Die Weltmeere und Meere sind aufgrund der in den Wellen- und Gezeitenbewegungen enthaltenen Kraft hervorragende Quellen für erneuerbare Energien. Die Nutzung der kinetischen Energie aus Wellenbewegungen und Gezeitenströmen und deren Nutzung zur Stromerzeugung wird dazu beitragen, die Versorgung mit fossilen Brennstoffen und anderen erneuerbaren Energien zu verbessern.

Der Bau der Infrastruktur im Zusammenhang mit der Gezeitenenergie schreitet jedoch nicht so schnell voran wie der Bau anderer erneuerbarer Quellen wie Windparks und Wasserkraftwerke. Einer der Gründe für die verzögerte Einführung der Technologie sind die Kosten für die Erfassung der Gezeitenkraft.

Unterwasserausrüstung und Baukosten für ein Gezeitenprojekt erfordern erhebliches Kapital, was die Technologie zu einem kostspieligen Unterfangen macht. Dennoch wird sich die Investition auf lange Sicht sicherlich auszahlen, zumal die Welt so viele alternative Stromquellen wie möglich benötigt.

Was ist Gezeitenenergie?

Gezeitenenergie wird durch die Bewegung von Gezeiten und Strömungen des Ozeans erzeugt. Der Aufstieg und Fall des Wassers, auch Gezeitenstrom genannt, ist eine Form der kinetischen Energie, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Aber zuerst muss diese Energie eingefangen werden. Während Windkraftanlagen die Windkraft nutzen und Sonnenkollektoren die Sonnenenergie absorbieren, tragen Gezeitenturbinen dazu bei, die in den Gezeiten und Strömungen enthaltene Energie zu nutzen.

Wie erhält man Gezeitenenergie

Die Kraft der Gezeiten zu nutzen, umfasst mehrere Methoden.

Gezeitenturbinen

Gezeitenturbinen arbeiten wie Windkraftanlagen, außer dass sie unter der Wasseroberfläche arbeiten, während ihre Windgegenstücke darüber arbeiten. Die bewegte Luft dreht Windturbinen, während Meeresströmungen die Flügel von Gezeitenturbinen drehen. Die Turbinen sind am Meeresboden befestigt und nutzen die starke Gezeitenströmung in der Region.

Die Kraft des Stroms drückt die Schaufeln der Turbine, die dann einen Rotor drehen, der mit einem Gezeitengenerator verbunden ist. Der Strom aus den Gezeitengeneratoren wird dann zur Stromerzeugung genutzt.

Da Wasser 800-mal dichter ist als Luft, sind die Rotoren von Gezeitenturbinen kleiner als die von Windkraftanlagen. Als solche können sie viel näher beieinander positioniert werden, was bedeutet, dass sie weniger Platz einnehmen.

Gezeitenstauwerk

Ein Gezeitenstauwerk ist eine Struktur, die einem Damm ähnelt. Es wird normalerweise an Gezeiteneinlässen oder Lagunen installiert, die einen Tidenhub von über 5 Metern aufweisen. Es besteht normalerweise aus Schleusentoren, Turbinen, Dämmen und Schiffsschleusen.

Schleusentore in einem Gezeitenstauwerk steuern den Wasserstand und den Durchfluss. Sie lassen das Wasser bei Ebbe einströmen und bei Ebbe durch Gezeitenturbinen abfließen, die sich am Boden der Struktur befinden.

Ein Gezeitenkraftwerk mit Staustufen erzeugt Strom nach den gleichen Prinzipien wie Wasserkraftwerke, mit der Ausnahme, dass die Gezeitenströmungen in beide Richtungen fließen, anstatt sich aus einem Gebiet mit großer Höhe zu bewegen.

Gezeitenzäune

Ein Gezeitenzaun kombiniert die Eigenschaften eines Gezeitenstauwerks und einer Gezeitenturbine. Während Gezeitenturbinen einzeln auf dem Meeresboden installiert sind, sind Gezeitenzäune eine Reihe von miteinander verbundenen Turbinen mit vertikaler Achse, die auf dem Meeresboden aufgestellt sind.

