WELLENENERGIE: GESCHICHTE, WIE ES FUNKTIONIERT, VOR- UND NACHTEILE - UMGEBUNG - 2025

Die Wellenenergie oder Wellenkraft ist die mechanische Energie, die von der Welle erzeugt und in elektrische Energie umgewandelt wird. Es ist die kinetische Energie des Wassers, die durch die Energie des Windes in seiner Reibung mit der Oberfläche von Gewässern erzeugt wird.

Diese kinetische Energie wird von Turbinen in elektrische Energie umgewandelt und ist eine erneuerbare und saubere Energie. Die Geschichte der Nutzung dieser Energie reicht bis ins 19. Jahrhundert zurück, aber am Ende des 20. Jahrhunderts beginnt sie zu boomen.

Kraft der Wellen. Quelle: Mostafameraji

Heute wird eine große Anzahl von Systemen vorgeschlagen, um die Formen der Wellenenergie zu nutzen. Dazu gehören Wellenschwingungen, Wellenschocks oder Druckschwankungen unter der Welle.

Das allgemeine Prinzip dieser Systeme ist ähnlich und besteht darin, Geräte zu entwerfen, die die kinetische Energie der Wellen in mechanische Energie und dann in elektrische Energie umwandeln. Das Design und die Implementierung sind jedoch sehr variabel und können an der Küste oder vor der Küste installiert werden.

Die Ausrüstung kann untergetaucht, halb untergetaucht, schwimmend oder an der Küste gebaut sein. Es gibt Systeme wie Pelamis, bei denen die Aufwärtsbewegung der Wellen Hydrauliksysteme durch Schub aktiviert, die an elektrische Generatoren gekoppelte Motoren aktivieren.

Andere nutzen die Kraft der Wellen beim Brechen an der Küste, indem sie entweder Hydraulikkolben oder Luftsäulen drücken, die Turbinen bewegen (Beispiel: OWC-System, Oszillierende Wassersäule).

Bei anderen Konstruktionen wird die Kraft der Welle verwendet, wenn sie am Ufer bricht, um sie zu kanalisieren und Reservoire zu füllen. Anschließend wird die potentielle Energie des gespeicherten Wassers verwendet, um Turbinen durch die Schwerkraft zu bewegen und elektrische Energie zu erzeugen.

Wellenenergie hat zweifellos Vorteile, da sie erneuerbar, sauber, kostenlos und umweltfreundlich ist. Es gibt jedoch einige Nachteile, die mit den Umgebungsbedingungen, unter denen das Gerät arbeitet, und den Eigenschaften der Wellen verbunden sind.

Die Bedingungen der Meeresumwelt setzen die Strukturen der Korrosion durch Salpeter, der Einwirkung der Meeresfauna, hoher Sonneneinstrahlung, Wind und Stürmen aus. Daher können die Arbeitsbedingungen je nach Systemtyp schwierig sein, insbesondere bei untergetauchten oder verankerten Offshore-Systemen.

Ebenso ist die Wartung insbesondere in Offshore-Systemen kostspielig, da die Anker regelmäßig überprüft werden müssen. Andererseits können sie sich je nach System und Gebiet negativ auf Boots-, Fischerei- und Freizeitaktivitäten auswirken.

Geschichte

Es hat seine Vorgeschichte im 19. Jahrhundert, als der Spanier José Barrufet das patentierte, was er "Marmotor" nannte. Diese Maschine erzeugte Elektrizität aus der vertikalen Schwingung der Wellen und wurde erst in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts kommerzialisiert.

Barrufets Apparat bestand aus einer Reihe von Bojen, die mit den Wellen auf und ab schwangen und einen elektrischen Generator antrieben. Das System war nicht sehr effizient, konnte aber laut Erfinder 0,36 kW erzeugen.

Heute gibt es mehr als 600 Patente, um die Kraft der Wellen zur Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen. Diese können mit Hilfe der Kraft wirken, die durch die vertikale Schwingung oder durch den Aufprall der Welle auf die Küste erzeugt wird.

