Neue Technik bändigt Wellen und Gezeiten in Meeresenergieanlagen 1

Noch vor zwanzig Jahren wurden die Anhänger der Windenergie als Träumer belächelt – heute liefern zehntausende Windenergieanlagen weltweit immer mehr Strom. Jetzt steht eine weitere erneuerbare Energie mit genau den gleichen Erfolgsaussichten in den Startlöchern. Weltweit arbeiten Forscher und Unternehmen an Meeres­energieanlagen.

Ozeane bedecken zwei Drittel unseres Planeten. Meeresströmungen, Gezeiten und Wellengang halten das Meereswasser ständig in Bewegung. Aus Bewegung lässt sich Strom erzeugen. Wissenschaftler und Ingenieure sind sich einig, dass schon mit den heute entwickelten Ansätzen Meeresenergieanlagen in 20 Jahren weltweit so viel elektrische Leistung wie 100 Kernkraftwerke liefern können.

Insgesamt könnte die Meeresenergie ein Drittel des heutigen Weltstrombedarfs liefern. Besonders wichtig: Ein großer Teil der Menschheit und damit der Stromverbraucher lebt in direkter Küstennähe. Kurze Wege bedeuten weniger Energieverluste beim Transport.

Die Meeresenergie hat einen weiteren, wichtigen Vorteil gegenüber Wind- und Sonnenenergie: Das Meer bewegt sich immer, auch bei Windstille und in der Nacht. Kraftwerksbetreiber können die Leistung zuverlässig einplanen und durchgängig CO2-emissionsfrei Strom produzieren.

Allerdings steckt die Anlagentechnik noch in den Kinderschuhen – ähnlich wie die der Windenergie vor 20 Jahren. Die Meeresumgebung stellt ganz eigene Anforderungen an die Technik: Salzwasser greift nahezu alle Werkstoffe an. Stürme erzeugen gewaltige Energien. Die Wartung und Reparatur von Unterwasseranlagen ist extrem schwierig und aufwendig. Auf der anderen Seite sind die Umgebungsbedingungen unter Wasser gleichmäßiger als über der Meeresoberfläche mit ihren jahreszeitlichen Temperaturschwankungen, Vereisungen oder Blitzschlag.

Gleiches Prinzip – andere Technik

Unter den zahlreichen Ideen zur Nutzung der Meeresenergie kristallisieren sich aktuell zwei besonders Erfolg versprechende Ansätze heraus: Strömung und Wellengang. Strömungskraftwerke arbeiten im Prinzip genauso wie Windenergieanlagen. Die Strömung treibt Rotoren an, die über einen Generator Strom erzeugen. Aber genau so, wie sich der Propellerantrieb eines Flugzeugs vom Schiffsantrieb eines Hochseefrachters unterscheidet, benötigen Meeresenergieanlagen eigene technische Lösungen.

Seit 2007 arbeiten Rexroth-Spezialisten im Anwendungszentrum Meeresenergie an genau solchen neuen Antriebslösungen. „Dabei greifen wir auf das Know-how und die Produkte von ganz Rexroth zu“, betont Nik Scharmann, der die Aktivitäten zentral koordiniert. „Wir sind heute bei zahlreichen internationalen Projekten an Bord, allerdings legen die Kunden höchsten Wert auf Vertraulichkeit.“

Möglichst wenig Bauteile unter Wasser

Obwohl Meeresströmungen wesentlich langsamer fließen als Windbewegungen, reichen unter Wasser deutlich kleinere Rotoren als bei Windturbinen aus, um kraftvolle Drehbewegungen zu erzeugen. Die entscheidende Herausforderung ist die Umwandlung dieser Drehbewegung in elektrische Energie. Wie bei Windturbinen bietet Bosch Rexroth auch hier mechanische Getriebe. Aber darüber hinaus gibt es ganz andere Ansätze für die Energieumwandlung, den hydraulischen „Power Take off“.

Dabei treibt der Rotor eine hydraulische Pumpe an. Diese Pumpe fördert das Hydrauliköl zu einem weiteren hydraulischen Verstellmotor, der direkt den Generator für die Stromerzeugung antreibt. Der besondere Charme dieser Lösung: Nur die Hydropumpe arbeitet unter Wasser und versorgt über dünne Leitungen das eigentliche Aggregat über Wasser.

Das vereinfacht die Wartung entscheidend und verbessert die Zuverlässigkeit enorm. Gleichzeitig dämpft der stufenlos verstellbare Hydraulikmotor plötzliche Energiespitzen bei Sturm, die Getriebe extrem belasten würden. Außerdem arbeitet das hydraulische System in beide Drehrichtungen gleichermaßen, was gerade bei Gezeitenkraftwerken ein entscheidender Vorteil ist.

Wellenenergie kann tausendfache Stärke erreichen

Der zweite Ansatz nutzt das Auf und Ab der Wellen. Wie bei einem Automotor muss eine technische Lösung diese lineare Bewegung in eine Drehbewegung umsetzen. Das Meer stellt hier besonders hohe Hürden auf, denn je nach Wellengang schwankt die Energie zwischen ruhiger See und Orkan um das Tausendfache: Das ist so, als ob ein Auto den Geschwindigkeitsbereich von Schritttempo bis 1000 Stundenkilometer abdecken müsste.

Mechanische Getriebe können diese Spannen nicht beherrschen. Auch hier bietet die Hydraulik eine passende Lösung: Mit dem Auf und Ab der Wellen pumpen Hydraulikzylinder wie eine Luftpumpe Hydrauliköl. Damit entsteht Druck, der wie bei Strömungskraftwerken einen verstellbaren Hydromotor antreibt. Der Verstellmechanismus gleicht die extremen Schwankungen der Wellenenergie aus.

In Testanlagen überprüfen Anlagenhersteller diese Lösungen aktuell auf ihre Alltagstauglichkeit. „Die Zukunft der Meeresenergie entscheidet sich über die Kosten für die Stromerzeugung“, betont Nik Scharmann. Neben den eigentlichen Baukosten zählt vor allem die Zuverlässigkeit und einfache Wartung der gesamten Anlage.

Außerdem beherrscht das Unternehmen als Ausrüster von Schiffen und Hafenanlagen die Herausforderungen maritimer Umgebungen. „Wir haben den Vorteil, dass wir die Erfahrungen aus Off-Shore-Windparks und Ölförderung auf hoher See übertragen und damit noch schneller als seinerzeit bei den Windenergieanlagen die Anforderungen in technische Lösungen umsetzen können“, bekräftigt Nik Scharmann.

Anders als bei der Windenergie in den 80er Jahren hält heute niemand die Entwickler von Meeresenergieanlagen für Träumer. „Der Markt für Meeresenergieanlagen wird sich genauso entwickeln, und in den nächsten Jahrzehnten werden weltweit viele tausend Meeresenergieanlagen errichtet werden“, ist sich Scharmann sicher.

Wie bei der Windenergie investiert Bosch Rexroth darum auch schon in dieser frühen Phase stark in die Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen. Der Erfolg in der Windenergie ist dabei das Vorbild: Vom Ausrüster der ersten Prototypen ist Bosch Rexroth mit der Branche zum weltweit größten unabhängigen Zulieferer für Getriebe und Antriebslösungen gewachsen.

www.boschrexroth.de