Wasserkraft 11.02.2000, 17:24 Uhr

Billiger Strom aus dem Meer

Meereswellen sind eine unerschöpfliche Energiequelle. In einem Kraftwerk auf einer schottischen Insel sollen sie eine Luftströmung erzeugen, die in Windturbinen Strom erzeugt.

Die Hebriden-Insel Islay vor der schottischen Westküste war bislang vor allem für ihren hervorragenden Malz-Whiskey bekannt. Nun macht das auf deutsch „Eila“ ausgesprochene, sturmgepeitschte Eiland auch als Mekka für erneuerbare Energie von sich reden: Die Firma Wavegen aus der schottischen Stadt Inverness baut hier seit Mai am bislang größten – und, wenn alles klappt, ersten kommerziell betriebenen – Wellenkraftwerk der Welt: „Limpet 500“ soll nach seiner Fertigstellung im Frühsommer nächsten Jahres 500 kW leisten. Und dies zu einem Preis von umgerechnet nur etwa 18 Pf pro kWh. Ein Einspeisevertrag mit dem örtlichen Versorger Scottish Hydro-Electric ist bereits unter Dach und Fach.

Allan Thomson, Chef der Firma Wavegen (www.wavegen.co.uk) ist zuversichtlich. „Wir sind auf diesem Gebiet weltweit führend“, sagt der sonst eher bescheidene Mann. Er hat sich vom einfachen Elektriker zum Multimillionär hochgearbeitet – und einen Großteil seines Geldes in die nur spärlich bezuschusste Wellenkraft investiert. Förderung kam unter anderem vom Joule-Programm der Europäischen Union. Ansonsten sichert Thomson die Finanzierung durch Verträge mit industriellen Partnern. Auch manche Rückschläge konnten ihn nicht von seinen ehrgeizigen Plänen abbringen: „Ich erwarte, dass in den nächsten 20 Jahren allein in Großbritannien 60 Mrd. DM in Wellenkraft-Projekte fließen. Weltweit werden es 1500 Mrd. DM sein.“

Eingehende Erfahrungen konnten die Wavegen-Ingenieure mit einer 75 kW starken Pilotanlage sammeln, die gemeinsam mit irischen Wissenschaftlern von der Queen“s University im irischen Belfast errichtet wurde. Sie lief, unweit der Limpet-Baustelle, zehn Jahre lang und wurde kürzlich stillgelegt. Die neue Limpet-500 ist, wie die Pilotanlage, speziell für Felsküsten konzipiert. Beide arbeiten nach dem gleichen Prinzip: Sie wandeln die Wellenbewegung in eine starke Luftströmung um, die stromerzeugende Wind-Turbinen antreibt.

Beim Bau tragen Arbeiter einen Teil der Felsküste ab. Auf die U-förmige Einkerbung setzen sie eine Art Betondeckel, so dass eine luftdichte Hohlkammer entsteht. Diese Kammer hat einen „Eingang“ zum Meer, der rund 2,5 m unter dem mittleren Meeresspiegel liegt. Dies hat zur Folge, dass der Wasserpegel in der Kammer ständig im Wellen-Rhythmus auf- und absteigt. Im gleichen Rhythmus wird die Luft in der Kammer zusammengepresst. Sie strömt durch zwei weitere, landeinwärts gerichtete Öffnungen im oberen Teil der Kammer. Hinter diesen Öffnungen sitzen zwei spezielle, je 250 kW liefernde Windturbinen, die ähnlich wie Windkraftwerke arbeiten, wegen ihrer Zigarrenform allerdings eher an Flugzeug-Düsen erinnern.

Diese so genannten Wells-Turbinen – eine Erfindung des Wavegen-Mitgründers Allan Wells – haben die „geniale“ Eigenschaft, sich stets in die gleiche Richtung zu drehen – egal, ob Wind in sie hineingeblasen oder aus ihnen herausgesogen wird. Dadurch werden sie sowohl beim Anstieg als auch beim Abfall des Wasserpegels in der Kammer angetrieben. Ein schweres Schwungrad auf der Turbinen-Achse gleicht mit seiner Massenträgheit kurzfristige Lastschwankungen aus.

Drehrichtung bleibt immer gleich
Wells-Turbinen sind aerodynamische Wunderwerke: Sie drehen immer in die gleiche Richtung, egal ob die sie antreibende Luft hinein- oder herausströmt. Möglich macht dies die spezielle Form der Rotorblätter: Ihr Querschnitt ähnelt dem eines Flugzeugflügels, ist aber, anders als dieser, symmetrisch. An den Rotorblättern überlagern sich zwei Luftströmungen: die „Antriebsluft“ der Turbine und – rechtwinklig dazu – die aus der Eigendrehung des Rotors. Dadurch wirkt der Luftstrom insgesamt, als würde er halbschräg von der Seite kommen. Er erzeugt, wie beim Flugzeugflügel, einen „Auftrieb“, der eine Kraftkomponente in Drehrichtung liefert und so den Rotor antreibt. Dies funktioniert – wegen der symmetrischen Rotorblätter – auch, wenn die Antriebsluft aus der entgegengesetzten Richtung strömt. Nach einem Stillstand müssen Wells-Turbinen zunächst angeworfen werden, etwa durch den angekoppelten Generator, der dann als Elektromotor dient.

