TERRA-Online / Gymnasium

Infoblatt Nutzung der Wasserkraft - Innovative Konzepte

Übersicht zu aktuellen Projekten im Bereich innovativer Wasserkraftwerke




Die althergebrachten Konzepte zur Nutzung der Wasserkraft als Quelle regenerativer Energie erfordern meist umfangreiche bauliche Maßnahmen, die sich nachteilig auf das Landschaftsbild und das lokale Ökosystem auswirken können. So stehen immer wieder Bauvorhaben von Staudämmen, teilweise mit immensen Ausmaßen, in der Diskussion, deren Turbinen gewaltige Leistungsdaten aufweisen. Als Beispiele seien hier die beiden Projekte mit den leistungstärksten Kraftwerken genannt, das chinesische Drei-Schluchten-Projekt mit 18,2 Gigawatt und das Itaipú-Projekt zwischen Brasilien und Paraguay mit 14 Gigawatt. Für viele stellen solche Kraftwerke einen unverzichtbaren Bestandteil der Energieversorgung dar, doch werden zahlreiche Nachteile wie schwerwiegende Eingriffe in die Flusssysteme in Verbindung mit der Überschwemmung großer Landstriche in Kauf genommen.
Dementsprechend massiv sind die Proteste, die mit solchen Großprojekten einhergehen. Aktuell (2007) wird dies am türkischen Ilisu-Staudamm und am Merowe-Staudamm im Norden des Sudan deutlich. Hier liegen sowohl traditionelle Sieldungsgebiete wie auch archäologische Ausgrabungsstätten im Bereich des zukünftigen Stausees. Ferner werden schwerwiegende Veränderungen in den jeweiligen Ökosystemen bis hin zum Aussterben gefährdeter Tierarten befürchtet. Nicht zuletzt blicken die anderen Flussanrainer mit Argwohn auf die Projekte, da sie im Bereich der Wassernutzung Nachteile für sich befürchten.
Teilweise ahnlich gelagerte Probleme gehen von konventionellen Gezeitenkraftwerken an den Mündungen von Flüssen oder an Meeresbuchten aus. Auch hier wirken sich die Anlagen, vor allem die notwendigen Dämme, auf Landschaftsbild und Ökosystem der Küstengebiete aus.
Daher sind in den letzten Jahren zahlreiche innovative Ansätze verfolgt worden, um die Kraft des Wassers in einem ökologisch verträglichen Rahmen zu nutzen. Die dabei verfolgten Konzepte zielen auf die Nutzung der Kraft der Gezeiten oder die Energie aus den Wellenbewegungen ab.


Seaflow und Seagen

Mit dem Seaflow-Projekt erprobt ein Konsortium aus Europäischer Union und britischer sowie deutscher Regierung neue Wasserkraftanlagen vor der Küste Britanniens, bei denen analog zu Windkraftanlagen ein unter Wasser liegender Rotor durch die Meeresströmung angetrieben wird. Die Kapazität der Pilotanlage liegt bei 300 kW, in der zweiten Projektphase "SeaGen" werden Anlagen mit zwei Rotoren und einer Leistung von gut 1 MW installiert, die sich im Gegensatz zur Pilotanlage zusätzlich der Strömungsrichtung anpassen können. Diese sollen dann auch bei der kommerziellen Nutzung der Technologie zum Einsatz kommen. Die erste Installation der SeaGen-Generation erfolgt an der nordirischen Küste (Strangford Lough). Ferner will man in der kanadischen Bay of Fundy in Nova Scotia bis zum Jahr 2009 weitere SeaGen-Anlagen errichten.
Ein Vorteil im Vergleich zu anderen Konzepten liegt vor allem darin, dass die Installationen über den Wasserspiegel hinaus reichen und somit Wartungsarbeiten sehr viel einfacher durchgeführt werden können. Fischfang ist im Bereich der Seaflow- bzw. Seagen-Anlagen allerdings nicht mehr möglich, da die Gefahr, dass Netze in die Rotoren geraten zu groß ist.


