Wellenenergie ausgewählte Länder II

Wellenenergie in Portugal

Unter dem Namen European Pilot Plant entsteht 1998 im Nordwesten der portugiesische Azoreninsel Pico im Atlantik das erste experimentelle Wellenkraftwerk, das mit EU-Mitteln finanziert wird. Es läutet nach längerem Stillstand eine neue Phase in der Erforschung der Meeresenergie ein und wird im Rahmen der Weltausstellung Expo in Lissabon vom Institut für Zukunftsweisende Technologien (IZT) der Universität Leipzig vorgestellt. Die Mechanik der OWC-Anlage kommt von der schottischen Firma A.R.T (heute Wavegen), die Elektronik von Efacec aus Portugal. Die Größe des Prototyps mit einer Wells-Turbine von etwa 2,5 m Durchmesser erlaubt eine Leistung von 400 kW, womit rund 10 % des Strombedarfes der Insel gedeckt werden sollten. 

Nach einem guten Start gibt es jedoch einige schwere bautechnische, mechanische und auch finanzielle Störungen, so daß die Anlage nur kurz in Betrieb ist und anschließend mehrere Jahre „wie ein gestrandeter angerosteter Großcontainer“ auf einem Klippenvorsprung der Vulkaninsel aus Lava steht.

Erst 2005 entschließen sich die Regierung Portugals und der nationale Stromkonzern EDP, das wissenschaftliche Pilotprojekt zu retten und investieren für seine Instandsetzung – zusammen mit EU-Fördermitteln – 1 Mio. €. Der Koordinierungsauftrag geht an das renommierte Wave Energy Centre in Lissabon, eine Nonprofit-Organisation, und Ende Oktober 2006 geht die ‚European Pilot Plant’ wieder in Betrieb.

Es ist jedoch fraglich, ob nicht eine andere Motivation hinter der Widerbelebung des Projektes steht, denn gerade in Portugal gehen die ersten großen Projekte an den Start, die zumeist vom privaten Sektor initiiert werden.

2004 wird das niederländische Archimedes Wave Swing-Prinzip (AWS) getestet, inn Foz bei Porto ist 2005 ein OWC-Wellenbrecherkraftwerk im Bau, das auf den Erfahrungen von Pico basiert, und 5 km vor der portugiesischen Atlantikküste, bei Aguçadoura in der Provinz Varzim im Norden des Landes, entsteht ab Mitte 2006 das erste kommerziell genutzte Wellenkraftwerk der Welt. Die Motivation: Die Regierung in Lissabon hatte beschlossen, Strom aus dem Meer mit 22 Cent pro kWh zu vergüten.

Das System der schottischen Firma ODP (s.d.) besteht aus jeweils vier halb untergetauchten 30 m langen Stahlzylindern mit hydraulischen Kolben in den Verbindungsstücken (s.u. Pelamis, Schottland). Durch das andauernde heben und senken wird ein Hochdruck-Öl durch einen Hydraulik-Motor gepumpt, der wiederum den Generator antreibt. Zunächst sollen zwölf Röhren, d.h. drei 750 kW Systeme von jeweils 120 m Länge mit einer Gesamtleistung von 2,25 MW verankert werden. In einer späteren Ausbaustufe sollen dann sogar über 100 Zylinder zum Einsatz kommen.

Damit Pelamis weiter erforscht werden kann, wird es durch ein armdickes Kabel verbunden, das im Wesentlichen aus Stahlarmierungen besteht, mit einem in seinem Inneren liegenden kupfernen Hochspannungskabel, durch die der Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird, sowie kleinere Stromleitungen zur Notversorgung der Aggregate an Bord, und haarfeine Glasfaserkabel zum Austausch von Daten.

Der Kabelanschluss ist ein sensibler Punkt, denn eines der Argumente für das Seeschlangen-Kraftwerk ist gerade seine Wartungsfreundlichkeit. Dazu zählt nicht nur die Zuverlässigkeit im Betrieb, sondern auch der geringe Aufwand im Ernstfall, falls eine Störung vorliegt. Pelamis kann in einen sicheren Hafen geschleppt werden, wo auch bei schwerer See gearbeitet werden kann. Das spart Zeit und Geld – jedoch nur wenn das Ab- und Ankoppeln auch unter Seegang funktioniert.

Ende September 2007 wird das Wellenkraftwerke vor Portugal offiziell eingeweiht und in Betrieb genommen. Die Einspeisevergütung für Strom aus Meereswellen beträgt hier zur Zeit 23 Cent/kWh.

Russland ab 1991 und die Energie der Wellen

Im Mai 2007 melden Wissenschaftler des privaten russischen Centre of Renewable Energy die Entwicklung und Patentierung eines neuartigen kleinen Wellenenergiesystems. Die Entwicklung sei sehr preisgünstig und einfach in der Montage. Man plant bereits für den Sommer des Jahres den Einsatz einer entsprechenden Versuchsanlage.

Weitere Informationen liegen mir bislang noch nicht vor.