Wie funktioniert Wellenenergie?

Pelamis-Konverter in Peniche, Portugal. Quelle: Dipl.-Ing. Guido Grassow

Der Betrieb von Wellenkraftsystemen hängt von der Bewegung ab, die Sie von den Wellen nutzen möchten. An Land gibt es schwimmende oder verankerte Systeme, die die vertikale Schwingung des Wassers nutzen, während andere die Kraft des Wellenschlags an der Küste erfassen.

Ebenso gibt es solche, die die Druckänderung unter der Oberfläche der Welle nutzen. In einigen Fällen ermöglicht die kinetische Energie der Wellen die Speicherung des Meerwassers und die Nutzung seiner potentiellen Energie (Schwerkraftabfall) zur Aktivierung elektrischer Turbinen.

In anderen Systemen erzeugt die mechanische Energie der Wellen Bewegungen von Hydraulikkolben oder Luftmassen, die Hydraulikmotoren oder Turbinen aktivieren, um Elektrizität zu erzeugen.

- Schwimmende oder verankerte Systeme an Land

Diese Systeme können halb untergetaucht oder untergetaucht sein und die durch Onshore-Wellen verursachte oszillierende Bewegung nutzen. Einige Systeme nutzen die Kraft der Oberflächenquellung und andere die tiefe Bewegung.

Oberflächenquellung

Es gibt Systeme von Gelenksegmenten wie die Pelamis oder "Seeschlange", in denen die Wellen Gelenkmodule bewegen, die hydraulische Motorsysteme aktivieren, die mit elektrischen Generatoren gekoppelt sind.

Eine andere Alternative ist die Salter-Ente, bei der an einer Achse befestigte Bojen eine Nickbewegung mit den Wellen ausführen und auch Hydraulikmotoren aktivieren. Andererseits gibt es eine ganze Reihe von Vorschlägen, die auf Bojen basieren, deren Schwingung auch Hydrauliksysteme aktiviert.

Tief schaukelnde Bewegung

Der archimedische Wellenoszillator besteht aus zwei Zylindern, die in Reihe auf einer am Meeresboden verankerten Struktur montiert sind. Der obere Zylinder hat Seitenmagnete und bewegt sich mit dem Druck der Welle vertikal nach unten.

Wenn der Zylinder herunterfährt, drückt er auf den unteren Zylinder, der Luft enthält, und wenn der Druck der Welle nachgibt, treibt der Luftdruck das System nach oben. Durch die oszillierende Bewegung in vertikaler Richtung des magnetisierten Zylinders kann mittels einer Spule Elektrizität erzeugt werden.

Wellendrache

Es besteht aus einer schwimmenden Plattform, die mit Rippen am Boden befestigt ist, damit sie das von den Wellen bewegte Wasser aufnehmen kann, wodurch die Struktur überflutet wird. Das Wasser sammelt sich an und wird dann durch eine zentrale Säule durch eine Turbine zirkuliert.

- Küstensysteme

Diese Systeme sind an der Küste installiert und nutzen die Energie, die durch das Brechen von Wellen erzeugt wird. Die Einschränkung dieser Systeme besteht darin, dass sie nur an Küsten mit starken Wellen arbeiten.

Ein Beispiel ist das vom baskischen Ingenieur Iñaki Valle entworfene System, das aus einer Plattform besteht, die mit einem Magneten auf Schienen an der abfallenden Küste verankert ist. Die Welle drückt den Magneten nach oben, sie sinkt durch die Schwerkraft ab und die Bewegung induziert eine Spule, um Elektrizität zu erzeugen.

System

Es besteht aus einem System von Platten, die mit dem Auf und Ab der Wellen hin und her schwingen, und diese Bewegung aktiviert mittels einer Kolbenpumpe die elektrische Turbine.

System von

In diesem Fall handelt es sich um an der Küste verankerte Schwimmplatten, die die Kraft des Wellenbrechens aufnehmen und ein Hydrauliksystem aktivieren. Der Hydraulikmotor wiederum treibt eine Turbine an, die Strom erzeugt.

