Vor der Küste Schottlands kann man beobachten, wie Windturbinen unter Wasser installiert werden, sogenannte Gezeiten-Turbinen. Diese auf dem Meeresboden positionierten Turbinen nutzen die Energie aus dem bewegten Wasser, das mit dem Ein- und Ausfluss der Gezeiten verbunden ist. “Gezeitenenergie liegt praktisch brach und wartet darauf, genutzt zu werden”, könnte man sagen, wenn man ihr gewaltiges Potenzial in Betracht zieht. Schätzungen zufolge könnte genug Gezeitenenergie erfasst werden, um alle Haushalte in den USA zweimal mit Strom zu versorgen!
Trotz des signifikanten Potenzials versorgt die derzeit weltweit aus bestehenden Gezeitenkraftwerken gewonnene Energie weniger als 400.000 Haushalte. Wie funktioniert Gezeitenenergie genau? Warum ist sie noch nicht weit verbreitet? Die Antworten auf diese Fragen liegen im Verständnis von Gezeiten und dem Prinzip der “Vorhersagbarkeit”.
Gezeiten sind vorhersehbar, sie kommen herein und sie gehen hinaus, ein konstantes Muster seit der Geburt des Mondes. Diese Regelmäßigkeit wird in der Gezeitenenergie genutzt und macht sie zu einer zuverlässigen Energiequelle. Um jedoch das Funktionieren der Gezeitenenergie zu verstehen, ist es wichtig sich daran zu erinnern, wie Gezeiten funktionieren.
Über die Gezeiten
Die Schwerkraft des Mondes zieht an der Erde und verursacht, dass das flexiblere Wasser sich in Richtung Mond ausbeult. Auf der anderen Seite der Erde wird durch die Differenzkraft, die von der eigenen Schwerkraft der Erde ausgeübt wird, eine gegenüberliegende Ausbuchtung erzeugt. Wenn Erde, Mond und Sonne in einer Linie liegen, verstärkt die Schwerkraft der Sonne die Ausbuchtung. Während sich die Erde dreht, treten verschiedene Teile der Welt in diese Ausbuchtung ein und verlassen sie wieder, was für uns aussieht, als käme die Flut herein oder ginge hinaus.
Dieser Zyklus geschieht ungefähr zweimal am Tag. Während verschiedener Mondphasen schwächt die Ausbuchtung nur ab, aber der Zyklus bleibt bestehen. Man kann sich das Meer wie einen Suppenteller vorstellen, welcher regelmäßig nach links und rechts gekippt wird. Genau wie die Suppe in dem Teller schwappt, schwappen die Meere unseres Planten hin und her.
Wie funktioniert die Gezeitenkraft?
Gezeitenenergie erfasst die durch diese Gezeiten erzeugte Energie. Sie verwendet Turbinen, die sich drehen, wenn das Wasser hinein- oder hinausfließt und erzeugt dabei Strom nach dem gleichen Prinzip wie Windturbinen. Wasser ist über 800-mal dichter als Luft, was bedeutet, dass Gezeiten-Turbinen robuster sein müssen, aber kleiner und langsamer sein können und dennoch in der Lage sind, mehr Leistung als Windturbinen zu erzeugen.
Zurück zum Trumpf der Gezeitenenergie: Vorhersagbarkeit. Im Gegensatz zu Wind- und Solarenergie, die zufällig beginnen und aufhören und nicht immer verfügbar sind, sind Gezeiten unglaublich konstant. Das Aufladen von Batterien, wenn die Gezeiten fließen, kann eine stetige Stromversorgung gewährleisten.
Arten der Gezeitenkraft
Die Gewinnung von Gezeitenenergie erfolgt auf zwei Hauptwegen: Gezeitenstrom und Gezeitenhub.
Gezeitenhubenergie
Gezeitenhubenergie nutzt den Unterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser, der bis zu 12 Meter betragen kann. Dies wird erreicht, indem ein Damm über eine Region gebaut wird, in der das Meerwasser auf das Land trifft. Der Unterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser wird in diesen Buchten oder Ästuarien verstärkt. Die Tore des Damms werden geschlossen gehalten, bis der Unterschied im Wasserstand den höchsten Punkt erreicht. Dann lässt man das Wasser hereinfließen.
Eine darunter liegende Turbine sammelt diese Energie und wandelt sie in Elektrizität um. Viele Gezeitenkraftwerke arbeiten auch, wenn das Wasser in die andere Richtung fließt, und sind so 18 bis 22 Stunden täglich betriebsbereit.
Die Gezeitenhubenergie ist kein neues Konzept. Der älteste Gezeitenhub-Generator, La Rance, wurde 1966 im Norden Frankreichs gebaut. Obwohl seine Installationskosten geringer sind als die eines Kernkraftwerks, ist er teurer als andere erneuerbare Energien. Dennoch ist La Rance weiterhin in Betrieb und erzeugt genug Strom für eine Stadt mit rund 250.000 Einwohnern. Sein Strom ist sogar billiger als Solar- und Kernenergie.
Heute gibt es vier weitere betriebsfähige Gezeitenhubkraftwerke in Südkorea, Russland, Kanada und China.