Schottland und die Wellenenergie

Obwohl Schottland zu Großbritannien gehört – immer noch! -, haben wir es separat aufgeführt, da man sich hier schon seit längerem und auch besonders intensiv mit der Nutzung der Wellenenergie beschäftigt – und dies insbesondere in Kooperation mit Portugal (s.o.)

Bereits im Jahre 1984 bildete sich ein Firmen-Konsortium aus Großbritannien, der Schweiz und den Niederlanden, um das Konzept des National Engineering Laboratory in East Kilbride nahe Glasgow umzusetzen. Dieses sieht fest verankerte Betonkammern vor, in welchen Wassersäulen oszillieren und die zusammengepresste bzw. angesogene Luft über Turbinen zur Stromerzeugung nutzen (OWC-Prinzip). Bereits Anfang 1985 wurde mit dem Bau begonnen, und nach 18 Monaten sollte dieses Kraftwerk rund 25 % des Strombedarfs der Insel Lewin decken. Die geplanten Kosten betrugen 12 Mio. Englische Pfund. Die Betonkonstruktion ist 33,6 m hoch, wobei der Boden in 20 m Wassertiefe fest verankert ist. Auf 60 m Breite gibt es 4 parallele Wellenkammern mit jeweils einem 1-MW-Generator. Der gleichgerichtete Strom wird per Seekabel an Land geschickt.

1991 entsteht ein kleineres Versuchsprojekt auf der Insel Islay vor der schottischen Westküste.

Im Sommer 1995 sollte das ‚erste kommerzielle Wellenkraftwerk der Welt’ mit einer Leistung von 2 MW in Betrieb gehen. OSPREY 1 (Ocean Swell Powered Renewable Energy, = ‘Fischadler’) wurde von der ‚Applied Research & Technology Ltd. (ART)’ in Inverness entwickelt und 300 m vor der schottischen Nordküste an der Mündung des Clyde-Flusses vor Glasgow verankert. Ein Konsortium aus sechs Firmen investierte vier Mio. Pfund in die Anlage.

Der fast 20 m hohe Stahlkoloß hat ein Gewicht von 8.000 t, funktionierte ebenfalls nach dem Wasser- bzw. Luftsäulen-Prinzip und sollte in einer zweiten Ausbaustufe mit einem zusätzlichen 1,5 MW Windgenerator ausgestattet werden. Doch nur wenige Tage nach der Installation Mitte August 1995 wurde die Anlage durch einen der ersten Sommerstürme zerstört und versank im Atlantik.

Im Januar 1998 wird im schottischen Edinburgh die Ocean Power Delivery Ltd. gegründet, um das auch als Sea snake bezeichnete und von dem Maschinenbau-Ingenieur Richard Yemm erfundene Wellenkraftwerk Pelamis WEC zu realisieren. In Kooperation mit mehreren Universitäten wird bereits im Mai mit den Tests an Kleinmodellen begonnen. Das wie eine Wasserschlange halb untergetauchte Pelamis-System besteht pro Einheit aus drei röhrenförmigen Segmenten von 350 cm Durchmesser, die zusammen 120 m lang sind und 750 kW erzeugen. Jedes der miteinander durch Gelenke verbundenen Segmente beinhaltet ein komplettes Energiewandlermodul mit einer Leistung von 250 kW.

Durch die welleninduzierte vertikale und horizontale Knick- oder Pendelbewegung der Module wird an den hydraulischen Gelenken ein hoher Druck erzeugt, der ein Hochdrucköl durch einen hydraulischen Motor preßt, welcher wiederum an einen Stromgenerator gekoppelt ist. Die Pelamis-Kraftwerke arbeiten optimal bei Wassertiefen von 50 – 60 m, also meist in einer Entfernung von 5 – 10 km vom Strand. Der Wirkungsgrad wird mit 70 – 80 % angegeben. Ein Vorteil gegenüber anderen Technologien: Die Anlage paßt sich dem Takt des Meeres an und übersteht selbst starke Stürme. Hofft man.

Ab März 2002 finanziert ein internationales Konsortium unter Leitung der Norsk Hydro Technology Ventures die Entwicklung mit 9,8 Mio. €, und im Laufe des Jahres 2005 wird der erste Prototyp dem neuen European Marine Energy Centre in Orkney übergeben. Die Anlage produziert genug Energie, um 500 Haushalte zu versorgen.

2006 wird mit der Installation von drei großen P1-A Pelamis Maschinen 5 km vor der nordportugiesischen Küste bei Aguçadoura begonnen (s. Portugal). Federführend für dieses 2,25 MW Projekt (3 x 750kW) sind die Unternehmen Enersis und Babcock & Brown. Enersis hat Interesse, dieses Projekt in Zukunft auf 20 MW zu erweitern. Vier weitere Anlagen für den Auftraggeber ScottishPower werden 2007 in einer Entfernung von 2 km vor der Westküste von Orkney installiert, wo sie im Rahmen der öffentlich finanzierten Orcadian Wave Farm vom European Marine Energy Centre (EMEC) untersucht werden. Das dritte Projekt unter der Leitung von E.ON UK und Ocean Prospect sieht bis zu sieben Pelamis Generatoren mit einer Gesamtleistung von 5 MW vor, die in einer Entfernung von 15 km vor Hayle an der Nordküste Cornwalls im Rahmen des Wave Hub Projektes genutzt werden sollen.

