Universität Hamburg

Institut für Geographie

Oberseminar:

West- und Südeuropa ­ Aktuelle Entwicklungen und Projekte

Leitung: Prof. Dr. Nagel

Sommersemester 2006

Energiegewinnung aus dem Meer ­

Wasserkraftwerke

Ingo Andreä

abgegeben am 13.04.2006

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Gliederung

1 Einleitung - Die Wasserkraft als unerschöpfliche Energiequelle 3

2 Wasserkraft an Land und Meer 4

3 Wasserkraftwerke ­ Nutzung der Meeresenergie 6

3.1 Gezeitenkraftwerke 6

3.1.1 Historischer Überblick - Traditionelle Nutzung von Gezeitenmühlen 7

3.1.2 La Rance ­ Das Tidenkraftwerk in Frankreich 8

3.2 Wellenkraftwerke 11

3.2.1 Wellenkraftwerksprojekte 13

3.3 Strömungskraftwerke 14

3.3.1 Projektstudie Seaflow und SeaGen 15

3.4 Meereswärmekraftwerke 17

3.5 Osmose- Kraftwerke 19

4 Resümee 21

5 Quellen- und Literaturliste 23

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1 Einleitung - Die Wasserkraft als unerschöpfliche Energiequelle

Die Diskussion um die Energieversorgung der Zukunft, ist seit dem Preisanstieg bei den

PKW- Kraftstoffen und Heizöl in der breiten Öffentlichkeit ein aktuelles Thema. Jeden Tag

erreichen uns aus dem Medien neue Artikel zum Thema Energie, so dass die Gesellschaft seit

kurzem mit dem Umgang von endlichen Rohstoffen, durch den starken Preisanstieg, sensibler

geworden ist.

Auf der Suche nach Möglichkeiten aus der Energiekrise ist der Mensch auf kreative Ideen zur

Gewinnung von Energie angewiesen. Die größten Potenziale zur Krafterzeugung sind in Form

von natürlichen und unendlichen Ressourcen in Wind, Sonne, Boden und Wasser vorhanden.

Seit Jahrhunderten wird die mechanische Energie des Wassers in Mühlen oder Hammerwerke

genutzt. Mit der Zunahme am Strombedarf im 20. Jahrhundert gibt es Anlagen zur

Stromgewinnung aus Wasserkraft. Insbesondere an Flüssen wurden Anlagen zur

Stromerzeugung gebaut. In Deutschland wurde die erste Versuchsanlage zur Erzeugung von

erneuerbarer Energie 1913 errichtet.

In Kuba hat man schon 1929 die erste OTEC (Ocean Thermal Electric Conversion) ­ Anlage

realisiert. Man nutzt die Temperaturdifferenz zwischen Wasseroberfläche und Tiefengewässer

des Meeres aus. Auf die jeweiligen grundsätzlichen Funktionsweisen zur Gewinnung von

Energie aus dem Meer und auf die die bisherigen Möglichkeiten zur Stromerzeugung werden

in den folgenden Abschnitten weiter eingegangen.

Die Wasserkraft war und ist für den Menschen einer der faszinierendsten und

unerschöpflichen Energielieferanten der Erde. Zumal mehr als 70 % der Erde mit Wasser

bedeckt sind und es damit ein sehr nahe liegendes Element ist, das sich die Menschheit

zunutze macht.

So kommt es, dass die Wasserkraft derzeit eine der intensivsten Formen für die Stromnutzung

geworden ist1. Weltweit beträgt die Wasserkraft 18 % an der Stromversorgung, in

Deutschland sind es dagegen nur 4 %2. In 20 Ländern beträgt der Anteil an Wasserkraft an der

Energieversorgung über 90 %, dies sind Länder wie z.B. Norwegen oder Paraguay. Die

intensive Nutzung der Wasserkraft ist aufgrund der topographischen sowie klimatischen

Bedingungen sehr unterschiedlich verteilt. Die lokalen Gegebenheiten bieten auch für die

Meeresenergiegewinnung nur beschränkte Einsatzmöglichkeiten innerhalb der jeweiligen

Länder. Die Meeresenergie kann auch außerhalb der Drei ­ Meilen -Zone gewonnen werden

und ist somit nicht mehr an Landesgrenzen gebunden.