Gezeitenhubenergie: Standort und Einschränkungen
“Man könnte ein Gezeitenhubkraftwerk überall aufstellen, aber es wäre unwirtschaftlich, es irgendwo aufzustellen, wo es nur eine minimale Gezeitenhub gibt.” Diese Worte stammen, sinngemäß übersetzt, von Simon Neill, einem Spezialisten, der jahrelang die Gezeiten beobachtet hat. Er schlägt vor, dass der minimale Gezeitenhub, der für ein Projekt erforderlich ist, fünf Meter beträgt. Diese Variabilität kann auf mehrere geografische Faktoren zurückgeführt werden, einschließlich der Breite des Kontinentalschelfs und der Tiefe des Ozeans.
Top-Regionen für Gezeitenenergie sind die Bay of Fundy in Kanada, das nordwestliche australische Schelf, das nordwestliche europäische Schelf und das patagonische Schelf. Allerdings sind nicht alle diese Standorte geeignet. Einschränkungen wie fehlende Netzanschlussmöglichkeiten oder geringe lokale Bevölkerungszahlen können die Rentabilität eines Gezeitenhubkraftwerks einschränken.
Darüber hinaus existiert nicht überall die notwendige Infrastruktur, um solche Anlagen zu unterstützen. Es wurden auch Bedenken hinsichtlich der möglichen negativen Auswirkungen auf die lokale Umwelt geäußert, einschließlich der Störung von wandernden Fischen, Veränderungen in der Bodenzusammensetzung und der Beeinträchtigung von Gemeinschaftsflächen.
Gezeitenkraft: Moderne Anpassungen an Mensch und Umwelt
Trotz dieser Herausforderungen dreht sich das Blatt für diese Form der erneuerbaren Energie. Ein im Oktober 2021 in Wales in Auftrag gegebenes Projekt hat den traditionellen Ansatz zur Gezeitenenergie überarbeitet und sich davon verabschiedet, eine ganze Bucht abzusperren. Stattdessen nutzt dieses moderne Design nur einen Teil einer Lagune, um sicherzustellen, dass die lokale Ökologie geschützt bleibt. Bemerkenswerterweise wird erwartet, dass dieses Projekt sogar mehr Energie erzeugt als das bekannte französische Kraftwerk La Rance.
Dieses neue Kraftwerk wird nicht nur Energie erzeugen, sondern der Vorschlag umfasst auch Bestimmungen für Aquakultur und Sport, um die Fläche als gemeinschaftlich genutzte Ressource zu erhalten. Derzeit erzeugen Gezeitenhubprojekte, obwohl sie relativ klein in der Anzahl sind, etwa 98% aller Gezeitenenergie. Diese Projekte haben eine kombinierte Kapazität von 520 Megawatt, was immer noch ein winziger Bruchteil des weltweiten Verbrauchs ist.
Gezeitenstromturbinen: Eine vielversprechende Innovation
Jetzt treten Gezeitenstromturbinen ins Rampenlicht. Diese Form der Stromerzeugung hängt von den Unterwasserströmungen ab, die durch die Gezeiten verursacht werden. Es gibt mehrere Designs, die sich in Form und Technologie unterscheiden. Die gebräuchlichsten sind Horizontalachsenturbinen, ähnlich wie Windturbinen, die in Clustern unter Wasser aufgestellt werden können.
In den letzten Jahren haben Forschungs- und Entwicklungsgebiete im Norden Schottlands rekordbrechende Mengen an sauberer Energie ins UK-Netz eingespeist. Diese Energie reicht aus, um über 12.000 Haushalte ein Jahr lang mit Strom zu versorgen. Zu den anderen Designs gehören ein Unterwasserdrachen, der Wasserströmungen zur Energieerzeugung nutzt, und schwimmende Stromturbinen, von denen die leistungsstärkste kürzlich in Schottland eingeführt wurde.
Gezeitenkraft: Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Obwohl die Gezeitenkraft erhebliches Potenzial zeigt, hinkt sie anderen erneuerbaren Energien wie Wind und Solar hinterher. Dieser Verzug ist hauptsächlich auf die hohen Kosten zurückzuführen, die mit dem Aufbau und der Wartung von Unterwasserinfrastruktur verbunden sind. “Leider sind viele der Lösungen wirklich teuer”, gibt Amanda Smythe, eine Gezeitenforscherin an der Universität Oxford, zu. Sie weist auf die Probleme von Biofouling und Korrosion hin, unter anderen technischen Herausforderungen, die die Betriebskosten erheblich erhöhen.
Experten glauben jedoch, dass die Skalierung der Produktion, technologische Verbesserungen und finanzielle Unterstützung durch die Regierung den Durchbruch für Gezeitenkraft ermöglichen könnten. “Wir befinden uns in einer sehr ähnlichen Situation wie die Windenergie vor etwa 20 Jahren”, stellt Smythe fest. Und wenn wir sehen, wie die Windenergie inzwischen florieren konnte, könnten wir erwarten, dass die Gezeitenenergie in den kommenden Jahrzehnten einen ähnlichen Aufschwung erlebt.