Im September 2007 wird die Ocean Power Delivery Ltd. aus Edinburgh in Pelamis Wave Power umbenannt und bekommt die die Auszeichnung als ‚British Best Renewable Energy Company of 2007’.

Seit 2000 gibt es außerdem bei Limpet auf der Isle of Islay an der schottischen Westküste eine kleine Felsküsten-OWC-Anlage mit einer Leistung von 500 kW, die von der Firma Voith Siemens und ihrer Tochtergesellschaft Wavegen betrieben wird, und als das bislang weltweit einzige Versuchsanlage gilt, die aus Wellenkraft erzeugte Elektrizität in ein kommerzielles Stromnetz einspeist. Hier wird eine Wells-Turbine eingesetzt – benannt nach ihrem schottischen Erfinder Alan Wells -, die sich unabhängig von der Anströmung immer in der gleichen Richtung dreht.

Der britischen Erfinder George Leslie aus Kirkwall stellt Mitte 2005 einen weiteren Vorschlag für ein Wellenkraftwerk vor. Dabei geht es um ein kompliziertes System von Spulen, in denen eine Mischung aus Luft und Wasser zyklisch expandiert und wieder zusammengepreßt wird. Ein kleines, eigenhändig hergestelltes Modell zeigt bereits erfolgreich die Funktion. Als nächstes soll ein 10 kW Modell im Hafen von Lerwick getestet werden. Einer der Vorteile des Systems ist, daß es keinerlei beweglichen Teile besitzt.

Im August 2006 schließen die britische RWE-Tochter npower renewables und die schottische Wavegen, Tochtergesellschaft der österreichischen Voith Siemens Hydro, ein Abkommen zur Entwicklung eines 3 MW Wellenkraftwerks auf der Hebrideninsel Lewis, das auf der OWC-Technologie basiert, wie sie in Wavegens Limpet-Anlage seit 2000 im Einsatz ist. Um Baukosten zu sparen soll das Kraftwerk in eine Küstenschutzmauer integriert werden.

AWS Ocean Energy Ltd. in Alness ist ein 2004 gegründetes schottisches Unternehmen, das an einem AWS wave energy Konverter arbeitet, wobei das AWS für ‚Archimedes Wave Swing’ steht. Die ursprünglich von der holländischen Teamwork Techniek entwickelte Anlage besteht aus einem großen luftgefüllten Zylinder, der sich komplett unterhalb der Wasseroberfläche befindet. Die welleninduzierte Relativbewegung zwischen dem oberen, schwimmenden Part und dem unteren, festen Teil wird über einen Lineargenerator zu Strom umgewandelt.

Eine 1,5 MW Pilotanlage wird schon ab Oktober 2004 im Rahmen des Thermie-Projektes der EU an der nordportugiesischen Küste bei Póvoa de Varzim getestet, speist ihren Strom erfolgreich ins Netz ein und erzielt dabei einen Wirkungsgrad von 35 %. Das Archimedes Wave Swing System (AWS) wird 6 m unter der Wasseroberfläche installiert, wobei die Bojen auch relativ nah nebeneinander montiert werden können.

Im März 2006 beginnt AWS neue Techniker und Ingenieure zu rekrutieren und gibt im April bekannt, daß sich die Investmetgruppe RAB Capital mit 2 Mio. englischen Pfund eingekauft hat. Damit soll 2007 eine weitere Anlage hergestellt werden, die als ‚Mark Two design’ dann ab 2008 am European Marine Energy Centre (EMEC) in Orkney installiert und erprobt werden kann. Für das dritte Quartal 2010 ist dann der Baubeginn eines Feldes mit insgesamt 20 Einheiten geplant, das etwa 12 Monaten später in Betrieb gehen kann. Die kommerziellen Bojen werden etwa 25 m hoch sein, einen Durchmesser von 12 m haben, mit Schwungscheiben ausgestattet sein und 1 MW erzeugen können.

Im September 2007 berichtet die Presse über das Konzept des neuen Unternehmens Aquamarine Power in Edinburgh. Dabei geht es um den Oyster, der etwa fünf Jahre zuvor von Sian McGrath erfunden wurde. Versuche mit einem Labormodell im Maßstab 1:20 verlaufen sehr erfolgreich, so daß die Ingenieure damit beginnen, einen Prototypen in Originalgröße herzustellen, der ab Januar 2008 vor der schottischen Küste am European Marine Energy Centre in Orkney untersucht werden soll. Anschließend möchte man eine komplette Wellenfarm als Demonstrationsanlage und für Tests installieren

Bei dem Oyster handelt es sich um einen im Wellengang hin und her schwingenden Konverter, der eine gewisse Ähnlichkeit mit den früher weitverbreiteten Industrieheizkörpern hat. Die Bewegung wird in hydraulischen Druck umgesetzt, der ein Land eine Turbine betreibt. Pro Einheit sollen zwischen 300 und 600 kW erzeugt werden können, und man plant schon kommerzielle Farmen mit 10 Stück und einer Gesamtleistung von bis zu 6 MW.

