Erneuerbare Energiequellen sind unverzichtbar, um die Luftverschmutzung, den Verbrauch fossiler Brennstoffe und somit die Emission von Treibhausgasen zu reduzieren. Solar- und Windenergie sind populär, aber wie bekannt ist die Energiegewinnung aus dem Meerwasser?
Beim Begriff “erneuerbare Energien” denken viele Menschen nur an Sonnenkollektoren, Windturbinen und bestenfalls an Erdwärme. Diese Quellen haben auch Nachteile und sind nicht immer so effizient wie der Ozean es sein kann. So ist Sonnenenergie im Tages- und Jahresverlauf sehr unterschiedlich verfügbar, und selbst die größte Windkraftanlage kann bei Flaute keinen Strom erzeugen. Des weiteren ist es bei Wind und Sonne schwierig, die überschüssige Energie zur späteren Nutzung zu speichern. Es gibt nur wenige Gegenden auf der Welt, wo der Wind in gleichbleibender Stärke kontinuierlich zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Die Lösung des Dilemmas findet sich auf den Weltmeeren, die 70% der Erdoberfläche ausmachen. In den Weltmeeren findet sich das größte Potential erneuerbarer Energie auf unserem Planeten. Mit der in einem einzigen Wellenberg enthaltenen Energie kann ein Elektrofahrzeug über Hunderte von Kilometern fahren, und die Ozeane haben das Potenzial, die ganze Welt doppelt zu versorgen.
Wellenenergietechnik
Nutzbare Energieformen der Meere sind Höhenunterschiede und die Strömungsenergie der Gezeiten und der Wellen sowie thermische Strömungen wegen unterschiedlicher Wassertemperaturen. Bei Wellen- und Gezeitenkraftwerken wird mit einer erheblichen Steigerung der installierten Leistung und der Investitionssummen gerechnet. Denn beide Formen sind erprobte und zuverlässige Möglichkeiten, um elektrische Energie aus dem Meer zu gewinnen.
Laut IRENA (International Renewable Energy Agency), werden folgende Technologien zu den aussichtsreichen Meerestechnologien gezählt:
- Wellen-Kraftwerke– Das in der Wellenbewegung strömende Wasser treibt eine Turbine an, die mit einem Generator zur Stromerzeugung verbunden ist.
- Gezeiten-Kraftwerke– Die potentielle Energie des bei Flut gegenüber dem Ebbe-Niveau gestiegenen Wassers wird ausgenutzt. Die Turbinen können sowohl bei auflaufendem als auch bei ablaufendem Wasser genutzt werden.
- Salzgradienten-Energie – entsteht durch Unterschiede in der Salzkonzentration, wie sie beispielsweise an Flussmündungen auftreten. Süßwasser wird über eine Membran geleitet, um den Druck in einem Salzwassertank zu erhöhen.
- Thermische Energieumwandlung im Ozean – Gewinnt Energie aus einer Strömung wegen des Temperaturunterschiedes zwischen warmem Oberflächen-Salzwasser und kaltem Meerwasser in 800-1000 Metern Tiefe.
Jedoch gibt es Bedenken gegen die Nutzung wegen der Kollisionsgefahr, Unterwassergeräusche und Störungen des Ökosystems. Es stellt sich nun die Frage, ob Meeresenergie gut für die Umwelt ist. Wie in der Studie dargelegt,haben sich Meeresenergieanlagen nicht als Gefahr für das marine Ökosystem erwiesen. Im Gegensatz zum Rohstoffabbau auf dem Meeresgrundscheint die Energie-Gewinnung auf dem Wasser dem marinen Ökosystem nicht zu schaden. Andererseits nutzt es der Erde insgesamt.
Weshalb ist Meeresenergie so wichtig?