CETO-System

Es besteht aus einer Reihe von untergetauchten Bojen, die am Meeresboden verankert sind und deren Schwingung Hydraulikpumpen aktiviert, die Meerwasser an die Küste befördern. Das gepumpte Wasser aktiviert eine Turbine zur Stromerzeugung.

Systeme, die potenzielle Energie nutzen

Es gibt eine Reihe von Systemen, die Meerwasser in Tanks speichern und dann durch die Schwerkraft Kaplan-Turbinen aktivieren und Strom erzeugen können. Das Wasser erreicht die von der Welle selbst angetriebenen Tanks wie beim TAPCHAN-System (Tapered Channel Wave Power System) oder beim SSG Wave Energy (Sea-Wave Slot-Cone Generator).

Wasser-Luft-Säulensysteme

In anderen Fällen wird die Kraft des von den Wellen angetriebenen Wassers verwendet, um eine Luftsäule zu bewegen, die beim Durchgang durch eine Turbine Elektrizität erzeugt.

Beispielsweise tritt im OWC-System (Oscillating Water Column) das Wasser im Wellenstrom durch einen Kanal ein und treibt die Innenluft an. Die Luftsäule steigt durch einen Schornstein auf und geht durch die Turbine nach draußen.

Wenn sich das Wasser in der Ebbe der Wellen zurückzieht, tritt die Luft wieder in den Schornstein ein und bewegt die Turbine wieder. Dies hat ein Design, das es in beiden Flüssen in die gleiche Richtung bewegen lässt.

Ein anderes ähnliches System ist das ORECON, bei dem die Schwingung des Wassers in der Kammer einen Schwimmer antreibt, der wiederum die Luft drückt, um durch die Turbine zu strömen. Dieses System arbeitet gleichermaßen, indem Luft in beide Richtungen bewegt wird.

Vorteil

Wellenfarm. Quelle: P123

Erneuerbare Energie

Es ist eine Energie aus einer praktisch unerschöpflichen natürlichen Quelle wie Meereswellen.

Die Energiequelle ist frei

Die Quelle der Wellenenergie sind Meereswellen, über die kein wirtschaftliches Eigentum ausgeübt wird.

Saubere Energie

Wellenenergie erzeugt keinen Abfall und die bisher für ihre Verwendung vorgeschlagenen Systeme erzeugen dabei auch keinen relevanten Abfall.

Geringe Umweltbelastung

Jede Störung der aquatischen oder küstennahen Umwelt führt zu einigen Umweltauswirkungen, die meisten vorgeschlagenen Systeme sind jedoch nur geringe Auswirkungen.

Assoziation mit anderen produktiven Zwecken

Einige Wellenkraftsysteme ermöglichen die Gewinnung von Meerwasser zur Durchführung von Entsalzungsprozessen und zur Gewinnung von Trinkwasser oder zur Erzeugung von Wasserstoff.

Zum Beispiel diejenigen, deren Betrieb das Sammeln und Speichern von Meerwasser an der Küste umfasst, wie die TAPCHAN und die SSG Wave Energy.

Nachteile

Die meisten Nachteile sind nicht absolut, sondern hängen von dem spezifischen Wellensystem ab, das wir bewerten.

Wellenkraft und Regelmäßigkeit

Die Geschwindigkeit der Energieerzeugung hängt vom zufälligen Verhalten der Wellen in Bezug auf Regelmäßigkeit und Stärke ab. Daher sind die Bereiche, in denen die Nutzung dieser Energie effektiv sein kann, begrenzt.

Die Amplitude und Richtung der Welle ist tendenziell unregelmäßig, so dass die ankommende Leistung zufällig ist. Dies macht es für die Vorrichtung schwierig, die maximale Leistung über den gesamten Frequenzbereich zu erzielen, und die Energieumwandlungseffizienz ist nicht hoch.

