Wellenkraftwerke: Forscher maximieren Energieertrag von Bojen in Hausgröße

Ein Forschungsteam der University of Adelaine, der University of Melbourne und der Universität Augsburg haben ein Konzept entwickelt, das den Energieertrag von Wellenenergie, die auf dem Meer mit beweglichen Bojen in der Größe kleiner Häuser gewonnen werden kann, zu maximieren. Simulationen zeigen, dass die Energie, die in Meereswellen steckt, nahezu komplett genutzt werden kann, um Strom zu gewinnen.

Das Meer steht nie still. Die in Wellen vorhandene Energie kann relativ einfach genutzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, Bojen zu verwenden, die am Meeresboden verankert sind. Die Energie kann aus den Wellen aus der Auf- und Abwärtsbewegung der Bojen durch den Seegang abgeschöpft werden. Das funktioniert über eine Art von Dynamo, der aus der Bewegung den Strom erzeugt, erklärt Malte Peter, Professor am Institut der Universität Augsburg.

Solche Bojen können große Ausmaße bis zur Größe eines kleinen Hauses annehmen. Sie produzieren so viel Strom, dass damit mehrere Hundert Haushalte versorgt werden können. Die Effizienz nimmt zu, wenn mehrere dieser Bojen zu einer Farm auf einem überschaubaren Bereich im Meer zusammengeschlossen sind. Dann kann der Strom über eine gemeinsame Leitung an Land fließen.

Doch die dann relativ dicht beieinander liegenden Bojen behindern die auf sie auftreffenden Wellen. Es entstehen Abschattungen und Streueffekte, sodass an den einzelnen Bojen unterschiedliche Bedingungen herrschen können. Die Bojen können dadurch ihren optimalen Auf- und Ab-Rhythmus, ihre Resonanzfrequenz, nicht erreichen. Peter vergleicht das mit einem Kind auf einer Schaukel, das regelmäßig angeschubst werden muss, um höher schaukeln zu können. Erfolgt der Schubs nicht zur richtigen Zeit, dann verpufft teilweise dessen Wirkung. Ähnlich ist es bei den Wellen: Treffen sie nicht mit dem richtigen Zeitabstand auf die Boje, dann wird die Pendelbewegung nicht so stark, wie sie eigentlich sein könnte und der Stromertrag sinkt.

Optimierung der Bojen

Bei einem Wellenpark aus 50 oder 100 Bojen, der Schachbrettmuster-artig aufgebaut ist, sind Frequenz und die Höhe der Wellen je nach Position der Boje unterschiedlich. Die Resonanzfrequenz einer Boje lässt sich jedoch teilweise einstellen, heißt es von den Wissenschaftlern. Das gilt auch für die Schwergängigkeit des jeweiligen Dynamos. Über diese beiden Parameter kann also der Stromertrag für jede einzelne Boje gesteuert werden.

Die Forscher haben in Simulationen die optimale Platzierung der Bojen und die Parameter jeder einzelnen Boje optimiert, wie aus der Studie „Broadband absorption of ocean wave energy using a graded array of heaving buoys in three dimensions“ hervorgeht, die im Journal of Fluid Mechanics erschienen ist. Das Team fand so eine Strategie, um trotz unterschiedlicher Wellenfrequenzen möglichst hohe Stromerträge zu erzielen. Durch die Optimierungen seien die Frequenz, mit der die Wellen auf die Bojen treffen und deren Richtung weitgehend egal. Etwa 90 Prozent der Wellenenergie könne genutzt werden.

Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Forschungsergebnisse zur Maximierung der Ausbeute von Wellenkraftwerken verwendet werden können. Dazu müssen jedoch erst noch moderne Kraftwerke entwickelt und gebaut werden. Das sei sehr teuer. Einen entscheidenden Vorteil gegenüber Wind und Solar habe die Wellenkraft aber: Sie kennt keine Dunkelflaute, Energie kann rund um die Uhr gewonnen werden. Denn das Meer steht nie still.