Ein Gezeitenkraftwerk in Frankreich
Ebbe und Flut in der Rancemündung gebändigt
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Die Sonne blitzt durch die Wolken, und ihre wärmenden Strahlen berühren die Dünen. Emsig stößt der Wattwurm seinen penibel gefilterten Sand durch die Sandröhre nach draußen auf das Watt. Tausende von winzigen Schlickkrebsen lassen durch das Spreizen ihrer Antennen ein geheimnisvolles Knistern erklingen – es herrscht Ebbe an der Küste.

Doch plötzlich wird es hektisch im Watt, aus sämtlichen Verstecken lugt die Strandkrabbe hervor, um sich flink Richtung Meer zu bewegen. In der Seehundkolonie, die gerade noch verschlafen in der Sonne döste, herrscht lebhaftes Gewusel, hier scheint die Vorfreude auf das nahende Wasser besonders hoch zu sein. Als stiller Beobachter lässt man den Blick über das Meer streifen – war es nicht gerade noch viel weiter weg? Und tatsächlich, scheinbar sanft und gemütlich versteckt das Wasser nach und nach den gerade noch frei liegenden Wattboden – die Flut kommt.

Ebbe und Flut ist ein wirkliches Wunder, welches bis heute noch nicht hundertprozentig verstanden wird. Und doch sind viele Tierarten wie dafür gemacht, sich den Gegebenheiten ohne Probleme anzupassen. Der Mensch brauchte wesentlich länger, um den Nutzen der Gezeiten zu erkennen und die natürliche Energie für sich arbeiten zu lassen.

Erste Gehversuche mit Ebbe und Flut

Als die Wissenschaftler in Frankreich das Potential des Tidenhubs (Höhenunterschied zwischen Ebbe und Flut) erkannten, nutzten sie natürliche Ressourcen und bauten 1967 ein gewaltiges Gezeitenkraftwerk in der Rancemündung. Vorstellen muss man sich eine Staumauer, welche unter Wasser Öffnungen hat, in welchen Turbinen sitzen. Diese werden durch die Meeresströmung, die bei Ebbe und Flut entsteht, angetrieben. Sie sind mit starr gekuppelten Generatoren verbunden, welche den produzierten Strom über Transformatoren ins Hochspannungsnetz einspeisen.

Die Turbinen mussten in der Lage sein, trotz unterschiedlicher Strömungsrichtungen und Fallhöhen des Wassers, zuverlässig Strom zu produzieren. Das ist für eine Turbine eine echte Herausforderung, daher investierte das Forscherteam viel Zeit und Mühe in die richtige Turbinenwahl. Die Kaplan-Turbine gewann das Rennen. Solch eine Turbine sieht aus wie ein riesiger Schiffspropeller, nur dass die einzelnen Flügel verstellbar sind und so perfekt den wechselnden Wasserströmungen angepasst werden können.

Die Inbetriebnahme des Wasserwerkes war damals eine Sensation, das ZDF zeigte am 07.08.1967 eine eigene Sondersendung, in welcher vor Ort ein Moderator zugegen war. Mit Spannung wurde das Andrehen der Rotorblätter beobachtet denn es war kaum zu glauben, dass sich auf diese abwegige Art und Weise Strom erzeugen ließ. Doch es funktioniert bis auf den heutigen Tag, mehr als 600 GWh (Gigawattstunden) werden jährlich an Strom produziert. Rechnet man die Leistung bis auf den heutigen Tag (Ende 2011) hoch, kommt man auf die astronomische Summe von 26400 Gigawattstunden.

Das Kraftwerk in Frankreich tut nach wie vor seinen Dienst. Inzwischen werden diese klassischen Gezeitenkraftwerke jedoch so gut wie nicht mehr eingesetzt, da sie zum einen sehr teuer im Bau und in der Wartung sind und zum anderen die umgebende Tierwelt nachhaltig verändern. So hat sich bei dem französischen Gezeitenkraftwerk der Tidenhub von damals bis zu 14 Metern auf heute 7 – 8 Meter reduziert, da die Staumauer wie ein Trichter wirkt. Hierdurch lagern sich Sedimente und Schlamm ab. Durch die massiven Eingriffe in die Natur wanderten einige Salzwasserfische ab, Brackwasserarten siedelten sich gleichzeitig vermehrt an. Zusätzlich sind die Gezeiten in dieser Gegend verschoben, da die Staumauer die Fließgeschwindigkeit des Wassers ausbremst. Es kann durch die Turbinen nicht so schnell abfließen wie es möchte, daher herrscht hinter der Mauer noch länger Flut, wie im Meer, wo schon Ebbe ist. Umgekehrt funktioniert das Prinzip genauso. Die innere Uhr der Meeresbewohner läuft bei der Gezeitenverschiebung Sturm, jeder Tag bedeutet daher Stress. Empfindliche Tiere wandern aus solch einer Region ab und suchen sich ruhigere Gefilde.

