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Meer Potenzial: Sind Wellenkraftwerke die Zukunft?

Das Meer als erneuerbare Energiequelle? In Kalifornien soll dieser Schatz durch innovative Wellenkraftwerke nutzbar gemacht werden – mithilfe von Know-how aus Vorarlberg.

Falls beim nächsten Schwimmen oder Surfen im Meer etwas Dunkles unter einem schwimmt: Es muss nicht zwingend ein Hai sein. Es könnte sich auch um den wesentlichen Teil eines Wellenkraftwerks handeln. Diese Technologie baut darauf, künftig mit der Kraft des Meeres nachhaltig Energie erzeugen zu können. Das Potenzial ist enorm.

Schon die Dimensionen lassen staunen: So hat das amerikanische Ocean Energy Council errechnet, dass eine einzige Welle, die auf einer Länge von eineinhalb Kilometern entlang der Küste bricht, 35.000 PS Leistung freisetzt. Allein entlang der Küsten der Vereinigten Staaten „schlummert“ so ein Energiepotenzial von 2,64 Billionen Kilowattstunden.

Die Welle als Quelle

Mit Wellenkraftwerken lässt sich diese Energie nutzen. Dafür kommen sogenannte „Wellenenergiekonverter“ zum Einsatz. Sie treiben, im Meeresboden verankert, in den Wellen, wandeln die Energie in Strom um und transportieren ihn über Kabel an die Küste. – So die Idee von CalWave. Das kalifornische Unternehmen entwickelte ein schwimmendes Modul, das sich autonom in verschiedene Tiefen absenkt, um die vorhandene Wellenenergie stets optimal zu nutzen. Diese „Abtauchfunktion“ schützt es zudem vor Schäden durch die teilweise extremen Wetterbedingungen auf offener See.

CalWave Wellenkraftwerk
Ein schwimmendes Modul des Wellenkraftwerks von CalWave vor der Küste Kaliforniens. Das „elektronische Hirn“ im Inneren stammt aus Vorarlberg.Foto: CalWave / Bachmann

An dieser Stelle kommt Bachmann electronic an Bord. Das Vorarlberger Unternehmen lieferte die Hard- und Softwarekomponenten für das Automatisierungssystem der Anlage. Keine einfache Aufgabe an der Nahtstelle zwischen Mechanik und Elektronik. Lösungen für die Steuerung des Antriebsstrangs sowie die Signal- und Datenorganisation mussten entwickelt, Regelungsalgorithmen entworfen werden. So wurden im laufenden Betrieb über vier Rechenkerne allein für die komplexen Regelungen mehr als eintausend Variablen zwischen den parallel laufenden Applikationsprogrammen ausgetauscht.

Pilotprojekt in Kalifornien

Während der Testphase optimierte das Team das System laufend durch umfangreiche Simulationen weiter. Das im September 2021 vor der Küste von San Diego in Kalifornien gestartete Pilotprojekt verlief schließlich erfolgreich. Jetzt soll es in die nächstgrößere Dimension skaliert werden. CalWave plant eine 100-kW-Version. Über vorinstallierte Kabel sollen 20 Megawatt Leistung aus dem Meer ins lokale Netz am Festland eingespeist werden.

Wir sollten Energie bestmöglich dort erzeugen, wo sie auch verbraucht wird.

Bernhard Zangerl, Bachmann electronics

Dafür soll auch ein digitaler Zwilling entwickelt werden, um die Daten aus dem Echtbetrieb mit dem Simulationsmodell abgleichen und künftig Test- und Wartungskosten einsparen zu können. „Diese Systeme sind momentan zwar noch nicht wirtschaftlich zu betreiben, aber zumindest technologisch ist das in absehbarer Zeit lösbar“, so Bachmann electronic-CEO Bernhard Zangerl.

Energie aus Ebbe und Flut

Ganz neu ist die Idee, die Kraft der Wellen zu nutzen, ohnehin nicht. So sind vor der schottischen Küste und in der Bretagne bereits Gezeitenkraftwerke im Einsatz. Dabei wird entweder an der Küste oder am Meer schwimmend in Oberflächennähe die Strömung genutzt, die durch Ebbe und Flut entsteht. Außerdem gibt es Meeresströmungskraftwerke, die diese Methode nahe dem Meeresboden nutzen.

Wellenkraftwerke hingegen stecken entwicklungstechnisch noch immer in den Kinderschuhen beziehungsweise beschränken sich auf Prototypen oder Kleinstanlagen. Erst 2011 ging an der nordspanischen Küste in der Nähe von Bilbao das erste kommerziell angeschlossene Wellenkraftwerk in Betrieb. Fünf Jahre später realisierte in Gibraltar das Unternehmen Eco Wave Power seine Idee von schwimmenden Kraftwerksblöcken. Optisch erinnern sie an Bootshälften, die mittels Hydraulikarmen an einer Hafenmauer montiert sind und im Wasser liegen.

Superlativ am Schwarzen Meer

Die Schwimmkörper erzeugen durch ihr Auf- und Abwippen in den Wellen Druck, der über Pumpen an Land geleitet wird und dort einen Generator antreibt. Integriert sind mehrere Sensoren, die den Wellengang messen und die Schwimmkörper immer ideal zu den anbrandenden Wellen ausrichten beziehungsweise sie bei zu hohem Wellengang hochklappen lassen, um Schäden zu vermeiden.

Wellenkraftwerk-Eco-Wave
Wellenkraftwerk von Eco Wave Power: Die blauen Schwimmmodule werden durch die Wellen nach oben gehoben und betreiben so einen Generator am Land. Foto: Eco Wave

2020 rüstete man die Floater mit Solarmodulen auf und koppelte damit Sonnenenergie und Wasserkraft. Vergangenes Jahr demontierte man die Anlage allerdings. Einige Komponenten sollen aber in einem neuen Wellenkraftwerk bei Los Angeles weiterverwendet werden. Und mit derselben Schwimmkörpertechnologie will ein türkischer Energieversorger am Schwarzen Meer das bislang größte Wellenkraftwerk der Welt bauen. Aktuell läuft eine Machbarkeitsstudie.

Das Potential derartiger Technologien schätzt man bei Bachmann als sehr groß ein. Es werde jedoch abhängig von den Voraussetzung immer auf das Zusammenspiel von vielen unterschiedlichen Technologien ankommen, heißt es. „Das liege schon allein daran, dass wir Energie bestmöglich dort produzieren, wo sie auch verbraucht wird„, gibt Bachmann electronic-CEO Zangerl zu bedenken.

GUT ZU WISSEN

  • Bachmann beschäftigt 524 Mitarbeiter:innen weltweit. Die Suche nach Fachkräften läuft.
  • Hauptsitz des Unternehmens ist Feldkirch in Vorarlberg.
  • Das Unternehmen hat sich auf Automatisierungs- und Systemlösungen, Netzmessung und -schutz, Visualisierung und Zustandsüberwachung von Maschinen sowie Anlagen in der Energiebranche, Industrie und für maritime Anwendungen spezialisiert.
  • Die Umsatzvolumina (2021: 90 Millionen Euro) stiegen in den letzten Jahren kontinuierlich. Für das Geschäftsjahr 2022 geht man davon aus, erstmals einen Umsatz von mehr als 100 Millionen Euro zu schaffen.
  • Im Mai geht vor der japanischen Küste ein Offshore-Windpark in Betrieb, für den Bachmann die Monitoringsysteme geliefert hat.
Credits Artikelbild: Barry
Lichtblick

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