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Schule > Physik > Thermodynamik > Präsentation zu Wellenkraftwerke

Allgemeine Informationen

Funktion
Eine besondere Form des Wasserkraftwerkes ist das Wellenkraftwerk. Wellenkraftwerke nutzen die Energie der Wellen. Damit nutzen sie eigentlich auch indirekt die Kraft des Windes. Da wir in einer Zeit leben, in der Energie immer teurer wird und erneuerbaren Energien die Zukunft zu gehören scheint, sind Wellenkraftwerke eine gute Alternative. Wellenenergie gehört zu den erneuerbaren Energien, da sie in unendlicher Dauer auf der Erde vorhanden sind. Allerdings ist Wellenenergie keine stetige Energieform. Sie kann demnach nicht in die Grundlast eingesetzt werden. Es wird die kontinuierliche Bewegungsenergie der Wellen genutzt. Die Nutzung der Wellenenergie ist durch verschiedene Technologien möglich. Es gibt verschiedene bzw. mehrere Funktionsprinzipien.

Nach Schätzungen lassen sich auf jedem Meter Küste 15 bis 30 Kilowatt Energie aus Wellen gewinnen. Zusammengenommen könnten an den Küsten der Welt die Hälfte des globalen Strombedarfs erzeugt werden. Allein in Schottland könnten im Jahre 2020 rund 40 Prozent des Strombedarfs durch Wellenenergie gedeckt werden. Großbritannien könnte 20 % seines Energiebedarfs mit Wellenenergie decken. Die Wellenenergie an sich hat ein Potenzial weltweit von ungefähr einem Terrawatt. Das entspricht der Installation von 700 bis 800 Kernkraftwerken.

Standorte

Bereits genutzte Standorte sind an den Küsten von China, Japan, Schottland, Indien, Portugal und Norwegen. In Europa finden sich geeignete Standorte an Küsten in Spanien, Portugal, Großbritannien, Irland und Norwegen. Es kommt auf die Höhe der Kraft, die die Wellen beim Auftreffen auf die Küste haben, an.

Funktionsprinzipien eines Wellenkraftwerks

Pneumatische Kammer

Bei diesem Kraftwerkstyp wird das Wasser durch die Wellen in kaminartige Betonröhren gedrückt. Bei einem Wellental wird es wieder herausgezogen. Am oberen Ende münden die Röhren in Turbinen. Die Wassersäule wird auf und ab bewegt. Dadurch wird die Luft in den Betonröhren abwechselnd komprimiert bzw. angesaugt. Im Auslass entsteht dadurch ein schneller Luftstrom, der einen Windgenerator antreibt. Die Drehrichtung der Turbinen bleibt dabei aufgrund der speziellen Form der senkrecht zum Luftstrom stehenden Turbinenblätter gleich, obwohl die Luft ihre Richtung ändert. Da die Betonröhren relativ lang sind, können selbst große Wellen der Mechanik der Turbinen nichts anhaben.
Das erste Wellenkraftwerk mit diesem Kraftwerkstyp ist seit 2001 auf der schottischen Insel Islay zu Testzwecken in Betrieb. Es speiste damit erstmalig Strom in ein kommerzielles Stromnetz ein. In den ersten Betriebsjahren waren die Leistungsdaten des Kraftwerks enttäuschend. Ursprünglich hatte man eine Jahresdurchschnittsleistung von 500 kW vorgesehen. Allerdings hatte man die Auswirkung eines Meeresbodenplateaus nicht berücksichtigt. Die Jahresdurchschnittsleistung wurde so auf 212 kW reduziert. Es sind weitere Kraftwerke dieses Typs geplant, unter anderem auch auf der färöischen Insel Sandoy.