1 Dena [Deutsche Energie Agentur GmbH] (2006).Die Deutsche Wasserkraftindustrie. Verfügbar im Internet

unter: http://www.renewables-made-in-germany.com/index.cfm?cid=1525 (Stand 09.03.06)

2 Bine Informationsdienst, Fachinformationszentrum Karlsruhe (2004). Wasserkraft.

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Die Energiegewinnung aus dem Meer dient der Verwirklichung ökologischer und auch

ökonomischer Ziele. Sie dient dem Schutz und der Erforschung der Meere, einem besseren

Verständnis unsere Umwelt, einer Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und damit

auch ein Schutz gegen geopolitische Interessenkonflikte. Es sollte also im Interesse aller

beteiligten Länder liegen, das Thema Meeresenergie weiter zu entwickeln und zu erforschen.

Diese Arbeit beschäftigt sich im primär mit den Möglichkeiten und schon realisierten

Kraftwerken bzw. die mit denen die sich in einem Projektstadion befinden.

Diese Arbeit spannt einen Bogen von der Vergangenheit über die Gegenwart hinüber zu

Zukunftsvisionen der Gewinnung aus der Bewegungskraft der Ozeane und Meere.

Den Anfang macht eine kurze Einführung der Möglichkeiten zur Wasserkraftgewinnung. Der

darauf folgendem Abschnitt beschäftigt sich dann mit den Nutzungsmöglichkeiten der

Kraftgewinnung aus dem Meer.

2 Wasserkraft an Land und Meer

Konventionelle Kraftwerke produzieren ihren Strom an Flussläufen oder an Gebirgshängen.

Dieses geschieht durch große Durchlaufmengen zum Beispiel in Flüssen

(Laufwasserkraftwerke) oder durch Höhenunterschiede in Gebirgsgebieten (Pump-

Speicherkraftwerke). Diese Kraftwerkstypen sind eine lohnende Investition, haben aber neben

den ökonomischen Vorteilen auch einige ökologische Nachteile.

Ein gutes Beispiel ist der derzeit im Bau befindliche Drei- Schluchten- Staudamm am

Changjiang (Yangzi) in China, welcher ab 2009 eine Leistung von 18.200 MW3 erbringen

soll. Genau genommen ist dieser Damm kein Damm, sondern eine Talsperre. Damit wird ein

kleiner Teil des riesigen Energiebedarfs der Republik China gedeckt. Die Wartungsfreiheit

einer Talsperre und der langlebige Einsatz sind entscheidende Vorteile. Auch die

Abkoppelung von konventionellen Kraftwerken (Atom, Kohle, etc.) um die Einhaltung von

Umweltstandards zu erreichen sind entscheidende Faktoren für den Weltmarkt sich dort

Waren zu ordern. Der sensiblere westliche Konsument will ökologische Standards gesetzt

sehen, um mit guten Gewissen Dienstleistungen und Güter zu ordern. Die Nachteile einer

Sperre sollen aber nicht verschwiegen werden. Denn es sollen bei einem normalen

3 Gutowski, Achim (2000) Der Drei-Schluchten-Staudamm in der VR China ­ Hintergründe, Kosten-Nutzen-

Analyse und Durchführbarkeitsstudie eines grossen Projektes unter Berücksichtigung der Entwicklungs-

zusammenarbeit. In IWIM - Materialien des Universitätsschwerpunktes "Internationale

Wirtschaftsbeziehung und Internationales Management, Bremen. Bd. 19

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Wasserstand des Staussees 23.793 Hektar Land überflutet werden. Damit wird die heimische

Flora und Fauna komplett vernichtet4. Welche wirtschaftlichen Folgen und

Umweltkatastrophen durch diese Sperre, hervorgerufen werden ist derzeit noch nicht

abzusehen.

Die Vorteile von Kraftwerken am Land sind die hohe Zuverlässigkeit, geringe Betriebskosten

und eine hohe Lebensdauer. Die ökologischen Folgen für Flussläufe und der Infrastruktur-

veränderung (Umsiedlung von Mensch und Tier) beim Aufstauen des Stausees können die

Umweltbilanz stark beeinträchtigen.