Die größte Gefahr für das Meer ist der Klimawandel. Die steigenden Wassertemperaturen und die Versauerung vertreiben viele Pflanzen und Tiere aus ihren angestammten Lebensräumen. Meeresenergie ist ein Beitrag zum Umweltschutz, weil sie zur Dekarbonisierung der Erdatmosphäre beiträgt und keine Luftverschmutzung hervorruft. Die “sauberen” Energiequellen erzeugen Strom, ohne die Luft zu verschmutzen, und geben kein Kohlendioxid an die Atmosphäre ab.
Laut Ocean Energy Technologies sind dies die wichtigsten Vorteile der Meeresenergietechnologien:
- Abschwächung des Klimawandels
- Konzept zur Kombination erneuerbarer Energiequellen
- Kombination von Stromerzeugung und Wasserentsalzung
- liefert Strom für die Endverbraucher
- bietet verlässliche Kapazität
Die Meeresenergie ist besser planbar als andere Formen variabler erneuerbarer Energien (VRE). Insbesondere in Verbindung mit Offshore-Windenergie ist sie zielführend, weil die Wellen der Windgeschwindigkeit zeitversetzt nachfolgen.
Wie die Economist Group’s World Ocean Initiative berichtet, können Meeresenergie-Anlagen eine sinnvolle Ergänzung zu anderen kohlenstofffreien, erneuerbaren Stromlieferanten wie Wind- oder Solarenenergie-Anlagen sein. Das Meer ist ständig in Bewegung. Selbst wenn die Sonne nicht scheint und wenn kein Lüftchen weht, dann kann Meeresenergie immer noch zur Stromversorgung dienen.
Wie funktioniert Wellenenergie?
Die in Meereswellen enthaltene Energie wird mit Wellenenergiekonvertern (WEC) oder -geräten in Strom umgewandelt. Die Wellen treiben die WKA an und erzeugen so Strom. Wellenkraft ist auf Gebiete in Meeresnähe beschränkt. Wenn das Wasser flacher wird, können sich die Wellen nicht mehr auf und ab bewegen. Der “Seegang” erzeugt die Wellenenergie-Systeme, die auf der Bewegung des Wassers beruhen. So wird die Energie erzeugt.
Wellenenergie ist in hohem Maße vorhersehbar und kann in der Nähe von Ballungszentren erzeugt werden, um die Leitungslängen zu den Abnehmern kurz zu halten. Außerdem können dezentrale Anwendungen mit der Meerwasser-Energie betrieben werden. Einige von ihnen sind Entsalzungsanlagen, die Trinkwasser aus Salzwasser gewinnen, um wasserarme Gemeinden und Militärstützpunkte zu versorgen.
Das Meer ist eine unerschöpfliche erneuerbare Energiequelle zur Erzeugung von Elektrizität für die Welt. Theoretisch könnten wohl 100.000 Terawattstunden pro Jahr aus dem Meer gewonnen werden, (während der gesamte Welt-Stromverbrauch derzeit 16.000 TWh/a beträgt).
Nguyen, P. and Dong, V. (2019) “Ocean Energy – A Clean Energy Source”, European Journal of Engineering and Technology Research.
Herausforderungen der erneuerbaren Meeresenergie
Viele Ingenieure und Wissenschaftler fragen sich, wie man auf See erfolgreich Energie erzeugen kann. Es gibt einige Vor- und Nachteile von Wellenenergie. Als Installateur oder Energietechniker sollten Sie die Vor- und Nachteile der Wasserkraft kennen.
Auswirkungen auf die natürliche Umwelt
Es müssen große Anlagen in die Gewässer eingebracht werden, um die Energie aus den Wellen zu gewinnen. Es besteht die Sorge, dass diese Geräte den Meeresboden und die Küstenfauna wie Krebstiere und Weichtiere beeinträchtigen könnten.
Nur in zugelassene Geräte darf investiert werden. Beim Bau der Meeresenergieanlagen soll Lärm vermieden werden. Gezeiten-Kraftwerke und Wellenenergieanlagen sind mit der Meeresbewegung synchronisiert. Sie arbeiten viel langsamer als Windturbinen in der Luft. Elektromagnetische Felder spielen eine untergeordnete Rolle.
