Gezeiten- und Wellenkraftwerke
Gezeiten- und Wellenkraftwerke
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<strong>Gezeiten</strong>- <strong>und</strong><br />
<strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
Hauptseminar: Physik im Alltag<br />
Ein Vortrag von Andrea Eckel<br />
08. 07. 2011
Gliederung<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit
• Mehr als 70%<br />
der Oberfläche<br />
der Erde sind<br />
vom Meer<br />
bedeckt<br />
• Schätzungsweise 1,8 Terawatt Energie könnte<br />
das Meer liefern, so viel wie 1800<br />
Kernkraftwerke
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
Um ein <strong>Gezeiten</strong>kraftwerk betreiben zu<br />
können ist ein durchschnittlicher Tidenhub von<br />
etwa drei bis fünf Metern notwendig<br />
• In Deutschland erreichen die <strong>Gezeiten</strong> weder an<br />
der Nord- geschweige denn an der Ostsee die<br />
erforderlichen Ausmaße<br />
• Perfekte Standorte finden sich beispielsweise<br />
am Weißen Meer im Norden Russlands, an der<br />
französischen Atlantikküste <strong>und</strong> am F<strong>und</strong>y-Bay<br />
in Kanada
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong>
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
1.2 Arten zur Nutzung der<br />
<strong>Gezeiten</strong>:<br />
1. <strong>Gezeiten</strong>kraftwerk:<br />
Ausnutzen des Tidenhubs<br />
2. <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerk:<br />
„Unterwasser-Windkraftanlage“
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerk
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
<strong>Gezeiten</strong>kraftwerk an der Rance-<br />
Mündung bei St. Malo (Bretagne)<br />
• 1966 erbaut<br />
• 750m lang<br />
• liefert jährlich r<strong>und</strong><br />
600 GWh an<br />
elektrischer Energie<br />
• Tidenhub: 12m<br />
(maximal 16m)<br />
• Wird auch als<br />
Pumpspeicherwerk<br />
eingesetzt
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömugs –<br />
kraftwerke<br />
Seaflow<br />
• Deutsch-britisches<br />
Pilotprojekt vor der<br />
Küste Großbritanniens<br />
• Inbetriebnahme 2003<br />
• 2008: Nachfolger<br />
Seagen vor der Küste<br />
Nordirlands<br />
(Leistung: 1,2 MW<br />
� Versorgung von gut<br />
1000 Haushalten)<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit
Prototyp<br />
von Voith-Hydro<br />
• Erbaut im Winter<br />
2009/2010<br />
• Maßstab 1:3<br />
• Standort: Südkorea<br />
� 2015: <strong>Gezeiten</strong>park mit Gesamtleistung von<br />
mehreren h<strong>und</strong>ert Megawatt<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
1.1 Entstehung der <strong>Gezeiten</strong><br />
1.2 Unterscheidung von<br />
1.2.1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerken<br />
1.2.2 <strong>Gezeiten</strong>strömungskraftwerken<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
• Meeresströmungskraftwerke haben mittlerweile<br />
den Status erreicht, den Windenergie in den<br />
1980er Jahren hatte<br />
• Die Entwickler müssen sich auf die Robustheit,<br />
Einfachheit <strong>und</strong> Umweltfre<strong>und</strong>lichkeit ihres<br />
Designs konzentrieren, um das Vertrauen<br />
potentieller Investoren zu wecken<br />
• Vorteil gegenüber Windkraftanlagen: Wasser hat<br />
800mal größere Energiedichte als Wind
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
• Durch den Wind angefachte Meereswellen, die<br />
in ihrer Bewegung nahezu ausschließlich durch<br />
die Schwerkraft beeinflusst werden<br />
• Bilden sich hauptsächlich über tiefem Wasser<br />
• Transportieren den überwiegenden Teil der<br />
Energie der Wasserbewegung im Meer<br />
• Ihre Form hängt von der Windgeschwindigkeit,<br />
der Winddauer <strong>und</strong> der Laufstrecke der Wellen<br />
seit ihrer Entstehung ab
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
2.2 Die Basistechnik zur Nutzung der<br />
Wellenenergie: der TAPCHAN<br />
• 1986 in<br />
Norwegen erbaut<br />
• 12 Jahre als<br />
Vorführobjekt für<br />
Interessenten<br />
betrieben
Wave Dragon<br />
(EU-Forschungsprojekt)<br />
Prototyp 2003 im<br />
dänischen Fjord<br />
Nissum Bredning<br />
57m lang, 261t schwer<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
2.3 Die heutige Standardtechnik:<br />
das OWC (= Oscillating Water Column)