Stingray

Eine 150 kW-Anlage, die ebenfalls die Wasserströmung nutzt, wurde von Mai 2003 bis Oktober 2004 im Yell Sund vor den Shetland Inseln installiert und getestet. Hier setzt die Meeresströmung allerdings einen beweglichen Arm, an dem zwei Tragflächen befestigt sind, in Bewegung. Diese wird dann via Hydraulikmotor an einen Generator weitergegeben. Anhand der Ergebnisse wurde eine Einzelanlage mit einer Leistung von 500 kW konzipiert, die ab einer installierten Gesamtleistung von 100 MW kosteneffizient arbeiten würde. Dennoch ist im Moment aufgrund der hohen Investitionskosten die weitere Nutzung der Technologie offen.


Roosevelt Island Tidal Energy (RITE)-Projekt

Im Rahmen des Roosevelt Island Tidal Energy (RITE)-Projekts werden am Grund des East Rivers (New York) mehrere kleine Turbinen installiert, die Energie aus den Gezeitenkräften gewinnen. Diese Anlagen sollen eine Kapazität von 10 MW haben. Das Gesamtpotenzial wird jedoch auf 600 bis 1.000 MW geschätzt, von denen zu einem späteren Zeitpunkt 500 MW genutzt werden sollen. Der Vorteil liegt hier vor allem in der kompakten Bauweise der Turbinen, da diese ohne größere, ökologisch bedenkliche Eingriffe auf dem Flussgrund installiert werden können.


The Blue Concept

Ein ähnliches Konzept verfolgt das Unternehmen Hammerfest Strøm AS im norwegischen Kvalsund. Die mit einem beweglichen Rotor versehene Pilotanlage wurde hier auf dem 50 m tiefen Meeresgrund installiert und erzeugt mit Hilfe der Gezeitenkräfte Strom für 15 bis 20 Haushalte in dem 1.000 Einwohner zählenden Dorf. Voraussetzung ist eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 0,5 m/s.
In der einjährigen Testphase wurden durch die Pilotanlage 0,7 Gigawattstunden Strom produziert. Derzeit sind siebzehn weitere Projekte in Planung, deren Gesamtanteil an der norwegischen Stromproduktion künftig bei bis zu 3 % liegen könnte.
Durch die Installationshöhe von insgesamt 31 m bestehen weder für Schifffahrt noch für Fischerei Einschränkungen im Projektgebiet. Allerdings müssen die Rotoren regelmäßig durch Taucher von Muscheln etc. gereinigt werden.


Pelamis

Mit der Technologie Pelamis (griechisch: Seeschlange) der Firma Ocean Power Delivery erfolgte im Sommer 2006 der Einstieg in die kommerzielle Nutzung der Wellenenergie. Vor der portugiesischen Küste wurden in einem ersten Schritt zwölf Pelamis-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 2 MW installiert. Zukünftig sollen dann 110 Anlagen Strom für 15.000 Haushalte liefern.
Auch vor den schottischen Orkney-Inseln bedient man sich dieser Kraftwerkstypen, um ab 2008 für 2.000 Haushalte Strom zu produzieren. Ferner werden vor der Nordküste Cornwalls unter dem Projektnamen "West Wave" weitere Pelamis-Generatoren installiert, deren Stromproduktion ab 2009 starten soll. Um den gewonnenen Strom ins Netz einzuspeisen, wird West Wave mit "Wave Hub" kombiniert. Dabei handelt es sich um eine auf dem Meeresboden installierte "Unterwassersteckdose", an die sämtliche Pelamis-Generatoren angeschlossen werden.
Bei den Pelamis-Kraftwerken handelt es sich um röhrenförmige Stahlsegmente mit 30 m Länge und 3,5 m Durchmesser, von denen vier über Scharniergelenke miteinander verbunden werden. Die Konstruktion schwimmt halb untergetaucht an der Wasseroberfläche quer zum Wellenkamm und wird durch die Wellenbewegung in Schwingung versetzt. Hydraulische Zylinder zwischen den Segmenten übertragen diese auf einen Hydraulikgenerator, der dann Strom produziert.


