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Wasserkraft

Wie ein Fisch im Wasser

Neue Kraftwerke könnten die Wasserkraft in Deutschland deutlich voranbringen.

Wie ein Fisch im Wasser Wie ein Fisch im Wasser
ENERGLOBE.DE, Denny Rosenthal

Nach dem Reaktorunglück von Japan ist die Aufgabe klar: Erneuerbare Energien müssen so schnell wie möglich ausgebaut werden. Wasserkraft ist die weltweit führende regenerative Stromquelle. Doch in Deutschland hieß es bislang, es gebe kaum noch Ausbaumöglichkeiten. Das könnte sich bald ändern: Wissenschaftler der Uni Kassel wählen einen neuen Ansatz – ihr Strömungskraftwerk verwendet kein Turbinenrad, sondern eine schwingende Tragfläche.

Wenn Ingenieure bei der Natur abgucken und bestimmte Abläufe oder Eigenschaften für technische Innovationen übernehmen, nennt man das Biomimicry. Forscher der Uni Kassel haben den Flossenschlag eines Fisches auf die Energieerzeugung übertragen. Die Tragfläche ihres Strömungskraftwerks bewegt sich oszillierend wie eine Fischflosse im Wasser. Diese Schwingung wird in eine kontinuierliche Drehbewegung übersetzt, sodass ein Generator Strom erzeugt.

Die Forscher erhöhen damit die Hoffnung, dass auch in Deutschland wieder neue Wasserkraftwerke entstehen können. Besonders aufwendig ist dabei die optimale Ausrichtung der Tragfläche. „Immerhin 13 Parameter werden berücksichtigt, um den besten Anstellwinkel zur Strömung zu ermitteln“, sagt Martin Lawerenz, Leiter des Instituts für Thermische Energieforschung an der Universität Kassel. Ein Seilzug sorgt dafür, dass sich die Fläche zur Strömungsrichtung dreht, während der sich hin- und herbewegende Ausleger die Bewegungskraft an eine Kurbelwelle abgibt. Die Energieausbeute der Laboranlage liegt zwar nur bei zwei Watt, jedoch hatte deren Trägerfläche erst eine Größe von einem DIN-A-3-Blatt. Mit einer Verdopplung der Größe steige die Leistung wie die Flügelfläche im Quadrat, so Lawerenz. Werde die Wassergeschwindigkeit von einem auf zwei Meter pro Sekunde erhöht, steige die Leistung sogar um das Achtfache.

Die Kasseler waren nicht die Ersten, die auf die Idee kamen, eine Tragfläche einzusetzen. Bei der vor zehn Jahren gebauten Pilotanlage in Stingray an Englands Südwestküste treibt das Auf und Ab der Meeresströmung eine Tragfläche an. Die Anlage wiegt allerdings 180 Tonnen und ist mit einer aufwendigen und wartungsintensiven Hydraulik ausgestattet – der Strom kann daher nicht zu wettbewerbsfähigen Preisen hergestellt werden, stellte man 2005 ernüchtert fest.

2.000 Kernkraftwerke

Das theoretische Potenzial der Wasserkraft ist global betrachtet enorm. „Es liegt bei jährlich 16.000 Terawattstunden, das entspricht der Leistung von 2.000 modernen Kernkraftwerken“, so Lawerenz. Mit dieser Zahl müsse man natürlich etwas vorsichtig sein, da sie auch riesige Stauprojekte wie in China enthalte. Dabei werde Wasser über 500 Kilometer aufgestaut, mit schwerwiegenden ökologischen Folgen und Zwangsumsiedlungen verbunden. Beim Lawerenz-Patent ist das anders: „Ein Aufstauen des Wassers ist nicht nötig, es sind nur geringe Eingriffe in die Natur erforderlich.“ Dadurch dürfte das Interesse an dem Verfahren für künftige Betreiber steigen.

Ein Strömungskraftwerk ist außerdem an vielen Flußstandorten einsetzbar, da es keine Gezeiten braucht, die den Wasserpegel ändern und dadurch Turbinen antreiben. Diese Standorte sind knapp; es existieren etwa 100 in Europa für Gezeitenkraftwerke. In Deutschland gibt es sogar nur einen Standort, wenn überhaupt – der liegt südwestlich von der Nordseeinsel Sylt. Die meisten geeigneten Standorte befinden sich vor der Südküste Großbritanniens.

Das Schweigen

Der Energieriese Eon verkündete 2007 ehrgeizige Pläne: Ein neues Gezeitenkraftwerk mit acht Megawatt Leistung sollte 5.000 Haushalte versorgen und das ohne Staudamm. Die Turbinen ähneln dabei Windrad-Propellern mit Ummantlung durch ein Gehäuse. Groß aufgezogen war die Werbekampagne damals für das Luna-Energy-Projekt mit prominent platzierten Spots vor der Sportschau. Und dann passierte: nichts. „Da herrscht Schweigen im Walde“, so Physiker Jochen Bard vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Kassel. Würde Eon Erfolg haben, dann hätte man etwas gehört, folgert er. Die Internetseite verrät, dass der letzte News-Eintrag über anderthalb Jahre alt ist.

Wasserkraft ist heute nur an wenigen Standorten wirtschaftlich. Erzeugungskosten von 10 Cent die Kilowattstunde seien noch nicht möglich, so Bard. Er selbst und das IWES-Institut waren maßgeblich an dem Gezeitenkraftwerk SeaGen beteiligt, das seit April 2008 vor der Südwestküste Englands 1,2 Megawatt durch zwei Rotoren erzeugt. Die Innovationen bei der Windtechnologie bringen auch die Wasserkraft weiter voran, so Bard. Problematisch sind allen voran die hohen Wartungskosten, wenn Anlagen wieder in den Hafen gezogen werden müssen, erklärt er weiter. Aber es gebe künftig Synergieeffekte bei den Netzanschlüssen für die Anlagen im Meer, dadurch dass so viele neue Offshore-Windparks entstehen sollen. Insgesamt gebe es noch ein Kostensenkungspotenzial von 20 bis 30 Prozent, jedoch würden sich die Kosten keinesfalls halbieren.

Pilotanlage in Planung

Die aktuelle Katastrophe in Japan ist Wasser auf die Mühlen des Strömungskraftwerks. Dadurch sollte es deutlich leichter werden, Industriepartner mit ins Boot zu holen. Derzeit ist eine Pilotanlage an der Fulda zusammen mit regionalen Energieversorgern in Planung. Maschinenbauer Lawerenz erwartet dabei eine Ausbeute von gut 100 Watt. „Es ist Sache von künftigen Investoren, in größere Anlagen und an Standorten mit höherer Strömungsgeschwindigkeit zu investieren“, so Lawerenz. Auf der Hannover Messe möchte der Projekt-Leiter eine möglichst hohe Aufmerksamkeit bei den Besuchern erwecken – der Zeitpunkt könnte nicht besser sein.

Weitere Informationen:

oWing-Projekt der Uni Kassel: http://cms.uni-kassel.de

Kurzstudie von der Deutschen Bank Research zur Wasserkraft in Europa: www.dbresearch.de

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

PROBLEM VON HEUTE«

Henry Kissinger,„World Order”, August 2014