Schweden und die Wellenenergie

Seit 1992 arbeit ein Team an der Chalmers-Universität in Göteborg an einem System, das für küstennahe Gewässer gedacht ist und wie ein Triangel in der Brandung schwimmt. Es besteht aus Schaufelrädern, die zu zwei langen Wasserwalzen von jeweils etwa 23 m verbunden und scherenförmig gespreizt sind. Flutet eine Welle über die Walzen hinweg, werden die oberen Schaufelkammern mit Wasser gefüllt, das Rad kippt vornüber. Weicht die Welle zurück, kann das Wasser aus den wieder aufwärtsdrehenden Schaufeln herausfließen. Im Wellental strömt Luft ein und unterstützt durch den Auftrieb die Drehung der Rotorachse. Die Wellenenergie wird damit direkt in Drehbewegung verwandelt und die Kraftübertragung erfolgt auf einen Generator am Kopf der verankerten Anlage. Da die Anlage fast ausschließlich aus Aluminium besteht und ohne schwere mechanische Teile auskommt, ist sie leicht zu transportieren und zu installieren.

UdSSR (bis 1991)

Eine 800 kW Anlage geht 1968 vor Murmansk in Betrieb.

Wissenschaftler des Forschungsinstituts für Energetik ‚G. M. Krschischanowski’ entwickelten Mitte der 1980er Jahre einen ‚Schwimmer-Umformer’, der etwa 100 bis 200 m vom Ufer entfernt betrieben werden soll und aus einem Schwimmer besteht, in dem sich eine Hubkolbenpumpe, eine Heißluftturbine und ein Elektrogenerator befinden.

Die Wellenenergie in den USA

In den USA bekommt bereits in den 1930ern System zur Nutzung der Wellenenergie reichlich Presse, insbesondere eines, das von einem Erfinder aus Los Angeles stammt. Die von diesem vorgeschlagenen gewaltigen runden Bojen besitzen einen sogenannten ‚inertia motor’, der im Grunde aus einem sehr schweren Gewicht besteht, daß der hebenden Energie der Welle Widerstand entgegengesetzt. Dadurch werden Kolben in Zylindern bewegt, die einen Ölkreislauf unter hohem Druck erzeugen, der wiederum eine Turbine antreibt, durch deren Generator Strom erzeugt wird.

Der Vorschlag schafft es sogar auf das Titelblatt der Modern Mechanix vom August 1932.

Zwei Jahre später wird über die Erfindung von Chester E. Shuler, ebenfalls aus Los Angeles, berichtet. Dessen System besteht aus großen Schwimmern mit festen Betonfundamenten, die mittels Gegengewichten und einem Getriebe die Bewegungen der Welle in nutzbare Energie umsetzen. Dabei wird die zyklische Zugkraft auf ein großes Schwungrad in der Transformerstation an Land übertragen. Aus der Darstellung wird deutlich, daß für diese Idee wohl eine der damals überall in Amerika verbreiteten Öl-Förderpumpen Pate gestanden hat.

Die Firma Lockheed experimentierte Anfang der 1970er Jahre mit einem ‚Damm-Atoll’ aus schwimmenden Inseln von 80 m Durchmesser, die sich wie Frisbee-Scheiben im Wasser wölbten und jeweils 1 – 2 MW hätten abgeben können. Eine weitere einfache von Wellenenergie betriebene Pumpe entwickelte die ‚Scripps Institution of Oceanography’. Und am ‚Institut of Oceanography’ in Kalifornien wurde ein Wellenenergiewandler entwickelt, der im Wasser steht. Beim Eintauchen des Schwimmkörpers schiebt sich Wasser durch eine lange Röhre in ein Reservoir. Das Wiederausströmen des Wassers läßt sich durch das automatische Schließen des Klappenventils verhindern. Ist das Reservoir gefüllt, strömt Wasser über eine Reihe von Turbinen zurück ins Meer. Andere Vorschläge betreffen 1 x 2 m große Aluminium­platten, die der Wellenfront ent­gegengestellt je 1 kW/h erzeugen sollen. In den Folgejahren wurde aber keines dieser Modelle ernsthaft weiterentwickelt.

1979 erfunden und 1982 patentiert versuchen die Erfinder Herbert K. Sachs und George A. Sachs aus Michigan 2007 noch immer – inzwischen mit einem neuen Design – mit ihrem GyroWaveGen (bzw. generic GyroGen) auf den Markt zu kommen. Zur Stabilisierung der Position gegenüber den Kräften der Welle in wird hier ein Schwungrad eingesetzt. Die Firma Paradyme Systems in Michigan kündigte an, bis Ende des Jahres eine Homepage mit ausführlichen Informationen freizuschalten.

