Im vergangenen Januar zerstörten riesige Wellen Teile der sizilianischen Küste. Diese Katastrophe zeigte, welche Kraft in haushohen Wassermassen steckt. Denn Wasser ist schwer und speichert beim Bewegen eine große Menge Energie. Das gilt nicht nur während der Winterstürme – die See ist nie wirklich ruhig.
Die Energie der Meereswellen
Meereswellen enthalten eine enorme Menge Energie. Diese Energie lässt sich beispielsweise mit speziellen Bojen anzapfen, die das Auf und Ab des Wassers zur Stromerzeugung nutzen. „Dazu kann man spezielle Bojen verwenden, die im Meeresboden verankert werden“, erklärt Prof. Dr. Malte Peter vom Institut für Mathematik der Universität Augsburg. „Sie werden durch den Seegang nach oben getragen, um dann im Wellental wieder herabzusinken. Durch dieses beständige Auf und Ab wird eine Art Dynamo angetrieben, der daraus Strom erzeugt.“ Das lohnt sich vor allem, wenn man große Farmen aus vielen Dutzend solcher Bojen nutzt. Forschende der Universitäten Augsburg, Adelaide und Melbourne haben nun berechnet, wie sich mit solchen Farmen eine möglichst hohe Ausbeute erzielen lässt.
Bojenfarmen wandeln Wellenbewegung in Strom um
Einige dieser Bojen erreichen die Größe eines kleinen Hauses und produzieren genug Energie, um mehrere hundert Haushalte zu versorgen. Sie sind besonders effizient, wenn sie zu Farmen zusammengeschlossen werden, da sich so der Aufwand für den Transport des Stroms zum Festland minimiert. Beim Durchqueren einer solchen Farm verändern sich jedoch die Wellen, beispielsweise durch Abschattungen oder Streuung an den Bojen. Es herrschen also lokal sehr unterschiedliche Bedingungen.
„Das ist ein Problem“, sagt Peter. „So haben die Bojen einen bevorzugten Rhythmus, mit der sie sich auf- und abbewegen. Wir sprechen auch von ihrer Resonanz-Frequenz.“ Es ist ähnlich wie bei einem Kind auf einer Schaukel, dem die Eltern regelmäßig einen Schubs geben: Nur wenn die Unterstützung im richtigen Moment erfolgt, schwingt das Kind mit der Zeit immer höher. Analog dazu müssen die Wellen in einem passenden zeitlichen Abstand bei der Boje eintreffen, damit deren Pendelbewegung möglichst stark wird und sie entsprechend viel Strom erzeugen kann.
Jede Boje lässt sich einzeln optimieren
Besteht eine Farm aus 50 oder 100 Bojen, die in einem Schachbrettmuster angeordnet sind, variieren Frequenz und Höhe der Wellen je nach Position der Boje. Bei modernen Bojen lässt sich die Resonanzfrequenz allerdings in einem gewissen Rahmen einstellen. Dasselbe gilt auch für die „Schwergängigkeit“ des Dynamos, der zur Stromerzeugung eingesetzt wird. „In einem Wellenkraftwerk kann man so für jede einzelne Boje diese beiden Parameter so optimieren, dass ihr Stromertrag optimal wird“, sagt Peter.
Genau das hat er zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Universitäten Adelaide und Melbourne gemacht. Zusätzlich hat das internationale Team Abschattungs- und Streuungseffekte genutzt und so auch die Platzierung jeder einzelnen Boje berücksichtigt. „Dabei haben wir eine Strategie gefunden, die für eine erstaunlich große Bandbreite von Wellenfrequenzen sehr hohe Erträge ermöglicht“, sagt er.
Rund 90 Prozent der Wellenenergie werden nutzbar
Das heißt: Ob die Meereswellen um das Kraftwerk herum relativ schnell aufeinanderfolgen oder aber vergleichsweise langsam, ist weitgehend egal. Und auch die Richtung, aus der die Wellen auf den Bojenpark treffen, verändert die Ergebnisse kaum: Rund 90 Prozent der Energie, die in dem Seegang steckt, kann auf diese Weise zur Umwandlung in Strom verfügbar gemacht werden. Während die Wellen den Park durchqueren, werden sie zudem immer flacher, bis am Ende nur noch ein sanftes Schaukeln der Wasseroberfläche bleibt.
Die Ergebnisse können dazu beitragen, die Ausbeute von Wellenkraftwerken deutlich zu erhöhen – und das mit relativ geringem Aufwand. Ob die Optimierungsstrategie irgendwann unter tatsächlichen Bedingungen zum Einsatz kommt, hängt auch von der weiteren technologischen Entwicklung ab. Denn obwohl das Meer Wellenenergie gratis zur Verfügung stellt, kostet die „Ernte-Maschinerie” doch eine Stange Geld. In den kommenden Jahren wird sich zeigen, ob Großanlagen gegen Windkraft und Solarstrom konkurrieren können. Einen Vorteil hat der Ansatz: Zwar sind Wellen nicht immer gleich hoch, dennoch gibt es sie praktisch rund um die Uhr. Wirkliche „Dunkelflauten“ drohen der Wellenenergie also nicht.