Instandhaltung

Die Instandhaltung der beteiligten Strukturen ist angesichts der korrosiven Wirkung des Meeressalpeters und der Auswirkungen der Wellen selbst mit gewissen Schwierigkeiten und Kosten verbunden. Bei Offshore- und Unterwasseranlagen erhöhen sich die Wartungskosten durch Zugangsschwierigkeiten und die Notwendigkeit einer regelmäßigen Überwachung.

Klima- und Umweltbedingungen im Allgemeinen

Die Strukturen zur Erfassung und Umwandlung von Wellenenergie in elektrische Energie sind extremen Bedingungen in der Meeresumwelt ausgesetzt. Dazu gehören unter anderem Feuchtigkeit, Salpeter, Winde, Regen, Stürme und Hurrikane.

Stürme bedeuten, dass das Gerät Belastungen standhalten muss, die 100-mal höher sind als der Nennwert, was zu Schäden oder Gesamtschäden an der Ausrüstung führen kann.

Meereslebewesen

Meereslebewesen sind auch ein Faktor, der die Funktionalität von Geräten wie Großtieren (Haie, Wale) beeinträchtigen kann. Andererseits haften Muscheln und Algen an der Oberfläche des Geräts und verursachen eine erhebliche Verschlechterung.

Erstinvestition

Die anfänglichen wirtschaftlichen Investitionen sind aufgrund der erforderlichen Ausrüstung und der Schwierigkeiten bei der Installation hoch. Die Ausrüstung benötigt spezielle Materialien und Beschichtungen, hermetische und Verankerungssysteme.

Auswirkungen auf anthropische Aktivitäten

Abhängig von der Art des verwendeten Systems können diese die Navigation, das Angeln und die Touristenattraktion in der Region beeinflussen.

Länder, die Wellenenergie nutzen

Motrico Wellenkraftwerk (Spanien). Quelle: Txo

Spanien

Obwohl das Potenzial des Mittelmeers in Bezug auf die Wellenenergie gering ist, ist es im Kantabrischen Meer und im Atlantik sehr hoch. In der baskischen Stadt Mutriku wurde 2011 ein Kraftwerk mit 16 Turbinen (300 kW Leistung) gebaut.

In Santoña (Kantabrien) gibt es ein weiteres Wellenkraftwerk, das 10 untergetauchte Bojen verwendet, um die vertikale Schwingungsenergie der Wellen zu nutzen und Elektrizität zu erzeugen. Auf den Kanarischen Inseln gibt es mehrere Projekte, um die Wellenenergie aufgrund der günstigen Bedingungen an ihren Küsten zu steigern.

Portugal

Im Jahr 2008 installierte das Unternehmen Ocean Power Delivery (OPD) drei Pelamis P-750-Maschinen 5 km vor der portugiesischen Küste. Diese befinden sich in der Nähe von Póvoa de Varim mit einer installierten Leistung von 2,25 MW.

Schottland (UK)

Die OWC-Technologie wird auf der Insel Orkney eingesetzt, wo seit 2000 ein System namens LIMPET installiert ist. Dieses System hat eine maximale Produktion von 500 KW.

Dänemark

Im Jahr 2004 wurde in Dänemark ein Pilotprojekt vom Typ Wave Dragon installiert, dessen Abmessungen 58 x 33 m betragen und dessen maximale Leistung 20 kW beträgt.

Norwegen

Die Installation einer Anlage für das SSG Wave Energy-System in Svaaheia (Norwegen) ist im Gange.

UNS

Im Jahr 2002 wurde in New Jersey ein Pilotprojekt für ein Power Buoy-Gerät mit einer Offshore-Boje mit 5 m Durchmesser, 14 m Länge und einer maximalen Leistung von 50 kW installiert.

In Oregon wurde im Hafen von Garibaldi eine SSG Wave Energy-Pilotanlage installiert. Ebenso fördern sie in Hawaii erneuerbare Energiequellen und im Fall von Maui Island ist Wellenenergie die wichtigste erneuerbare Quelle.

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   Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com