1994 gibt die Firma Ocean Power Technologies bekannt, daß sie ein völlig neues Verfahren zur Nutzung der Wellenenergie entwickelt hat, die ohne jede Art von störanfälligen Turbinen auskommt. Statt dessen werden Plastikfolien zwischen dem Meeresgrund und auf der Wasseroberfläche schwimmenden Flößen gespannt, die piezoelektrische Elemente enthalten, welche die Verformungsenergie in Elektrizität umwandeln. Bis 1996 sollte eine erste Versuchsanlage mit 100 kW Leistung in Betrieb gehen, doch weitere Informationen dazu gibt es nicht mehr, währedn sich die Firma inzwischen der Bojen-Technologie zugewandt hat (s.u.).

Das Startup-Unternehmen Ocean Motion International mit Sitzen in Colorado und Oregon wird 1990 gegründet und patentiert 1995 mit der WavePump ein einfaches System zur Nutzung der Wellenergie. Zu System kombiniert soll der Wasserdruck dann eine Turbine antrieben. Das OMI Combined Energy System (CES) wird Küstenstädten und -gemeinden angeboten. Die geplanten Offshore-Plattformen sollen 5 bis 50 MW produzieren, wobei neben der Stromproduktion und einer RO-Einheit zur Wasserentsalzung auch die Energiespeicherung mittels Wasserstoffherstellung ‚on board’ installiert ist.

Im spanischen Golf von Cadiz werden Versuche unternommen, um das Konzept zu optimieren, und 2002 wird ein 1:20 Funktionsmodell in Dana Point, Kalifornien, öffentlich vorgestellt. Seit 2004 hört man allerdings nichts mehr von dem Unternehmen.

Im Jahr 2000 erfindet und patentiert Steve Khachaturian das VersaBuoy Floating System, zu dessen Entwicklung und Vermarktung er in Urbana, Illinois, die Versabuoy International LLC gründet. Diese Technologie, die nur halb soviel kostet wie die bislang für die Tiefesee hergestellten Ölplattformen, ist modular aufgebaut und erlaubt neben der Nutzung der Wellenenergie auch gleichzeitig die der Windenergie. Kleinere Modellversuche im Maßstab 1:53 verlaufen vielversprechend, ebenso ein sechswöchiges Testprogramm im Offshore Model Basin im kalifornischen Escondido. Später werden vier verschiedene Konfigurationen im Golf von Mexiko getestet, wobei sie auch einen 100-Jahre-Hurrikan schadlos überstehen. Das System besitzt eine Reihe von Stützen, die inneren in mehrere Tanks aufgeteilt sind. Wie die Energieumwandlung konkret verlaufen soll, konnten wir nicht feststellen (oder haben es nicht verstanden).

Im November 2003 beginnt das Unternehmen Independent Natural Resources Inc. (INRI) aus Eden Prairie in Minnesota mit den Tests an ihrem neuen Wellenenergie-System Seadog im Offshore Technology Research Center der Texas A&M University. Nach dem Businessplan, der 2004 veröffentlicht wird, erfolgen praktische Erprobungstests an der Küste von Surfside, Texas, und später, ab dem März 2007 im Golf von Mexiko.

Eine einzelne Seadog-Pumpe, die im Grunde aus einem großen und einem kleinen Zylinder besteht, kann je nach Wellengang bis zu 150.000 l Meerwasser pro Tag pumpen. Danach stellt das Unternehmen eine vergrößerte Version für einen einjährigen Test an der Nordküste Kaliforniens her, außerdem werden mit verschiedenen Interessenten Projekte im Umfang von 14 bis zu 200 Systemen besprochen.

Laut einer Studie des Electric Power Research Institute (EPRI) vom Januar 2005 liegt die gesamte Wellenkraft an den Küsten der USA bei ungefähr 2100 Terawattstunden pro Jahr. Das entsprechende Förder-Programm des US-Energieministerium zur Nutzung dieser Energiequelle wurde zwischenzeitlich zwar aufgegeben, doch trotzdem haben verschiedene Firmen wie Ocean Power Delivery, AquaEnergy Group und Ocean Power Technology die unterschiedlichsten Prototypen weiterentwickelt.

Vom September 2005 datiert der Vorschlag der Oregon State University, einen Lineargenerator und Permanentmagnete zu nutzen, um die Wellenschwingungen in elektrische Energie umzuwandeln. Während der Magnetanker fest mit dem Meeresboden verbunden ist, wird die Spule des Generators an der auf und ab schwingenden Boje befestigt. Das an der Universität entwickelte Konzept kann 250 kW erzeugen, wodurch 200 Bojen ausreichen würden, um den Geschäftsbereich von Portland mit Strom zu versorgen. Im Herbst 2007 wird dann ein erster Prototyp vor der Küste Oregon installiert.