Die Potenziale der Wasserkraft an Land werden heute weitestgehend ausgeschöpft. Neue

Standorte lassen sich nicht mehr ergiebig nutzen und sind damit unrentable und unwirksam.

So sieht die Lage auf den europäischen Kontinent aus, Global könnten noch einige wenige

Projekte realisiert werden.

Die Energiegewinnung aus dem Meer ist dagegen weitestgehend ungenutzt. Das

Energiereservoir der Meere stellt eine unerschöpfliche Quelle der Energieversorgung dar5. Es

gibt eine Vielzahl an detaillierten Konzepten für diese Form der Energiegewinnung. Dennoch

werden sie in der Praxis bisher nur im geringen Umfang umgesetzt. Die Möglichkeiten, um

aus Bewegung Energie zu erzeugen, beschränken sich auf mechanische Energie (Wellen,

Gezeiten und Strömungen), thermische Energie, und osmotische Energie (Gewinnung von

Energie aus den unterschiedlichen Salzgehalten).

Einige wenige Projekte verwenden schon seit Jahrzehnten die Möglichkeit die

Bewegungsenergie der Meere zu nutzen. Praktische Umsetzungen finden wir zum Beispiel in

Frankreich oder England, wo Gezeiten- oder Strömungskraftwerke teilweise schon seit

Jahrzehnten im laufenden Betrieb sind beziehungsweise waren.

Im weiteren Verlauf soll zunächst die Frage nach den Möglichkeiten zur Energiegewinnung

aus dem Meer geklärt werden um einen Einblick in die Thematik zu erhalten. Die

Realisierung solcher Systeme und deren Potenziale sollen dabei näher erläutert werden.

Darüber hinaus wird ein kurzer historischer Abriss gegeben, soweit dieser möglich ist, denn

die Gewinnung von Energie aus dem Meer eine relativ neue Technologie, obwohl die

Nutzung von Gezeiten eine alte Tradition hat.

4 Geo Magazin 06/2003 (2003): China: Die Zähmung des "Langen Flusses".

5 World Energy Council (2001): Survey of Energy Resources 2001 ­Tidal Energy. London 2001.

Verfügbar im Internet unter: http://www.worldenergy.org/wec-geis/publications/reports/ser/wave/wave.asp

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3 Wasserkraftwerke ­ Nutzung der Meeresenergie

Das Meer ermöglicht durch die vielfältigen Wasserbewegungen eine kleine Anzahl an

Kraftwerkstypen. Die Wasserkraft lässt sich im Gegensatz zur Windenergie oder

Sonnenenergie mannigfaltiger ausnutzen. Durch die drei Energieformen (mechanische,

thermische und osmotische Energie) können derzeit fünf grundsätzlich verschiedene

Kraftwerkstypen erstellt werden.

Für jede dieser fünf Kraftwerksformen wird im folgendem die grundsätzliche Funktionsweise

erläutert.

3.1 Gezeitenkraftwerke

Das Gezeitenkraftwerk nutzt die Bewegungsenergie,

die von Flut und Ebbe bereitgestellt wird. Die

Kraftwerke werden in einer Flussmündung oder einer

Bucht errichtet. Eine Staumauer trennt das offene

Meer von der Mündung ab. In der Staumauer befindet

sich pro Röhre eine Turbine, die durch die

Gezeitenenergie angetrieben wird. Bei Flut strömt das

Meerwasser in die Bucht und bei Ebbe fließt es wieder

zurück, so kann der Rotor im Damm angetrieben

werden6. (siehe Abb. 1)

Dieser Anlagentyp nutzt die Fließrichtungen optimal

aus, der Nachteil dabei ist allerdings, dass diese

enormen Tidenhöhen nur begrenzt auf der Erde zur

Verfügung stehen.

Bei maximalen und minimalen Wasserstand steht

dieser Typ von Anlage still. Dieses Kraftwerk erzeugt

Abbildung 1:

also nur einen schwankenden Beitrag zur

Quelle:

Stromerzeugung. Zusätzlich zu den kurzfristigen http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Gezeitenkraftwerk.png

Schwankungen kommt eine rhythmische, langfristige

6 U.S. Department of Energy: Ocean Tidal Power

http://www.eere.energy.gov/consumer/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50008

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