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Im Projekt Tidal Power entwickelt Schottel Hydro ein Gezeitenkraftwerk. Im Bild zu sehen ist die Illustration der Plattform Triton.
© Schottel Hydro
Gezeitenkraftwerk
29.07.2015

Plattform für Betrieb (oben) und Wartung (unten): Für die Wartung der Plattform werden die wassergefüllten Rümpfe geleert und die Plattform treibt auf. So lassen sich die Turbinen an der Wasseroberfläche warten.
© Schottel Hydro

Die Visualisierung zeigt Schottels Instream-Turbine.
© Schottel Hydro

Energie dank Mondkraft

Forscher entwerfen einen neuen Ansatz zur Energiegewinnung aus Gezeitenströmungen. Dazu kombinieren sie eine halbgetauchte Plattform mit mehreren, kleinen sogenannten Instream-Turbinen. Das macht das Gezeitenkraftwerk wartungsärmer als bisherige. Doch um eine möglichst hohe Energieausbeute zu erhalten, braucht es starke Wasserströmungen. In der kanadischen Bay of Fundy herrscht ein außergewöhnlich hoher Tidenhub mit mehr als 15 Metern. Dort soll das Wasserkraftwerk entstehen und ab 2017 den ersten Strom liefern.

Gezeitenkraftwerke nutzen den Tidenhub der Weltmeere. Gezeiten hängen von der Stellung des Mondes und der Sonne zur Erde ab, daher ist der Tidenhub – im Gegensatz zu Wind-, Wellen- und Solarenergie – vorhersagbar. Gezeitenkraftwerke liefern also zuverlässig und planbar Strom aus erneuerbarer Energie. Flussmündungen und bestimmte Buchten sind ideale Standorte für ein Gezeitenkraftwerk. Allerdings sind Fließgeschwindigkeiten von über 5 Metern pro Sekunde weltweit sehr selten.
Die meisten bisherigen technischen Konzepte zur Gewinnung von Gezeitenenergie setzen auf freiumströmte axiale Turbinen und haben rund ein Megawatt Leistung. Diese Systeme sind durch eine Haltestruktur starr mit dem Meeresboden verankert. Das verursacht sehr hohe Installations- und Wartungskosten.

Eine wirtschaftlichere Variante ermöglicht Schottel Hydro mit einem halbgetauchten Plattform-Trägersystem in Kombination mit einem neuen Turbinen-Konzept. Die Wissenschaftler wollen ein Gezeitenkraftwerk in der für den hohen Tidenhub bekannten kanadischen Bay of Fundy in der Provinz Nova Scotia realisieren. Dort gibt es besonders hohe Tiden von mehr als 15 Metern. Das Plattformsystem ist im Vergleich zu den bisherigen mit deutlich reduzierten Aufwendungen für Betrieb, Installation und Wartung verbunden. Zudem fallen weitaus geringere Investitionskosten an. Ab 2017 soll die Demonstrationsanlage mit 40 sogenannten Instream-Turbinen von Schottel Hydro rund 2,5 Megawatt leisten. „Ab 2016 werden 16 Turbinen schon 1,1 Megawatt Strom erzeugen und diese ins nordamerikanische Netz speisen. Das versorgt rund 1.700 Drei-Personen-Haushalte ein Jahr lang mit Strom“, erklärt Dr. Ralf Starzmann, Leiter des Projektes Tidal Power bei Schottel Hydro. Er fügt hinzu: „Einige Monate später werden die restlichen Turbinen installiert, damit die Anlage 2,5 Megawatt leistet.“

Einfache Turbinen-Konstruktion

Die Schottel-Instream-Turbine (Abbildung links unten) ist einfach aufgebaut: Der standardisierte Antriebsstrang ist mit einem zweistufigen Planetengetriebe und Asynchron-Generator ausgestattet, den das umfließende Wasser kühlt. Bei der Konzeption konzentrierten sich die Forscher darauf, eine möglichst robuste und leichte Turbine zu entwickeln. Andere Hersteller setzen auf hydrokinetische Turbinen mit 130 bis 200 Tonnen. Die neue Turbine wiegt gerade mal eine Tonne.
Je nach Energiebedarf lässt sich die Turbinenanzahl anpassen; 20 Turbinen ergeben circa ein Megawatt Nennleistung. „Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit kommt es vor allem auf das Zusammenspiel Turbinengröße, Turbinenanzahl, Verankerung und Plattformsystem an“, fasst der Projektleiter zusammen. Jede Turbine verfügt zudem über einen eigenen Anschluss ans Stromnetz und sichert den Betrieb der Anlage.

Tragende Plattform am Meeresboden verankert

Befestigt werden die Turbinen an der halbgetauchten Plattform, Triton genannt. Die Plattform ist mit einem Schwerkraft-Fundament, einer gebohrten Pfahlgründung oder anderen Fundamentlösungen am Meeresboden befestigt. Mit einem Fixpunkt-Drehgelenk richtet sich die Plattform automatisch an der Wasserströmung aus. Zwei Rümpfe machen die Anlage schwimmfähig und dienen als Befestigung einer variablen Anzahl von Querträgern, an denen die Turbinen montiert sind. Wartungsfreundliche Plattform: Die Rümpfe durchstoßen die Wasseroberfläche und können jederzeit zur Wartung von Elektrik und Kontrollsystemen betreten werden. Durch das Leeren und Füllen der Ballast-Tanks im unteren Teil der Rümpfe wechselt die Plattform zwischen ihrer Betriebs- und Wartungsposition.

(ad)

Merkzettel

Adressen

Turbinensystem sowie Konzeptionierung der Trag- und Befestigungsstruktur
SCHOTTEL HYDRO GmbH

Optimierung der Blätter für Gezeitenströmungsturbinen
Universität Siegen, NT

Hydrodynamische Untersuchung der Plattform
HSVA GmbH

Modellturbinengitter im Versuchswesen
Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH

Entwicklung Betriebsführungs- und Regelungsfunktionen
Fraunhofer IEE

Infotipp

Seaflow – Strom aus Meeresströmungen
BINE-Projektinfo 04/2004