Aufgrund der Anziehungskraft des Mondes ebben und fließen die Gezeiten und die Bewegung des Wassers erzeugt eine erhebliche Menge an Energie. Gezeitenzäune fangen diese Energie ein. Wie bei Gezeitenstauwerken erzeugt die Kraft der Gezeitenströmungen, die sich durch die Turbinenschaufeln bewegen, Strom. Aber im Gegensatz zu einer Flutsperre, die den Wasserfluss blockiert, lassen Gezeitenzäune das Wasser durch.

Gezeitenenergiekosten

Mehrere Faktoren bestimmen die Bau- und Wartungskosten eines Projekts, insbesondere für Projekte mit umfangreicher Infrastruktur. Bei Gezeitenkraft wirken sich der Zustand und der Standort des Gezeitenkraftwerks oder Gezeitenkraftwerks auf die Vorlaufkosten für den Bau der Anlagen aus, die die Gezeitenenergie nutzen.

Im Allgemeinen sind Gezeitenturbinen kapitalintensiver als solche, die für Offshore-Windprojekte verwendet werden, und ein Gezeitenkraftwerk ist eine der teuersten erneuerbaren Anlagen. Der hohe Investitionsaufwand resultiert in erster Linie aus den aufwendigen und umfangreichen Ingenieurarbeiten, die für den Bau, die Installation und den Anschluss des Kraftwerks an das Stromnetz erforderlich sind.

Da es sich um eine relativ neue Technologie handelt, gibt es nur begrenzte Daten, aus denen eindeutige Zahlen zu den Kosten gezogen werden können. Die Prüfung mehrerer bestehender Gezeitenenergieprojekte trug dazu bei, finanzielle Leitlinien für die Vorlauf- und Wartungskosten von Tidal Power zu erstellen.

Um genügend Strom zu erzeugen, damit sich die Investition lohnt, kostet die Installation von Gezeitenenergie in Gebieten wie Kanada ungefähr 0,66 kanadische Dollar pro kWh. Im Gegensatz dazu werden für den Bau von Turbinen für Offshore-Windprojekte etwa 0,2 bis 0,3 US-Dollar pro kWh benötigt.

Im Allgemeinen kostet die Stromerzeugung für Gezeitenenergie in der Regel zwei- bis neunmal mehr als der Spitzendurchschnittspreis für Windenergie.

Gezeitenkraftwerke der Welt

Um besser zu verstehen, ob Gezeitenenergie die Investition wert ist, werfen wir einen Blick auf einige der größten Gezeitenkraftwerke der Welt.

Sihwa Gezeitenkraftwerk (Südkorea)

Dieses Gezeitenkraftwerk ist mit einer installierten Leistung von 254 MW die umfangreichste und teuerste Gezeitenenergieanlage weltweit. Built-in 2011 erforderte es ein Kapital in Höhe von $ 298 Millionen.

Es besteht aus 10 Generatoren und wandelt Gezeitenkraft mithilfe von Tauchkolbenturbinen in Strom von über 550 GW pro Jahr um.

Die Analyse der Baukosten und der erzeugten Kapazität zeigt, dass die Installation des Sihwa-Gezeitenkraftwerks 117 USD pro kWh kostet. In der Zwischenzeit zahlen die Verbraucher 0 US-Dollar.02 pro kWh für den erzeugten Strom.

Gezeitenkraftwerk La Rance (Frankreich)

Dieses Gezeitenkraftwerk an der Mündung des Flusses Rance in der Bretagne, Frankreich, wurde 1966 in Betrieb genommen und ist damit das älteste Gezeitenkraftwerk der Welt. Es ist auch das zweitgrößte Gezeitenprojekt der Welt.

Zum Zeitpunkt des Baus erforderte das Kraftwerk einen Kapitalaufwand von 115 Millionen US-Dollar. Bereinigt um den Inflationsbetrag betragen die Kosten für Gezeitenkraft aus diesem Kraftwerk in letzter Zeit 382 USD pro kWh, und der erzeugte Strom liegt zwischen 0,04 und 0,12 USD pro kWh.

Annapolis Royal Generating Station (Kanada)

Diese Gezeitenstation in der Bay of Fundy in Nova Scotia, Kanada, ist die drittgrößte der Welt. Der Bau begann 1980 und das Kraftwerk begann 1984 mit der Energieerzeugung.