FAZIT
KURZ & KNAPP
  • Ebbe und Flut sind wahre Energieträger
  • das erste kommerzielle Gezeitenkraftwerk wurde 1967 in Frankreich in Betrieb genommen
  • Umweltschäden sind gegebenklassische
  • Gezeitenkraftwerke sind sehr kostspielig und wartungsintensiv

Ebbe und Flut sind durch Erde und Mond eine kraftvolle Energiequelle zur Stromerzeugung, die nähere Beachtung verdient. Sehr experimentierfreudig machte man sich in früheren Zeiten ans Werk und versuchte, mit Gezeitenkraftwerken die Tidenunterschiede zu nutzen.

Es funktionierte tatsächlich, nur waren die Bau- und die Unterhaltungskosten sehr hoch, sodass das Kosten-Nutzenverhältnis zu gering war. Zusätzlich macht den Wissenschaftlern die Aggressivität des Salzwassers zu schaffen, welches auf Dauer die Mauern und die Metalle angreift.

Gezeiten unter Dampf

Ein Windkraftrad, welches mit seinen drehenden Rotoren Strom produziert, gehört inzwischen häufig zum Landschaftsbild. Sich diese riesigen Flügel unter Wasser vorzustellen, grenzt fast schon an Sciencefiction

Da sich mit der Zeit heraus stellte, dass ein Gezeitenkraftwerk einfach zu teuer und umweltschädigend ist, wäre das Thema fast zur Seite gelegt worden, wenn es da nicht einen genialen britischen Tüftler namens Peter Fraenkel geben würde. Getreu dem Motto: „geht nicht gibt es nicht“, tauchte er buchstäblich in das Thema Wasser ein und studierte erst einmal die physikalischen Gegebenheiten.

stark, stärker, Meeresströmung

Ingenieur Fraenkel nutzte Wissen, welches tierische Wattbewohner mit absoluter Selbstverständlichkeit beherrschen; Meeresströmungen, welche durch Ebbe und Flut in Gang gesetzt werden, kennen keine Flaute und sind daher sehr berechenbar. Zusätzlich ist Wasser 800 mal dichter wie Luft. Dieses Verhältnis Wasser zu Luft überließt man sehr schnell. In der Praxis bedeutet es jedoch, dass Wasser bei gleicher Geschwindigkeit wie Luft 800 mal mehr Energie aufweist. Daher braucht ein Wasserrad unter Wasser bei weitem nicht so schnell drehen, wie ein Windkraftrad, um die selbe Menge Strom zu erwirtschaften.

Ein Seagen in Nahaufnahme
Seagen; 400 Tonnen Stahl schaufeln Wasser
Bildnachweis: Siemens-Pressebild

Die Idee war geboren, nun ging es an die Umsetzung. Jahrelang tüftelte der Ingenieur an seinem Wasserrad. Den Anfang genommen hatte sein Erfindergeist übrigens im Süd-Sudan in den 1970iger Jahren. In seiner zupackenden und praktisch veranlagten Art wollte Fraenkel den Bauern am Nil helfen. Sie mussten die Pumpen, um die Felder zu bewässern mit mühsam importiertem Diesel betreiben. Fraenkels verrückte Idee:“ Warum nicht Windmühlen auf den Kopf drehen und ins Wasser legen?“ Jeder, der erst geschmunzelt hat, staunte zum Schluss; ein Prototyp wurde gebaut, der tatsächlich 2 – 3 KWh generierte und täglich zusätzlich 50 Kubikmeter Wasser pumpte. Nun konnte Fraenkel nichts mehr aufhalten, auch in viel größeren Dimensionen zu denken.

Ideenkarussell

Einige Ideen wurden verworfen, andere verbessert und ausgefeilt. Jede neue Erkenntnis wurde mit Tests untermauert; der Anspruch an sich selbst war sehr hoch, Scheitern kam nicht in Frage. Als Fraenkel sich nach Jahren absolut sicher war, ging es an die finanzielle Umsetzung; eine Hürde, die fast zu hoch war, da in Großbritannien erneuerbare Energien zu diesem Zeitpunkt nicht als wirklich förderungsfähig galten. Normalerweise wäre das Projekt spätestens jetzt zu Ende gewesen, jedoch konnte Fraenkel dank Förderern, Freunden und viel persönlichem Engagement das Vorhaben verwirklichen. Fraenkel stellte sich nun eine spannende Frage: „Wo wäre der beste Standpunkt für einen ersten Test im Meer?“