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit
LIMPET<br />
(= Locally Installed Marine Power Energy Transformer )<br />
• Standort: Insel Islay in Schottland (seit Ende 2000)<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
• Erstes Felsküsten-OWC, das Haushalte mit Energie versorgt<br />
• Enttäuschende Leistungsdaten: 21kW anstatt geplanter 500kW<br />
• Betrieben von der schottischen Voith Siemens Tochter Wavegen
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
Problematik:<br />
• Installation in rauen Einsatzgebieten<br />
schwierig<br />
• Entwicklung von OWC-geeigneten<br />
Turbinen<br />
• Wellenenergie wächst mit dem Quadrat<br />
der Wellenhöhe<br />
• Güte des „Wellenstroms“
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
OWC-Leuchtbojen<br />
• Bereits vor 25 Jahren von<br />
einer japanischen Firma<br />
hergestellt<br />
• Autonome<br />
Energieversorgung:<br />
Vertikales Rohr übernimmt<br />
die Funktion der Kammer
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
• Archimedes Waveswing<br />
• Pelamis
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
Archimedes<br />
Waveswing<br />
• Außenzylinder<br />
bewegt sich<br />
gegenüber dem<br />
Mittelzylinder auf <strong>und</strong><br />
ab<br />
• Zur Stromerzeugung<br />
dienen<br />
Lineargeneratoren
Pelamis (Seeschlange)<br />
• hydraulische Zylinder<br />
nehmen die<br />
Ausweichbewegungen der<br />
Schlangen-Gelenke auf<br />
• Im Inneren der Zylinder<br />
sind Kolbenpumpen<br />
• Flüssigkeit treibt einen<br />
Hydraulikgenerator an, der<br />
elektrischen Strom erzeugt<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit<br />
• Bestehend aus<br />
Stahlrohrsegmenten, die über<br />
Gelenke gekoppelt sind<br />
• Unterseekabel verbindet das<br />
Kraftwerk mit dem Stromnetz
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit
Erster Prototyp 2004 vor<br />
der schottischen Küste:<br />
• 150m Länge<br />
• 3,5m Durchmesser<br />
• Gesamtleistung von 750kW<br />
� 2008: Großanlage vor<br />
der portugiesischen Küste<br />
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
2.1 Schwerewellen<br />
2.2 Basistechnik: TAPCHAN<br />
2.3 Heutige Standarttechnik: OWC<br />
2.4 Weitere Technologien<br />
3 Fazit
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
Baldige Kommerzialisierung?<br />
• Europäische Forschung ist Motor der<br />
weiteren Entwicklung<br />
• Japanische Energieversorger wollen den<br />
fluktuierenden Wellenenergiestrom nicht in<br />
ihr Netz einspeisen<br />
• Indien: Produktionskosten sollen auf dem<br />
Niveau der konventionellen<br />
Energieerzeugung liegen
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
Kostenfaktor?<br />
• Groben Abschätzungen zur Folge würde<br />
der Kilowattpreis bei 10cent liegen<br />
• Schwimmende Anlagen: Kosten sind<br />
stark dominiert von den Seekabeln, die für<br />
den Stromtransport benötigt werden
1 <strong>Gezeiten</strong>kraftwerke<br />
2 <strong>Wellenkraftwerke</strong><br />
3 Fazit<br />
Fazit<br />
Entscheidend für die europäische<br />
Energiepolitik wird sein, ob die Prototypen in<br />
den kommenden fünf bis zehn Jahren im<br />
Dauerbetrieb zuverlässig arbeiten.
Quellen:<br />
[1] Erneuerbare Energien, Eds. Thomas Bührke, Roland Wengenmayr, Wiley-Verlag<br />
GmbH & Co. KGaA, 2011.<br />
[2] www.scinexx.de<br />
[3] www.voithhydro.com<br />
[4] www.wikipedia.de<br />
[5] www.abenteuerwissen.zdf.de<br />
[6] www.planet-wissen.de<br />
[7] http://jordigirard.free.fr/vagues.html<br />
Einführende Literatur:<br />
[8] Christoph Buchal, Energie, Eds.: Forschungszentrum Jülich GmbH in der Helmholtz-<br />
Gemeinschaft, Deutsches Zentrum für Luft- <strong>und</strong> Raumfahrt e.V. in der Helmholtz-<br />
Gemeinschaft, Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft (2008).<br />
Finanzierung durch die Wilhelm- <strong>und</strong> Else Heraeus-Stiftung , Vertrieb: MIC GmbH,<br />
50674 Köln.<br />
[9] Christoph Buchal, Christian-Dietrich Schönwiese, Klima – Die Erde <strong>und</strong> ihre<br />
Atmosphäre im Wandel der Zeiten, Ed.: Wilhelm <strong>und</strong> Else Heraeus-Stiftung,<br />
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (2010), Vertrieb: MIC GmbH,<br />
50674 Köln.
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