Eine Grafik die zeigt wie das Prinzip der oszillierende Wassersäulen funktioniert
Wellenkraftwerke nutzen die oszillierende Wassersäule
Urheber: Voith Hydro

Tosend schlägt die Brandung gegen die Klippen, die Gicht spritzt meterhoch und die zerklüfteten Felsen bereiten sich gelassen auf das Anrollen der nächsten Meereswelle vor. Hier erlebt man Energie in ihrer reinsten Form; ungestüm, wild, frei.

Diese Wildheit der Wellen und die schier grenzenlos erscheinende Freiheit des Meeres übt auf viele Menschen einen besonderen Reiz aus. Diese potentielle Energie zu bändigen und für sich arbeiten zu lassen, ist eine wahre Herausforderung.

Und tatsächlich, bei einem genaueren Blick auf die Küste von Mutriku im nordspanischen Baskenland entdeckt man einen riesigen Betonklotz, welcher von Steinen umgeben ist und die Wellen bricht. Neugierig geworden werden die Einheimischen gefragt; es handelt sich tatsächlich um ein Wellenkraftwerk, das erste kommerzielle seiner Art. 2011 nahm das Wellenkraftwerk, welches mittels einer oszillierenden(pendelnden) Wassersäule angetrieben wird, seinen Betrieb auf. 16 Turbinen verbergen sich im Bauch des Kolosses und nutzen die Wasserkraft zur Stromgewinnung.

Wellen atmen Luft

Die Nutzung der Wellenkraft ist so genial wie einfach. Der Betonklotz besteht aus einem abgeschlossenen Hohlraum, der unter der Wasseroberfläche das Wasser einströmen lässt. Je mehr Druck die Wellen durch die Bewegung aufbauen, umso kraftvoller und höher wird das Wasser in den Hohlraum gedrückt. Die Luft in diesen Kammern wird dermaßen zusammengepresst, dass sie sich Platz schaffen muss. Doch es gibt nur eine einzige Öffnung, sodass die Luft mit geballter Kraft diesen Weg nimmt. Hierbei pustet sie eine Turbinengeneratoreinheit an, die sich hinter der Öffnung befindet. Sobald nun die Meereswelle zurückgezogen wird, sinkt der Wasserpegel, sofort fehlt Luft in der Kammer und die gerade ausgeströmte Luft wird wieder eingesogen. Also nimmt sie den selben Weg, den sie gekommen ist: Über die Turbine in die Kammer. Die Turbine genießt den ständigen Luftstrom und treibt dadurch einen Generator an. Diesem wiederum wird die Strommenge irgendwann zu viel, daher gibt er sie an Transformatoren ab, um das Stromnetz zu speisen.

Wenn man neben dem Betonkoloss steht, ist durch den konstanten Luftstrom ein ständiges Fauchen zu hören, welches an einen wütenden Drachen erinnert. Das führte zu einem aussagekräftigem Spitznamen: Scottish Dragon

Wells-Turbinen lieben Luft

Eine Turbine zu bauen, die Luft in Strom verwandelt und dabei Wasser als Energiequelle benutzt, ist eine ausgeklügelte Idee, die auch noch hervorragend funktioniert. Da Luft ein viel geringere Dichte wie Wasser hat, kann die Luftturbine sehr hoch drehen und ist nicht reparaturanfällig. Bei der Wells- Turbine gibt es eine einmalige Besonderheit: sie ändert nicht die Drehrichtung, egal aus welcher Richtung die Luftströmung kommt. Alleine auf die Idee zu kommen, eine Turbine zu entwickeln, der es egal ist, aus welcher Richtung die Luft strömt, grenzt an einfallsreiche Genialität. Da kann man nur sagen; danke Herr Wells.

KURZ & KNAPP
  • Bei einem Wellenkraftwerk steigt und sinkt zur Stromgewinnung in einer Röhre der Wasserspiegel. Hier spricht man von einer oszillierenden Wassersäule. Der dabei entstehende Luftsog treibt eine Turbine an.
  • Wells-Turbinen werden eingesetzt, um die Luftströmung in Energie umzuwandeln.

Als Grundlage für die Funktion dienen symmetrische Turbinenschaufeln, die auf der Welle sitzen und durch die Luftströmung angetrieben werden. Eine symmetrische Form ist ein Spiegelbild in sich selbst, ein einprägsames Bild ist uns aus der Natur bekannt: würde man einen Schmetterling in der Mitte teilen, würde die linke Hälfte genauso aussehen, wie die rechte. Die Turbinenschaufeln der Wells- Turbine sind so konstruiert, dass die vordere Seite die selbe konvexe - also nach außen gewölbte - Form hat, wie die hintere. Dadurch es es völlig egal, aus welcher Richtung der Wind die Turbine antreibt, sie dreht sich immer in der selben Richtung.

Alleine der Luftdruck reicht nicht aus, um die Turbinen zum Laufen zu bekommen. Auch hier wurde beim Bau des Wellenkraftwerkes mit Kleverness entwickelt. Der Generator, welcher den Strom produziert, wird einfach zum Anwerfen der Turbine als Motor eingesetzt. Hier eine kleine Veranschaulichung zum besseren Verständnis.

Sobald es windig ist, laufen Kinder mit ihrem Windrad nach draußen, sie lieben es, wenn sich der Propeller dreht. Manchmal – wenn der Wind zu schwach ist – sind sie traurig, weil nichts passiert. Mama oder Papa sind nun die großen Helden, da sie das Windrad mit dem Finger andrehen und siehe da; es läuft. Der erste große Schwung des Fingers diente als Antriebskraft.

