Unsere Ozeane stecken voller Energie, doch in der Praxis bremsen sich Wellenkraftwerke bislang oft gegenseitig aus. Ein internationales Forscherteam hat nun eine vergleichsweise einfache Lösung gefunden, mit der die Energieausbeute auf bis zu 98 Prozent klettert. Der Ansatz könnte aus Meereswellen eine verlässliche Säule der Energiewende machen.
Forschern der Universitäten Augsburg, Adelaide und Melbourne ist ein wichtiger Schritt bei der Erschließung von Ozeanenergie gelungen. In durchgeführten Simulationen demonstrierten sie das Potenzial moderner Wellenkraftwerke. Das Prinzip dahinter nutzt die Auf-und-Ab-Bewegungen unserer Weltmeere, die auf eine im Meeresboden verankerte Boje übertragen werden. Diese wandelt die kinetische Energie dann in elektrischen Strom um. Eine einzelne Boje von der Größe eines kleinen Hauses soll bereits mehrere hundert Haushalte versorgen können.
Doch in der Praxis bremsen sich die Anlagen bisher gegenseitig aus. Wenn Wellen eine Farm aus Bojen durchqueren, verändern sich die Strömungen durch Abschattungs- und Streueffekte teils massiv. Das hat zur Folge, dass an jedem Standort der Anlage völlig unterschiedliche Bedingungen herrschen. Ohne gezielte Abstimmung nehmen die vorderen Bojen den dahinterliegenden schlicht die Kraft weg.
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Das Schaukel-Prinzip: Feintuning für jede einzelne Boje
Die Lösung der Wissenschaftler liegt im gezielten Anpassen einzelner Parameter. Jede Boje benötigt dafür ihre eigene Resonanzfrequenz. Dabei handelt es sich um den exakten Rhythmus, in dem sie auf die Ankunft der Wellen reagiert. Vergleichbar ist das mit einer Schaukel. Denn nur, wenn eine Person im richtigen Moment Schwung holt, kann sie höher schaukeln. Die Forscher sind überzeugt, dass die individuelle Anpassung der Resonanzfrequenz und der Schwergängigkeit des Generators für jede Boje die Energieausbeute des gesamten Parks deutlich erhöhen kann.
Und das soll mit einer besonders hohen Effizienz funktionieren. In den Modellen fängt die vordere Reihe kurze Wellen ab. Die Mitte verarbeitet mittlere Wellenlängen und die hinteren Bojen nutzen die langwelligen Reste. Die Wellen flachen also stufenweise ab, bis am Ende nur ein sanftes Schaukeln der Wasseroberfläche übrigbleibt. In Simulationsmodellen mit zehn Bojenreihen nutzten die Anlagen so bis zu 98 Prozent der ankommenden Wellenenergie. Für eine praxisnahe und kompakte Farm sollen bereits 60 Bojen in sechs Reihen ausreichen.
Selbst wenn die Wellen schräg auf den Park treffen, liegt laut den Forschern die durchschnittliche Energieabsorption noch bei über 90 Prozent. Denn die Strategie deckt schwankende Wellenrichtungen und unterschiedliche Frequenzen problemlos ab.
Keine Dunkelflaute: Dauerstrom durch die Wellenkraftwerke
Wellenkraftwerke bergen einen entscheidenden Vorteil. Sie liefern im Gegensatz zu Solar- und Windenergie mehr oder weniger rund um die Uhr verlässlich Energie. Es existiert keine Dunkelflaute. Zudem werden typische Anlagen aus 50 bis 100 Bojen im Schachbrettmuster angeordnet. Das bündelt die Infrastruktur und senkt die Kosten für den Stromtransport zum Festland.
Höhere Erträge lassen sich somit allein durch ein intelligentes Feintuning der Steuerungsparameter erzielen. Eine bauliche Umrüstung ist nicht notwendig. Dennoch bleibt der Weg in die Praxis offen. Denn die Anschaffung und Installation der massiven Meeres-Hardware erfordert hohe Investitionen. Zudem müssen sich die Ozean-Generatoren im harten wirtschaftlichen Wettbewerb gegen bereits etablierte Wind- und Solarparks behaupten. Doch die Simulationen belegen, dass mit der richtigen Software Meeresenergie vom Hoffnungsträger zur verlässlichen Säule der Energiewende werden kann.
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