Strom aus Strömungen 04.07.2013, 15:16 Uhr

In der schottichen See wird Energie am Meeresboden gewonnen

Gezeitenströmungen sind eine vorteilhafte regenerative Ressource, weil hier die Energie regelmäßig und vorhersehbar zur Verfügung steht. In der schottischen See ist nahe den Orkney-Inseln ein Testgebiet des European Marine Energy Centers (Emec) für derartige Projekte zur Gewinnung erneuerbarer Energie ausgewiesen. Die Turbinen stehen auf in den Meeresgrund gebohrten einbeinigen Gründungen (Monopiles).

Nahe den Orkney-Inseln wollen verschiedene Unternehmen wie Voith die starken Strömungen für die Energiegewinnung nutzen. Im Bild wird eine Turbine im Meer versenkt und am Boden aufgestellt.

Nahe den Orkney-Inseln wollen verschiedene Unternehmen wie Voith die starken Strömungen für die Energiegewinnung nutzen. Im Bild wird eine Turbine im Meer versenkt und am Boden aufgestellt.

Foto: Emec

Im Emec-Testgebiet wollte die Voith Hydro Ocean Current Technologies eine „Hy-Tide“-Turbine mit einer Leistung von 1 MW einsetzen. Aufgrund der anzunehmenden Lasten wurde ein Monopfahl als Gründung gewählt. Mit Entwurf und Herstellung der Gründungsstruktur beauftragte Voith die Bauer Renewables Ltd, die den Auftrag mit Unterstützung ihrer Muttergesellschaft Bauer Spezialtiefbau, Schrobenhausen, ausführte.

Die Meeresströmung wechselt rund um die Orkneys alle 6 h 12,5 min ihre Richtung, aber nicht um 180 Grad, sondern manchmal um bis zu 30 Grad versetzt. Die Strömungsgeschwindigkeit schwankt ständig zwischen 0 m/s und dem Maximum, das bis zu 5 m/s betragen kann.

Große Herausforderungen durch wechselnde Strömungen

Die Verhältnisse an der Einbaustelle bezeichnet Bauer-Chefingenieur Paul Scheller als typisch für den Standort einer Gezeitenturbine. „Sie stellen in Hinsicht auf Strömungsgeschwindigkeiten, Wassertiefe und Untergrundbeschaffenheit bautechnisch eine besondere Herausforderung dar.“

Bisherige Versuche, Pfahlgründungen für Gezeitenturbinen herzustellen, seien immer mit größeren Schwierigkeiten verbunden gewesen. Zwar bestehe die Möglichkeit einer Schwergewichtsgründung, was für einen einzelnen Prototyp sogar wirtschaftlich sein könnte, „Kostenrechnungen zeigen aber deutlich, dass nur eine Pfahlgründung für die zukünftige Herstellung von Gezeitenkraftwerksparks mit vielen Turbinen wirtschaftlich sein kann“, so Scheller.

Ursprünglich sollte eine Hubplattform an der Einbaustelle aufgestellt werden, von der aus die Arbeiten im Fels und auf dem Meeresboden verrichtet werden sollten. Dieses Herstellungskonzept misslang jedoch, weil Wirbelablösungen an den Füßen der Plattform diese bei Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 1,75 und 3,0 m/s ins Schwingen brachte.

Schiff mit Bohrgerät muss seine Position halten

Die Lösung lag in der Entwicklung eines Unterwasserbohrgerätes, das von einem Schiff aus betrieben wird. Gewählt wurde das konventionelle Drehbohrverfahren mit Rollenmeißel und Schwergewichten. Das Bohrklein wurde mit Luftspühlung gehoben.

Riesige Turbinen stehen in der schottichen See in der Nähe der Orkney-Inseln auf dem Meeresboden, um aus den Strömungen Strom zu erzeugen.

Riesige Turbinen stehen in der schottichen See in der Nähe der Orkney-Inseln auf dem Meeresboden, um aus den Strömungen Strom zu erzeugen.

Quelle: Emec

Weil es keine Erfahrungen gab, wie zuverlässig das Arbeitsschiff, die „North Sea Giant“, bei den starken Strömungen ihre Position würde halten können, wurde zunächst ihr Verhalten beobachtet. Aufgrund der dabei gewonnenen Erkenntnisse wurde die Software des Schiffs ertüchtigt, um schneller auf plötzliche Strömungsrichtungsänderungen reagieren zu können.

An der Einbaustelle wurde als Erstes eine Boje zu Wasser gelassen, die Daten der Strömungsgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Wassertiefen liefert. Da alle größeren Hebevorgänge nur bei Stauwasser, das heißt bei Tidenwechsel, ausgeführt werden können, war die genaue Kenntnis der jeweils herrschenden Strömung erforderlich. „Von jetzt ab war der Rhythmus von Arbeit, Schlaf und Essen vom Wechsel der Gezeiten bestimmt“, erinnert sich Paul Scheller.

Die Wassertiefe an der Einbaustelle beträgt bei niedrigstem Wasserstand etwa 33 m. Der Fels unter dem Meeresboden besteht aus Wechsellagen von Sand- und Schluffstein mittlerer Härte. Die Bohrung wurde mit 2,30 m Durchmesser von einem BSD (Bauer Seebed Drill)-3000-Bohrgerät niedergebracht.

Monopfahl reicht 11 Meter in den Meeresboden

Nachdem das Bohrloch seine Endtiefe von 11 m erreicht hatte, wurde der 23 m lange Monopfahl über ein Führungsrohr und einen Adapter ins Bohrloch abgesenkt. Dabei wurden Vertikalität und Orientierung über eingebaute Gyrokompasse kontrolliert. Über die Verrohrungsschelle wurde der Monopfahl schließlich in die richtige Position gebracht. Da der einen Außendurchmesser von 2 m hat, wurde der Ringraum mit 40 t Spezialmörtel ausgefüllt.

Die Rotorblätter der anschließend aufgesetzten Turbine haben einen Durchmesser von 16 m. Ihre Achse befindet sich rund 15 m über dem Meeresboden. In dieser Höhe kann sie die Gezeitenströme optimal nutzen.

Aufsichtsratsvorsitzender Thomas Bauer ist besonders stolz darauf, dass sein Unternehmen das einzige ist, dessen Produkte und Verfahren gleich in zwei Kategorien für den Bauma-Innovationspreis 2013 nominiert sind: Neben der Monopfahlgründung in der Kategorie Bauverfahren/Bauwerk auch in der Kategorie Komponente mit dem „Tablet-PC – Übertragung des digitalen Arbeitsplatzes in die Baumaschine“.

Ein Beitrag von:

  • Eckart Pasche

    Freier Fachjournalist. Themenschwerpunkte: Energie, Kerntechnik, Rohstoffe, Bergbau, Tunnelbau, Technikgeschichte

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