Ebenfalls 2005 wird kurz über eine vermutlich gleichartige Idee von David Woodbridge aus dem Jahre 1972 berichtet, der damals in Satellite Beach, Florida, die Aqua-Magnetics Inc. gründete, die inzwischen von seinem Sohn Thomas, einem ehemaligen NASA-Ingenier geleitet wird.

Der etwa körpergroße Prototyp steht in der heimischen Garage, ist den Anforderungen der Küstenwache entsprechend knallgelb angestrichen und hat bei Versuchen schon 10 W erzeugt. In Originalgröße soll die Anlage 160 kW leisten. Woodbridge besitzt sechs amerikanische und internationale Patente, und seine Entwicklung wurde bereits von der Technological Research and Development Authority des Bundesstaates Florida mit 30.000 $ unterstützt. Aus eigener Tasche hätte er etwa 10.000 $ für die Entwicklung ausgegeben.

Im Dezember 2005 gewinnt der 17-jährige Aaron Goldin an seiner San Dieguito High School Academy im kalifornischen Encinitas mit seinem Gyro-Gen den mit 100.000 $ dotierten und von Siemens Westinghouse gestifteten großen Schülerpreis des Wettbewerbs von 2004/2005. Die mit einem Schwungrad ausgestattete Schwimmboje nutzt die Trägheit, die der Hubenergie der Welle Widerstand leistet, um mit ihrem Generator diese Wellenenergie in Strom umzuwandeln. Die Juroren behaupten, daß sie bislang weder im Internet noch bei einer Patenterecherche ein ähnliches System gefunden haben – was nachweislich nicht stimmt und sich wohl nur mit dem guten Beziehungen Aarons erklären läßt. Trotzdem beantragt der junge Mann ein Patent für seine Erfindung.

Die seit 1994 bestehenden Ocean Power Technologies (OPT) aus Pennington, New Jersey, arbeiten inzwischen an dem PowerBuoy-System, das ursprünglich von der US-Navy entwickelt wurde und dann ab 1997 insgesamt acht Monate lang getestet wird. Es ist für Wassertiefen von 30 – 60 m ausgelegt, was zumeist einer Küstenferne von 1,5 – 8 km entspricht. Im Oktober 2005 wird vor Atlantic City, New Jersey, die erste Demonstrationsanlage mit 40 kW Leistung in Betrieb genommen. Das 15,6 m hohe Gerät schwimmt weitgehend unter Wasser, nur rund 4 m ragen daraus hervor, und der größte Durchmesser nahe der Wasseroberfläche beträgt 3,6 m. Eine gleichgroße Anlage wird 2006 etwa eine Meile vor der Küste Hawaiis installiert, um Strom für die Marine Corps Base der U.S. Navy in Oahu zu liefern, wofür diese 7 Mio. $ bezahlen. Anschließend sollen weitere fünf noch größere Bojen geliefert und angeschlossen werden, um insgesamt rund 1 MW zu erzeugen.

Eine weitere Versuchsanlage ist 2007 in Spanien bei Santoña geplant. Hier wird ein kommerzielles Netz mit einer Gesamtleistung von 1,39 MW ins Auge gefaßt; Kooperationspartner sind der spanische Energieversorger Iberdrola, der französische Mineralölkonzern Total sowie zentrale und regionale spanische Regierungsstellen. Sollte sich die Technik bewähren, wird davon ausgegangen, daß das Wellenenergie-Feld vor Santoña auf 100 MW ausgebaut wird.

Im April 2007 geht das Unternehmen erfolgreich an die Nasdaq, das Ergebnis sind zusätzliche 90 Mio. $ in der Firmenkasse. Zu diesem Zeitpunkt testet OPT seine ersten 150 kW Anlagen im Rahmen eines Projektes in Reedsport, Oregon, und ab 2008 will man Systeme mit 250 kW Leistung vorstellen. Die anschließend ab 2010 geplanten PowerBuoys mit einer Leistung von 0,5 MW sollen 18,6 m hoch werden, von denen sich 5,4 m oberhalb der Wassers befinden, und einen maximalen Durchmesser von 12,6 m besitzen.

Ende 2007 unterzeichnen OPT und die Converteam Ltd. einen Kooperationsvertrag zur gemeinsamen Entwicklung eines Hochtemperatur-Supraleiter-Lineargenerators, der bei den zukünftigen PowerBuoys eingesetzt werden soll. Diese Technologie kann das für die Stromgenerierung notwendige magnetische Feld sehr viel günstiger und – vom Gewicht her – auch wesentlich leichter bereitstellen, als die üblichen Permanentmagnet-Lineargeneratoren. Die exklusive Zusammenarbeit soll mindestens fünf Jahre dauern. Anfang 2008 wird bekannt, daß sich OPT auch an dem Wave Hub Projekt in Cornwall beteiligen wird (s. England)

Die AquaEnergy Group aus Mercer Island, Washington, beantragt Mitte 2006 die notwendigen Genehmigungen für eine Testanlage in der Makah-Bucht im US-Bundesstaat Washington. Die AquaBuoy-Technik des Unternehmens funktioniert über eine Schlauchpumpe, die sich mit den Wellenbewegungen ausdehnt und zusammenzieht. Der Wasserdruck erzeugt dann Elektrizität.