Archimedes Wave Swing

Die Planungen des schottischen Unternehmens AWS Ocean Energy sehen die Installation von großen luftgefüllten Zylindern, die aus einem frei beweglichen oberen Teil, dem "Schwimmer", und einem am Meeresboden verankerten unteren Teil bestehen. Erhöht ein Wellenkamm den Druck auf den Zylinder, senkt sich dessen oberer Teil und die Luft wird komprimiert. Gleiches passiert in umgekehrter Richtung, wenn das Wellental den Zylinder passiert. Aus der Relativbewegung vom oberen zum unteren Teil wird dann elektrische Energie erzeugt. Erste Tests mit einer Pilotanlage vor der Küste Portugals wurden im Jahr 2004 erfolgreich durchgeführt. In 2008 wird eine weitere Archimedes-Einheit mit einer Leistung von 250 KW am European Marine Energy Center (EMEC) installiert. Geplant ist dann in einem weiteren Schritt der Bau von einem Dutzend 500 kW-Einheiten in 2009/10, im Jahr 2013 sollen dann bereits 100 existieren.


Wave Dragon

Das Konzept des Wave Dragon basiert auf einer v-förmig angeordneten Barriere, die die Wellen in ein über dem Meeresspiegel liegendes Reservoir leitet. Von diesem fließt das Wasser durch Turbinen wieder zurück ins Meer und treibt so einen Stromgenerator an. Die Testphase der Prototypen lief von März 2003 bis zum Sommer 2007 im Nissum Bredning-Fjord in Norddänemark. Vor der Küste von Pembrokeshire, Wales folgt nun der Bau eines 7 MW-Kraftwerks, mit dem in einer drei- bis fünfjährigen Testphase Erfahrungen über Betrieb und Effizienz einer solchen Anlage gesammelt werden sollen.


Uisce Beatha

Der australische Ingenieur Tom Denniss hat mit seiner Konstruktion Uisce Beatha (keltisch: Wasser des Lebens) gleich zwei Problembereiche in Angriff genommen. Zum einen pressen Wellen Luft in einer parabolisch gekrümmten Kammer durch eine Turbine und erzeugen so Energie. Da die Turbine mit schwenkbaren Rotorblättern versehen ist, wird sowohl die ein- als auch die ausströmende Luft genutzt. Zum anderen wird durch die gewonnene Energie Meerwasser entsalzt und somit Trinkwasser gewonnen. In Anlehnung an die ersten Praxistests vor der Küste von New South Wales gehen die Projektingenieure davon aus, dass diese Anlage jährlich 500 MWh Strom und täglich 2.000 l Trinkwasser liefern kann.


Rotech Tidal Turbine (RTT)

Bei der Rotech Tidal Turbine (RTT) handelt es sich um ein neuartiges Gezeitenkraftwerk. Konventionelle Gezeitenkraftwerke sind auf große Dammbauten angewiesen, um sich so den Tidenhub zu Nutze zu machen. Im Gegensatz dazu wird die RTT auf dem Meeresboden installiert und erzeugt den Strom direkt aus den hier vorherrschenden starken Strömungen. Planungen, an denen der E.ON-Konzern beteiligt ist, sehen unter Verwendung der RTT den Bau eines der bisher größten Gezeitenkraftwerke an der walisischen Küste bei St. David's vor. Die 15 m langen Turbinen werden etwa einen Kilometer vor der Küste in 50 m Tiefe installiert und sollen insgesamt eine Leistung von 8 MW haben, genug für 5.000 Haushalte.


Searaser

Searaser ist ein Pumpsystem, das sich die aus dem Wellengang entstehende Energie zu Nutze macht, um damit Wasser in höhergelegene Reservoirs zu befördern. Dieses wird dann in Speicherkraftwerken bedarfsgerecht zur Stromproduktion genutzt. Sollte kein Reservoir zur Verfügung stehen, könnte das Pumpwasser auch direkt Turbinen antreiben. Da das System schon ab einem Wellengang von 50 cm arbeitet, wäre ein Einsatz sowohl in Küstenregionen wie auch in geeigneten Seen möglich. Die Entwickler rechnen damit, dass eine Pumpe ca. 470 Haushalte mit Elektrizität versorgen könnte. Die Erprobung des Systems findet derzeit vor der Küste des englischen Dartmouth statt.