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In Schottland entsteht zurzeit das grösste Gezeitenkraftwerk der Welt. Gleichzeitig investiert das Land in schwimmende Wellenturbinen. Dies sind wichtige Innovationsschritte in einem Bereich erneuerbarer Energien, in dem das vorhandene Energiepotential noch grösstenteils ungenutzt ist. Hauptsächlich, weil Kosten bisher zu hoch waren.
Gezeitenkraftwerke nutzen die kinetische Energie aus Wasserströmungen, die durch Ebbe und Flut entstehen. Beim Übergang zwischen den beiden Zuständen treibt das Wasser die Turbinen an, welche die Rotationsenergie über Generatoren in elektrische Energie umwandeln.
Das weltweit erste Gezeitenkraftwerk ist die Usine marémotrice de la Rance, welches seit 1967 240 MW in das französische Energienetz einfliessen lässt. Der Ingenieur Alber Caquot leitete den Bau des Kraftwerks in der Bretagne an der Mündung des Flusses Rance. Die Strömung des Flusses leistet aber nur einen kleinen Teil der Energieerzeugung des Kraftwerks. Entscheidend ist der Tidenhub (Pegelunterschied zwischen Flut und Ebbe) von 8 Metern, der pro Sekunde durchschnittlich 15’000 m3 durch das Kraftwerk fliessen lässt.
Rance veränderte das lokale Ökosystem allerdings zum eigenen Nachteil. Das Kraftwerk verhinderte den Abtransport von Sedimenten, verlandete dadurch die Mündung und liess den Tidenhub von den ursprünglichen 14 Metern auf 8 Meter sinken. Trotzdem blieb Rance 44 Jahre lang das grösste Gezeitenkraftwerk der Welt, bevor 2011 das koreanische Shiwa-ho seinen 254 MW-Rekord aufstellte. Dieses dürfte wiederum bald von MeyGen abgelöst werden, einem schottischen Gezeitenkraftwerk.
MeyGen – das weltweit grösste Gezeitenkraftwerk
Zwischen dem nordöstlichsten Punkt von Schottlands Festland und der Orkney Inselgruppe entsteht MeyGen. Das Gezeitenkraftwerk soll bei Vollendung bis zu 398 MW erzeugen, dank seiner idealen Lage im Pentland Firth. An diesem natürlichen Kanal erreichen die Meeresströmungen die höchsten Geschwindigkeiten in Grossbritannien. Zwischen dem atlantischen Ozean und der Nordsee fliessen täglich Millionen Tonnen Wasser, und diese sollen die Unterwasserturbinen von MeyGen antreiben.
MeyGen entwickelt das ursprüngliche Konzept eines Gezeitenkraftwerks radikal weiter. Anstatt sich mit dem Energiepotential von Ebbe und Flut an einer Bucht „onshore“ zu begnügen, nutzt es die Meeresströmung offshore dort, wo diese am schnellsten sind. Gezeiten spielen immer noch eine wesentliche Rolle. Aber Meeresströmungen entstehen auch aufgrund unterschiedlicher Salzgehalte, Temperaturunterschieden und Windreibung. Atlantis Resources, die Herstellerin der Turbinen für MeyGen, nennt das Kraftwerk in Abgrenzung zum herkömmlichen ‚Tidal Power‘ entsprechend „Tidal Stream Project“.
Offshore anstatt Onshore
Atlantis Resources installiert die Turbinen offshore und unter Wasser. Dies dämmt die Auswirkungen auf Buchten ein und auch die Lärmbelastung durch die Turbinen bleibt klein. Ökologische Hauptbedenken sind Kollisionen zwischen Turbinen und lokalen Seehundpopulationen. Solche gab es zwar bisher keine, auch wenn dieses Risiko beim grossflächigen Ausbau der Anlage steigen dürfte.