Man projektiert bereits mehrere AquaBuOY-Großanlagen: In Figuera da Foz (Portugal) soll bis 2008, in Makah Bay (Washington) bis 2009, und in Ucluelet (British Columbia) bis 2010 jeweils ein Wellenkraftwerk in Betrieb gehen. In der Endausbaustufe sollen diese drei Projekte zusammen eine Leistung von 200 MW erzielen.

Um die Effizienz bei beispielsweise Messbojen zu steigern, die sich durch den Seegang mit Energie versorgen, experimentiert Jeffrey Cheung, ein Materialwissenschaftler bei  Rockwell Scientific in Los Angeles, seit 2006 mit Ferrofluiden. Diese Magnetflüssigkeiten sind eine Lösung magnetischer Nanopartikel in einer neutralen Flüssigkeit.

Eine der Bauweisen, die Cheung erprobt, ist ein Stabmagnet innerhalb einer mit Magnetflüssigkeit gefüllten Röhre, auf der die Spule gewickelt ist und an deren beiden Enden zwei weitere Magneten befestigt waren, die den Magneten in der Röhre so in Position hielten. Die Reibung des Magneten in der Röhre konnte so auf 1/40 der Reibung auf Eis reduziert werden.

Erste Versuche mit Bojen waren ebenfalls erfolgreich: schon in ruhiger See mit etwa 60 cm Wellengang konnte 1/3 W elektrische Energie gewonnen werden, die nun auf ein Watt gesteigert werden soll.

Eine Boje zur Nutzung von Wellenenergie wird auch von einem aus Australien stammenden und 72 Jahre alten Mr. Taylor entwickelt. Über sie wird Ende 2006 in der Presse berichtet. Der Erfinder plant, bereits 2007 ein großes Modell vor der Küste von Oregon zu installieren, das 50 t wiegt, 10 m breit ist und 150 kW erzeugen soll.

Eine weitere Anlage zur Nutzung der Wellenenergie ist der Wave Rider von SeaVolt aus Berkeley, Kalifornien, bei dem eine Schwimmboje hinauf und hinunter gezogen wird und den Strom über einen hydraulischen Kreislauf produziert.

Versuche in Wasserkanälen sind erfolgreich, bislang ist das Unternehmen noch am projektieren (Stand 2006).

Das WaveBlanket wiederum besteht aus einer dünnen Membran, die auf dem Wasser schwimmt und von den Wellen wie ein Akkordeon bewegt wird.

Die Vorteile dieser Erfindung von Benjamin Gatti aus Lake Park, North Carolina, liegen auf der Hand: kostengünstige, leichte und flexible Strukturen aus luftgefüllter Polymerfolie, einfacher Transport und schnelle Installation. Die Matten lassen sich auch mit einem Überspül-Reservoir kombinieren, oder mit Flossen-Elementen zu Nutzung der Meeresströmung.

Die amerikanische Ocean Wave Energy Co. (OWECO) in Rhode Island arbeitet wiederum an der Kommerzialisierung ihres patentierten OWEC Ocean Wave Energy Converter für den sie vom Gouverneur von Rhode Island auch schon einen ‚Energy Innovation Award’ bekommen hat.

Bis 2006 werden drei verschiedene Modelle in Wassertanks getestet, die alle auf einer Anzahl von Schwimmkugeln beruhen, die mittels Gestänge an zentral und fest installierten Wandlerkugeln befestigt sind.

Im März 2007 meldet sich das Unternehmen Swell Fuel aus Houston mit einer eigenen Innovation, dem Duckdiver, der nicht nur vom Namen her an die Salter Ducks erinnert (s. England). Das von Chris Olson erfundene und patentierte Lever Operated Pivoting Float System wird für wissenschaftliche Untersuchungen und Studienzwecke auch schon kommerziell angeboten. Das auf und ab der Wellen beschleunigt den Rotor auf 200 Umdrehungen pro Minute. Bislang wurden 24 verschiedener Prototypen hergestellt. Das Unternehmen möchte später mit vier verschiedenen Leistungsklassen auf den Markt kommen: mit 20, 100, 1000 und 5000 W. Im Oktober 2007 werden an der Universität von Rhode Island Versuche im Wellenkanal durchgeführt, anschließend gelingt es dem Unternehmen, Lizenzen für seine Technologie an sieben südamerikanische Staaten zu verkaufen, in denen 2008 lokaler Hersteller auf den Markt gehen wollen.