Je schneller die Meeresströmung unterwegs ist, umso effektiver ist letztlich die Stromgewinnung. Fraenkel machte es richtig und dachte sich: „alles oder nichts.“ Er entschied sich für den Test für die Meerenge von Strangford. Da die beiden Ufer nur 500 Meter entfernt liegen, handelt es sich um ein richtiges Nadelöhr, durch welche die Flut gedrückt wird. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers liegt bei über 16 Stundenkilometern. Jedes verliebte Pärchen, welches dabei an eine romantische Bootsfahrt zu zweit denkt, wird sich eher auf einer rasanten Speedbootfahrt wiederfinden. Der Rhein mit einer Fließgeschwindigkeit von ca. 5 kmh, eignet sich denn doch eher für Gemütlichkeit.

Ingenieur Fraenkel holte fantastische Spezialisten mit ins Boot, als es darum ging, sein Projekt namens Seagen am Meeresboden zu verankern. Da sämtliche Bauteile in XXXL gebaut wurden, war es eine Mammutaufgabe mit vielfältigen Herausforderungen. Allein auf den Schwerlastkatamaran, der in der Lage war, die Bauteile an Ort und Stelle zu transportieren, musste 3 Jahre gewartet werden. Der Katamaran wurde für die besondere Aufgabe akribisch modifiziert.

Technik, die begeistert

Das Gewicht der Stahlkonstruktion beträgt 400 Tonnen. In afrikanische Elefanten umgerechnet hätte man es mit einer Herde von ca. 100 Tieren zu tun, wobei keine Elefantenkuh auf Diät sein darf. Im Wasser bewegen sich 2 Rotoren mit einem Gesamtdurchmesser von 32 Metern und sie bringen zusammen ein Gewicht von 54 Tonnen auf die Waage. Wobei das mit der Waage nicht wörtlich zu nehmen ist. Die gigantische Länge des Querbalkens, um diese Rotoren zu tragen beträgt 29 Meter. Der legendäre VW-Käfer bringt es auf eine Länge von etwas mehr als 4 Metern, ganze 7 Stück könnten sich hintereinander aufreihen, um es auf 29 Meter zu schaffen.

Der Turm, auf welchem der Querbalken sitzt, ragt 40,7 Meter über Grund, die Höhe ist zu vergleichen mit einem mehrstöckigen Haus. Der Stahlkoloss bringt einen Durchmesser von 3 Metern mit. Zum Vergleich: Ein Traktorreifen schafft es durchschnittlich auf 1,4 Meter.

Die Rotoren produzieren eine elektrische Leistung von 600 kW, die Generatoren-Spitzenleistung liegt bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 Knoten bei 1,2 Megawatt. Die Rotorblätter passen sich Ebbe und Flut an, indem sie je nach Fließrichtung um 180 Grad kippen.

FAZIT
Zusammenfassung Technik
  • Gewicht der Stahlkonstruktion: 400 Tonnen
  • es gibt 2 Rotoren, jeder hat einen Durchmesser von 16 Metern
  • Gewicht jedes Rotors: 27 Tonnen
  • maximale elektrische Leistung eines Rotors: 600 kW
  • Länge des Querbalkens zum Tragen der Rotoren: 29 Meter
  • Höhe des Turms, der den Querbalken hält: 40,7 m über Grund
  • Durchmesser des Turms: 3 Meter
  • Generatoren-Spitzenleistung bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 Knoten: 1,2 MW (Megawatt)
  • Rotorenblätter nutzen Ebbe und Flut, indem sie je nach Fließrichtung um 180 Grad kippen

Seagen ist keine Vision mehr, sondern funktionierende Realität. Seit 2008 läuft die Anlage dermaßen gut, dass ein Projekt in Kyle Rhea - eine Meerenge zwischen der Isle of Skye und dem schottischen Festland - geplant ist. 8000 Haushalte sollten mit Strom versorgt werden, 2014 steht als Jahr im Raum.

Ingenieur Fraenkel hat es nicht nur geschafft, seine Vision von effizienter Stromgewinnung wahr werden zu lassen, sondern er hat auch die Natur berücksichtigt. So drehen die Rotorblätter nur 15 – 20 mal die Minute. Dadurch ist der Sog so gering, dass Meeresbewohner nicht in Mitleidenschaft gezogen werden.

Herr Fraenkel hat mit viel persönlichem Einsatz gearbeitet, dies mag nur möglich gewesen sein, weil er er mit Leib und Seele bei der Arbeit ist. So sagt er, dass er ein eingefleischter Erfinder sei. Fraenkel äußerte sich unlängst folgendermaßen:“ Ich bin der berühmte Esel, der hinter einer Karotte her läuft. Aber es ist eine sehr saftige Karotte.“