Auftriebskörper (Seeschlange)

Eine weitere Möglichkeit, die Bewegungsenergie der Wellen zu nutzen, ist die Relativbewegung von Schwimmkörpern. Hierzu werden an der Oberfläche schwimmende, bewegliche Elementen, die durch Gelenke verbunden sind, angeordnet. Diese Elemente folgen nun dem Auf und Ab der Wellen. Die Meereswellen bewegen also die Gesamtproduktion. In den Gelenken befinden sich Hydraulikzylinder. Wenn die Schwimmkörper nun sich anfangen zu bewegen, wird die Arbeitsflüssigkeit in Röhren mit integrierten Turbinen und Generatoren gedrückt. An den hydraulischen Gelenken wird also ein hoher Druck erzeugt, der in einen Stromgenerator gepresst wird. Somit führt die Bewegung der Gelenke zur Erzeugung der elektrischen Energie. Auf Grund seines Aussehens wird dieses Wellenkraftwerk auch Seeschlange genannt. Die schottische Firma "Pelamis Wave Power" hat so ein Kraftwerk entwickelt, das in seinem Aussehen einer Seeschlage ähnelt. Dieses Kraftwerk setzt sich aus 4 langen Stahlröhren und 3 "Energieumwandlungsmodulen", mit je 250 kW Leitung, zusammen. Diese Bauweise ergibt eine P- 750 Anlage, die eine Leistung von 750 kW hat.
Die Seeschlange ist 150 m lang, hat einen Durchmesser von 3,5 m und wiegt 700 t.

Rampe (Wave Dragon)

Die Rampe ist eine weitere Funktion der Wellenkraftwerke. Sie besteht aus einem Wellenkonzentrator und aus zwei v- förmigen angeordneten Barrieren. Die Wellen werden nun durch den Wellenkonzentrator, zwei weitausladenden Reflektorarmen, aufgefangen und danach über die zwei Barrieren zur Mitte hin konzentriert. Die Wellen laufen nun eine Rampe hinauf. Oben am Ende der Rampe strömt das Wasser in ein Sammelbecken. Aus diesem Sammelbecken fließt es nun durch senkrecht angeordnete Niederdruckturbinen ins Meer zurück. Diese Turbinen erzeugen dann Strom. Die Turbinen müssen allerdings sehr robust sein, da sie ständig wechselnden Belastungen ausgesetzt sind. Danach fließt das Wasser wieder zurück ins Meer. Die gesamte Anlage schwimmt und ist nicht an die Küste gebunden, sondern ist ein schwimmendes Offshore- Kraftwerk. Seit dem Jahr 2003 gibt es einen Prototypen in einem dänischen Fjord.

Bodenwellen

Unter einer Bodenwelle versteht man Platten, die senkrecht am Meeresboden verankert sind. Wenn nun Wellen auf diese Platten treffen, schwankt nun diese und bewegen sich vor und zurück. Den Strom wird dann über eine Hydraulik, Turbinen und Generatoren erzeugt. Über ein Umspannwerk an Land wird der Strom dann in das Stromnetz gespeist. Die finnische Firma AW-Energy hat 2009 mit ihrem WaveRoller eine Versuchsanlage an der Küste Portugals realisiert. Das Projekt wurde von einer EU-Förderinitiative mit 3 Millionen Euro gefördert.

Vor- und Nachteile, Problematik

Vorteile:
- umweltfreundlich
- Es werden keine Abfälle produziert
- Das genutzte Wasser wird nicht "verbraucht" und bleibt immer vorhanden.
Somit ist Ressource immer gesichert, da sie nicht ausgehen kann.
- Durch diese Methode wird auch die Natur nicht stark beeinflusst

Nachteile:
- Hohe Kosten durch die Investitionen in Wellenkraftwerke
- Strom kann nicht regelmäßig erzeugt werden, da der Wellengang und die Wellenstärke immer unterschiedlich ist
- Es ist noch nicht erwiesen, wie stark sich die Nutzung der Wellenkraftwerke auf die Meereslebewesen auswirkt
- noch zu wenig Erfahrungen mit der Technologie mit dieser Art von Kraftwerken
- kann zu einer Überproduktion an Strom kommen an windigen bzw. stürmischen Tagen
- Hauptproblem: Robustheit gegenüber "Monsterwellen", die sehr plötzlich und unvorhersehbar auftreten können.
- Strom ist noch sehr teuer, da die Entwicklung und der Bau von Wellenkraftwerken noch mit sehr hohen Kosten verbunden sind

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