Im August 2007 beendeten Forscher des SRI International im kalifornischen Menlo Park ihre mehrmonatigen ersten Test im Ozean vor Florida. Dort hatte man um 2003 sogenannte ‚künstliche Muskeln’ erfunden, mit denen nun die Wellenenergie genutzt werden soll. Das gummiartige Material mit dem Namen ‚electroactive polymer artificial muscle’ (EPAM) erzeugt durch das zyklische Auseinanderziehen und der anschließenden Kontraktion Elektrizität, ohne daß es dafür weiterer Geräte bedarf. Man hofft, dadurch sehr preisgünstige Systeme entwickeln zu können.

Der Generator der SRI-Forscher besteht aus einigen Quadratmetern von handelsüblichem Gummimaterial mit einer Dicke von 0,1 mm, das wie in einem Sandwich zwischen zwei Polymermatten als Elektroden aufgewickelt wird, in denen sich das konduktive Material befindet. Sobald der entstandene Tubus auseinandergezogen wird (bei der Boje durch ein nach unten ziehendes Gewicht), wird die isolierende Gummischicht dünner und verringert die Entfernung zwischen den beiden Elektroden. Durch einen geringen Batteriestrom angeregt fließt etwas Energie zwischen den Elektroden, doch sobald das Gummi wieder in seinen Originalzustand zurückspringt, zwingt es die Elektroden auseinander und indiziert dadurch eine höhere Voltzahl, die abgezapft und in einem Stromkreis genutzt werden kann. Bei einer Wellenhöhe von 80 cm erreicht der künstliche Muskel eine Leistung von 20 W. Weil die Wellen jedoch nur alle vier Sekunden kommen, wird ein Dauer-Output von 5 W erreicht. Eine Rolle von 1 m Länge und 50 cm Durchmesser soll mit einer optimierten Elektronik und einen entwickelten Bojemodell 1 kW erzeugen können.

Problematisch ist nur die einige Kilovolt betragende Voltzahl, die erst herunter transformiert werden muß. Dies war auch das Hauptproblem bei dem Schuh, denen das Forschungsinstitut schon vor einigen Jahren vorgeführt hat. In dessen Sohle befindet sich ein Stück des Polymers, wodurch es dem Träger gelingt, während des Laufens sein Handy zu laden – sofern irgendwo auch ein kleiner Transformator untergebracht ist. Weitere Einsatzmöglichkeiten für das Material bietet der große Bereich des Micro Energy Harvesting (s.d.). SRI möchte bereits 2009 Systeme für diesen Bereich anbieten, mit der Produktion von Energie in großem Maßstab rechnet man in 5 bis 10 Jahren.

Im Dezember 2007 wird auch über die Ergebnisse der Versuche der Air Force Academy (AFA) berichtet, die Wellenenergie zu nutzen. Hier hat das System Ähnlichkeit mit den Rädern alter Raddampfer, wobei die einzelnen Paddel wie Flossen funktionieren und sich entsprechend der unterschiedlichen Wellenkonditionen anpassen lassen. Man rechnet allerdings mit mehreren Jahren weiterer Forschungsarbeit, um Geräte mit einem Output von mehreren Kilowatt entwickeln zu können.

Eine kleine Patenterecherche ergab, daß es noch viele Dutzend weitere interessante Vorschläge gibt, die ich hier aber nicht alle auflisten möchte. Die meisten von ihnen haben es auch nicht über das Papierstadium hinaus geschafft. Bevor man sich nun mit der Umsetzung eigener Ideen beschäftigt – es haben mich nach der Erstveröffentlichung dieser Seiten einige dementsprechende Mails erreicht – sollte man also auf jeden Fall eine intensive und möglichst internationaler Patenterecherche durchführen um festzustellen, ob es sich bei der eigenen Innovation nicht um ein bereits existierendes Konzept handelt, auch wenn es bislang vielleicht noch nicht umgesetzt worden ist.

Als Vertreter für die vielen Erfinder haben wir William Walter Hirsch aus Huntington Beach, Kalifornien, ausgewählt dessen Patent Nr. 7199481 vom 04.03.2007 eine Anordnung senkrechter Stangen beschreibt, an denen energieerzeugende Schwimmer auf und ab steigen.

Grenzen der Nutzung der Wellenenergie

Die hohen Kosten der Wellenenergienutzung entstehen durch die notwendige Menge kleiner Anlagen in Form sehr langer Transformationsketten. Die Energieleistung ist außerdem relativ gering und unperiodisch. Neben ihrer Stabilität ge­genüber Sturmwellen müssen die Systeme sensibel genug sein, um auch kleine Wellen ausnutzen zu können. Auch treten erhebliche horizontale Schwungkräfte auf, die ent­weder aufgefangen oder ebenfalls genutzt werden können, welche die Anlagen dann aber noch weiter komplizieren.

Zur Erzielung einer konstanten Ausgangsleistung erfordern Wellenkraftsysteme kostspielige  Zwischenspeicher, negati­ve Umwelteinflüsse werden befürchtet und verlässliche Erfahrungswerte zu Wirkungsgraden liegen bislang noch nicht ausreichend vor.

Als nächstes folgen nun diverse andere Technologien zur energetischen Nutzung des Meeres, wie des Temperaturgradienten, des Salinitätsgradienten u.a.