Die Hohlkammer der Limpet-500 soll laut Wavegen-Planung mindestens 60 Jahre der Brandung trotzen, die Turbinen sind auf 15 Betriebsjahre ausgelegt. Die Anlage ist computergesteuert und kann von einem entfernten Steuerzentrum aus überwacht werden. Vor Ort installierte Video-Kameras sollen später auch als „Web-Cams“ arbeiten – und für jedermann abrufbar Bilder ins Internet speisen.
„Das Limpet-Konzept hat Hand und Fuß“, bestätigt der Wellenkraft-Experte Kai-Uwe Graw. Der Professor für Grundbau und Wasserbau an der Universität Leipzig hat unter anderem an einer Versuchsanlage an der Südwestküste Indiens (betrieben vom Indischen Technologie-Institut in Madras) mitgearbeitet. „Und wenn es auf Islay diesmal noch nicht mit der kommerziellen Nutzung klappen sollte, dann bestimmt beim nächsten Anlauf.“

Graw weiß aus langjähriger Erfahrung, dass die Stromgewinnung aus Wellenkraft ein „schwieriges Unterfangen“ ist: „In meiner Habilitationsschrift habe ich rund 300 Wellenkraftwerks-Projekte untersucht. 290 blieben Idee, nur zehn wurden tatsächlich gebaut.“ In anderen Versuchsanlagen, berichtet der Leipziger Forscher, haben sich Wells-Turbinen teils nicht so gut bewährt, weil ihre Leistungsabgabe stark von der mittleren Wellenhöhe abhängt: An ruhigen Tagen, die es auch im stürmischen Schottland mal gibt, liefern sie nur wenig Strom. Wavegen jedoch habe die Wells-Turbinen in langjähriger Tüftelarbeit optimiert.

Die Insel Islay ist nicht nur wegen ihrer meist hohen Wellen ein idealer Standort. Die Bevölkerung ist von erneuerbaren Energien und insbesondere von Wellenkraft geradezu fasziniert – ein guter Boden auch für Greenpeace: Die Ökofans unterstützten das Projekt aktiv mit einer Ultraschall-Untersuchung des der Anlage vorgelagerten Meeresbodens. Und im Juli stellten sie Limpet-500 und andere Wellenkraftwerks-Projekte in einer schottischen Wanderausstellung auf ihrem Flaggschiff „Rainbow Warrior“ vor. „Wir wollen zeigen“, sagt der britische Greenpeace-Campaigner Nick Milton, „dass Wellenkraftwerke weltweit ein enormes Potenzial haben.“

Dies glaubt auch Graw: „An die Küsten Europas branden Wellen mit einer Gesamtenergie von 1 Mrd. MW. Selbst wenn nur ein kleiner Teil davon genutzt wird, könnten EU-Staaten 5 % bis 10 % ihres Energieverbrauchs mit Wellenkraft decken.“ Sie würde zu einer wichtigen Zusatzkomponente für den optimalen Öko-Energie-Mix. Denn Sonne und Wind ergänzten sich zwar teilweise, mit der Wellenenergie komme jedoch eine dritte, relativ gleichförmige Komponente hinzu. Bis dahin sei aber noch ein weiter Weg. „Im Moment“, sagt der Leipziger Professor, „haben Wellenkraftwerke erst den Entwicklungsstand, wie sie Flugzeuge zu Zeiten der Gebrüder Wright hatten.“

Den größten Teil der 6 Mio. DM, die eine Limpet-500 kostet, verschlingen die aufwendigen Bauarbeiten für die Hohlkammer. Turbinen und Elektroinstallationen schlagen nur mit rund 15 % bis 20 % zu Buche. „Deshalb ist es ökonomisch besonders interessant, Limpet-Anlagen in Wellenbrecher, Küstenbefestigungen und Hafenschutzwälle einzubauen“, sagt Wavegen-Ingenieur David Langdon.
Denn die würden ja ohnehin gebaut. Die damit verbundenen Einsparungen machen Strom aus Wellenkraft noch billiger. So würden auch Standorte mit niedrigerem Wellengang und entsprechend kleinerer „Strom-Ernte“ lukrativ, etwa vor der holländischen Nordseeküste.

Modifiziert eignen sich Wellenkraftwerke in Limpet-Bauweise auch zur Meerwasser-Entsalzung: Dazu werden statt der Turbinen luftgetriebene Wasserpumpen installiert, die Meerwasser mit hohem Druck durch spezielle, nach dem Prinzip der „umgekehrten Osmose“ arbeitende Filter schicken. Nach dieser Hyperfiltration hat das Meerwasser die Qualität von Trinkwasser. Dies dürfte der Wellenkraft-Nutzung zusätzlichen Auftrieb geben: „In vielen Ländern“, weiß Langdon, „ist der Bedarf an Trinkwasser noch größer als der an Elektrizität.“

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