Die ersten Turbinen für MeyGen wurden bereits 2016 installiert, und der vollständige Ausbau auf 398 MW soll über die nächste Dekade erfolgen. Um so viel Energie überhaupt verwerten zu können, lässt das Konsortium parallel die Netz-Infrastruktur ausbauen. Verantwortlich dafür ist die Schweizerische ABB. Sie baut an Land die Energieumwandlungs- und Netzverbindungssysteme aus, damit die neu gewonnene Energie sicher in das lokale Verteilungsnetz geleitet werden kann.
Die potentiellen Vorteile von Offshore-Gezeitenkraftwerken gegenüber der Onshore-Variante sind derart vielversprechend, dass inzwischen auch schwimmende, mobile Gezeitenkraftwerke entwickelt werden.
Scotrenewables: Schwimmende Gezeitenturbinen
Die erste schwimmende Grossturbine stammt ebenfalls aus Schottland. 2011 entwickelte die Firma Scotrenewables SR250, eine schwimmende Plattform mit einer ein- und ausfahrbaren Turbine. Ziel war eine Gezeitenturbine herzustellen, die billig zu fabrizieren und einfach zu installieren ist. Seine Mobilität soll erlauben die Turbine dort zu platzieren, wo die Meeresströmung am stärksten ist. Ein kilometerlanges Unterwasserkabel verbindet das Gezeitenkraftwerk mit dem lokalen Netz.
Die erfolgreichen Testläufe mit dem SR250-Prototyp führten zur ersten kommerziellen und auch grössten schwimmenden Gezeitenturbine: SR2000. Seit ihrer Installation beim Europäischen Marinezentrum in Orkney hat sie sich als stärkste Gezeitenturbine der Welt erwiesen. 2017 konnte sie innerhalb von 24 Stunden 18 MWh generieren – mehr als eine durchschnittliche Offshore Windturbine.
Auch den Winter 2018 hat SR2000 trotz sieben Meter hohen Wellen nicht nur überstanden, sondern auch für die Energieproduktion nutzen können. Die schweren Nordatlantischen Stürme über den Orkney Islands generierten starke Ströme und zeigten, dass SR2000 auch unter harschen Konditionen seinen Betrieb mehrheitlich aufrechterhalten konnte.
Mobile schwimmende Gezeitenturbinen
Die schwimmenden Gezeitenkraftwerke bringen auch Nachteile gegenüber der fest verankerten Variante unter Wasser. An der Wasseroberfläche beeinträchtigen sie potentiell den Schiffsverkehr und sind anfällig gegenüber schwimmenden Bruchstücken.
Vorteilhaft sind dafür ihre einfache Installation und Wartung. Durch regelmässiges Verschieben ihrer Position könnte auch verhindert werden, dass immer dieselbe Umgebung ihre ökologischen Auswirkungen zu spüren bekommt. Diese Flexibilität passt auch in das Konzept eines dezentralen Smart Grids. Küstennahe Industrien könnten ihren Energiebedarf mit eigenen Gezeitenkraftwerken abdecken oder diese bei Bedarf mieten.
Die Kraft der Gezeiten besser nutzen
Sowohl die fest installierte MeyGen als auch die mobile SR2000 nutzen die Strömungen des Pentland Firth, einer der besten Orte der Welt für Gezeitenkraftwerke. Hier alleine könnte mehr als die Hälfte des schottischen Energieverbrauchs abgedeckt werden.
Global könnten Gezeitenkraftwerke gemäss dem World Energy Council mindestens 120 GW erzeugen. Heute sind es erst 0.5 GW. In dieses gigantische Potential will die schottische National-Investment Bank eintauchen, indem sie verstärkt in Gezeitenkraftwerktechnologie investiert. Dies ist der einzig gangbare Weg. Haupthindernis für die Entwicklung des Gezeitenkraftwerksektors waren bis jetzt die hohen Initialkosten. Um diese zu senken braucht es technologische Innovation, und diese entsteht nur durch mutige Anfangsinvestitionen.