Geeignete Standorte
Maritime Techniker müssen bei der Standortsuche für ihre Maschinen viele Faktoren beachten. Die Geräte können sogar private und kommerzielle Schiffe stören. Meeresenergieanlagen müssen sich in Küstennähe befinden, um richtig funktionieren zu können. Gleichzeitig sind diese Bereiche auch für die Frachtschifffahrt, den Tourismus, die Freizeitschifffahrt und natürlich als geschützter Naturraum reserviert.
Der Bau einer Wellenenergie-Anlage kann in Konflikt mit dieser vielfältigen konkurrierenden Nutzung stehen. Außerdem ist die Wellenenergie nicht für jeden eine saubere Energieoption. Auch das Binnenland muss alternative Energiequellen finden.
Effiziente Ausrüstung
Wellenenergieanlagen, die Energie aus der Bewegung von Meereswellen erzeugen, müssen einer rauen und stofflich aggressiven Umgebung standhalten können. Alle eingesetzten Komponenten müssen widerstandsfähig gegenüber der Einwirkung von Seewasser sein.
Die Wasserkraft hat die Konstruktion und Herstellung von Maschinen beeinflusst, von wasserbetriebenen Mühlen in der Frühzeit bis hin zum ersten Wasserkraftwerk im Jahr 1882. Jetzt bietet die Technologie moderne Wasserkraftwerke,die bei der Energiewende helfen, indem sie wichtige Strom-, Flexibilität-, Speicher- und Klimaschutzleistungen erbringen.
OWC Turbinentechnologie
Die Herausforderung bei derTechnologie der oszillierenden Wassersäule (OWC) besteht darin, unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Der Luftstrom ändert bei seiner Hin- und Herbewegung nicht nur die Richtung, sondern er bewegt sich auch zwischen null und 100 Prozent. Gleichzeitig muss sich die Welle in dieselbe Richtung drehen (d. h. im Uhrzeigersinn).
Die Technologie entwickelt sich rasant, und mit dem zunehmenden Verständnis der Öffentlichkeit für erneuerbare und nicht erneuerbare Ressourcen müssen die Menschen zu umweltfreundlicheren Energieformen übergehen. Das Ergebnis der Arbeit an der OWC-Turbinentechnologie ist die HydroAir Turbine, die viele Vorteile hat, darunter umweltfreundliche Produkte (ohne Treibhausgasemissionen und mit geringen Geräuschemissionen), mit nur einem beweglichen Teil, geringerem Wartungsaufwand und minimiertem Platzbedarf.
Die Zukunft der Meeres-Energie
Die Wellenenergie hat ein enormes Potenzial, den Bedarf an sauberer Energie in der Zukunft zu decken. Die Wellenenergie hat das Potential, die Stromlücken zu schließen. Umweltschutz muss nachhaltig sein und im Einklang mit dem Meeresökosystem stehen.
Der Lebensraum Meer hat für Projektentwickler Priorität. Die Wissenschaft muss prüfen, wo Konverter installiert werden dürfen, ohne das Ökosystem eines Gewässers zu schädigen. In den Kabeln der Geräte könnten sich Tiere verfangen und die Geräusche könnten stören. Gewisse Anlagen könnten die Tierwelt auch vertreiben. Deshalb ist es wichtig, in bewährte Geräte zu investieren.
Zur Gewinnung von Meeresenergie sollten sich die Fertigungs- und Transportindustrie auf Steuerungstechniklösungen, HMIs und Automation für marine Anwendungen konzentrieren. Um das Ökosystem zu schützen, ist es wichtig, zugelassene Geräte zu verwenden und Unternehmen zu suchen, die innovative und zertifizierte Lösungen für Schiffe und Offshore-Plattformen anbieten.