Die sogenannten Luftturbinen sind sehr widerstandsfähig, drehen nur in eine Richtung und es reicht ein kleiner Luftzug, um sie in Bewegung zu halten.

Seeschlangen erobern den Atlantik

Seeschlangen erzeugen Strom – was für ein abstraktes Bild! Und doch, beim Beobachten der portugiesischen Küste im Norden vor Povoa de Varzim, kann man das ein oder andere Objekt sichten. Bei deren Entwicklung müssen die Entwickler viel Spaß gehabt haben, ist die Seeschlange doch knallrot und sieht von weitem wie ein riesiges Seeungetüm aus. Da wurde dann auch prompt der Name Programm; Pelamis musste es sein, angelehnt an die griechische Sprache. Zu deutsch: Seeschlange.

 

Trickreich stellte man sich bei der Konstruktion der natürlichen Ressource Wasser. Wellen schlafen nie, 24 Stunden am Tag sind sie in Aktion. Welches Gerät wird diesen Anforderungen gerecht und kann ebenfalls ohne Pause im Wasser arbeiten? Beim Grübeln entstand die Idee, Bewegungen aus dem Tierreich zu adaptieren. Wer schon einmal eine Wasserschlange beobachtet hat weiß, dass diese Tiere scheinbar mühelos durch das Wasser gleiten. Sie passen sich einfach der Bewegung des Wassers an. Das war die Basis für ein Wellenkraftwerk im Meer. Systematisch wurde die Idee verfolgt und verfeinert. Vier Rohrsegmente aus Stahl sind über hydraulische Gelenke miteinander verbunden. So kann sich das wie eine Seeschlange aussehende Wellenkraftwerk den Wellenbewegungen des Wassers anpassen.

Die mit dem Wasser tanzt

Der besondere Clou besteht in der Stromerzeugung an sich. In der Nähe der Gelenke befinden sich Kolbenpumpen, welche bei jedem Einknicken der Seeschlange Hydrauliköl unter Druck setzen.

Über einen Generator wird die hydraulische in elektrische Energie umgewandelt und über ein Unterseekabel am Meeresboden auf eine Transformatorstation an Land gesendet. Bis zu 750 Kilowatt Strom kann so erzeugt werden.

Die Pelamis wird flexibel mit Trossen am Meeresboden befestigt, sodass sie bei starkem Seegang nicht das Weite suchen kann und sich schlangenartig frontal zu den heranrollenden Meereswellen bewegt. In der anfänglichen Entwicklungszeit gab es auch Rückschläge. So bekam die Seeschlange bei hohen Wellen massive Probleme. Doch das Entwicklerteam gab nicht auf. Wieder wurde getüftelt und probiert. Eine Wasserschlange macht erst gar nicht den Versuch, riesige Wellenberge zu erklimmen. Sie schließt ihre Nasenklappen und taucht ab.Das war der zündende Hinweis, nun ist die stählerne Pelamis in der Lage, durch zu steile Wellen einfach hindurch zu tauchen. Wie eine Schlange bohrt sie hierbei ihren „Kopf“ durch das Wasser, der restliche „Rumpf“ folgt.

Die Offshore-Anlage wird 5 bis 10 Kilometer vor der Küste installiert. Hier sind die Wellen drei bis sechs Meter hoch, das ist optimal für eine effektive Stromausbeute. Bis zu 80% der aufgenommenen Energie kann in Strom umgewandelt werden. Durch das ständige Auf und Ab der Stahlröhren wird das Material extrem belastet, die größte Gefahr bilden hier undichte Stellen, in welche Wasser eindringen kann. Hier griff man beim Tüfteln auf Altbewährtes zurück und setzte sich mit den Funktionsweisen von Rohrverbindern auseinander. Entstanden sind dabei hochflexible Luftfederbälge, die als Dichtungen zwischen den Hydraulikzylindern und den Stahlröhren dienen.

Eine Seeschlange kann bis zu 750 Kilowatt Strom erzeugen und eine Stromausbeute bis 80% erbringen.

 
FAZIT
 
 
KURZ & KNAPP
  • Eine Seeschlange ist ein Wellenkraftwerk, welches die Meereswellen nutzt, um Strom zu erzeugen
  • Hydraulische Zylinder treiben mit ihren Kolben Hydraulikgeneratoren an, der Strom wird über ein Unterseekabel an Transformatoren an Land weitergeleitet

Wasser löscht den Durst, macht vielen Urlaubern macht Freude und birgt eine enorme Energie, die in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. In der heutigen Zeit, wo Atomkraftwerke immer mehr auf dem Index stehen, sind erneuerbare Energiequellen aktueller und kostbarer den je.

Wasser ist in der Stromerzeugung ein hervorragender Rohstoff, der zusätzlich immer wieder verwertet werden kann. Als Sahnehäubchen in der Energiegewinnung mittels Wasserkraft kann mit Sicherheit die Nutzung der Meereswellen gesehen werden. Bergen diese doch von Natur aus schon dermaßen viel Kraft und Energie, dass sie ohne Probleme Felsen bersten lassen.

Wellenkraftwerke sind gerade ihren Kinderschuhen entschlüpft und arbeiten erstmals kommerziell. Hier darf mit Spannung der Ausbau und die Weiterentwicklung der futuristisch anmutenden Gebäude beobachtet werden.