da wären in Dorset die Sturminster Newton Mill zu benennen und in Eling in der Nähe von Southampton eine weitere Tide Mill. Die Mühlen wurden natürlich nicht nur zum Mahlen von

Getreide oder Gewürzen genutzt, sondern auch als Antrieb für Hammer- und Sägewerke, in der Papier- und Stoffindustrie eingesetzt.^[10]

[...]

^[1] Dena [Deutsche Energie Agentur GmbH] (2006).Die Deutsche Wasserkraftindustrie. Verfügbar im Internet unter: http://www.renewables-made-in-germany.com/index.cfm?cid=1525 (Stand 09.03.06)

^[2] Bine Informationsdienst, Fachinformationszentrum Karlsruhe (2004). Wasserkraft.

^[3] Gutowski, Achim (2000) Der Drei-Schluchten-Staudamm in der VR China ­– Hintergründe, Kosten-Nutzen-Analyse und Durchführbarkeitsstudie eines grossen Projektes unter Berücksichtigung der Entwicklungs­zusammen­arbeit. In IWIM - Materialien des Universitäts­schwerpunktes "Internationale Wirtschaftsbeziehung und Internationales Management, Bremen. Bd. 19

^[4] Geo Magazin 06/2003 (2003): China: Die Zähmung des "Langen Flusses".

^[5] World Energy Council (2001): Survey of Energy Resources 2001 –Tidal Energy. London 2001.

Verfügbar im Internet unter: http://www.worldenergy.org/wec-geis/publications/reports/ser/wave/wave.asp

^[6] U.S. Department of Energy: Ocean Tidal Power http://www.eere.energy.gov/consumer/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50008

^[7] Lübbert, Daniel (2005): Das Meer als Energiequelle – Wellenkraftwerke, Osmose-Kraftwerke und weitere Perspektiven der Energiegewinnung aus dem Meer. Wissenschaftlicher Dienst des Deutschen Bundestages. Berlin 2005.

^[8] Marum - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen.

^[9] Smith, Diana (1989): The Tide Mill at Eling – History of a working mill. Southampton 1989.

^[10] Graw, K.-U.(2001): Tideenergie; 2001; Hansa - International Maritime Journal, August 2001. S. 76f.