Während des Betriebs der Anlage lag die Spitzenleistung bei 50 Gigawattstunden pro Jahr. Das ist genug Strom für 4.500 Haushalte.

Die Anlage wurde 2019 aufgrund eines Geräteausfalls stillgelegt.

Jiangxia Gezeitenkraftwerk (China)

Dies ist das größte Gezeitenkraftwerk in China und das erste in Asien. Das Projekt begann 1974 und die erste Turbine wurde 1980 mit einer Spitzenleistung von 500 W in Betrieb genommen.

Im Laufe der Jahre wurden weitere Turbinen hinzugefügt, um die Kapazität des Gezeitenkraftwerks zu erhöhen, die jetzt bei 6,5 GWh pro Jahr liegt.

Gezeitenkraftwerk Kislaya Guba (Russland)

Das 1968 errichtete Gezeitenkraftwerk Kislaya Giba hatte zunächst eine Kapazität von nur rund 0,4 MW. Es wurde für ein Jahrzehnt geschlossen, und bei der Wiedereröffnung im Jahr 2004 führten neue Geräte und technologische Fortschritte zu einer Steigerung der Stromerzeugung. Die Kapazität liegt nun bei 1,7 MW.

Lohnt sich Gezeitenenergie?

Obwohl die Gezeitenkraft tendenziell vorhersehbarer ist als die Sonnen- oder Windkraft, variiert der Gezeitenbereich normalerweise zwischen den Standorten. Weltweit liegt die Variation zwischen nahezu Null und über 16 Metern (52 Fuß). Darüber hinaus ebben und fließen die Gezeiten in Abhängigkeit von der Anziehungskraft der Himmelskörper. Dies bedeutet, dass nicht alle Gebiete ideale Standorte sind, um die Kraft der Gezeiten zu nutzen.

Im Vergleich zu anderen populäreren erneuerbaren Energien wie Solar-, Wind-, Geothermie- und Wasserkraft weist die Gezeitenenergie im Durchschnitt einen niedrigeren Lastfaktor auf, der normalerweise zwischen 20% und 35% liegt. Das liegt daran, dass eine Gezeitenenergieanlage, die bei Ebbe betrieben wird, nur die Hälfte der Zeit Strom erzeugt. Für einen wirtschaftlichen Betrieb muss der Tidenhub mindestens 7 Meter betragen.

Die Gezeitenerzeugung ist auch auf den Zeitraum beschränkt, in dem sich die Gezeiten ändern, da die kinetische Energie während dieser Zeiten aus der Wasserbewegung stammt. Daher erfolgt die maximale Stromerzeugung aus Gezeitenenergieanlagen nur etwa alle 12 Stunden, wenn die Gezeiten ebben oder fließen. In den 6 Stunden zwischen den Gezeitenwechseln findet keine Stromerzeugung statt.

Wenn es um die Kosten geht, ist die Nutzung von Gezeitenkraft zur Stromerzeugung weniger wettbewerbsfähig als die Nutzung anderer Anbieter erneuerbarer Energien. Der geringere Lastfaktor und begrenzte Erzeugungsspitzenzeiten sind die Gründe für diesen Preisnachteil.

Obwohl beispielsweise Gezeitenenergie zuverlässiger ist als Windenergie, ist Strom aus Gezeitenkraft zwei- bis neunmal teurer als der Durchschnittspreis für Strom aus Windenergie.

Vorteile der Gezeitenenergie

• Umweltfreundlich: Gezeitenenergie ist eine grüne Energiequelle, da ein Gezeitenkraftwerk Strom produziert, ohne Treibhausgase auszustoßen. Aufgrund der Bedrohung durch die globale Erwärmung spielen emissionsfreie Energiequellen eine wichtige Rolle im Kampf gegen den Klimawandel.
• Vorhersagbarkeit: Die Gezeiten ebben und fließen aufgrund der von Himmelskörpern ausgeübten Gravitationskraft, die dazu führt, dass sich die Gezeiten jeden Tag ändern. Diese Vorhersagbarkeit erleichtert den Bau von Anlagen und die Schaffung von Systemen, die effizient mit Gezeitenkraft arbeiten.
• Hohe Leistung: Aufgrund der Dichte des Wassers (etwa 800-mal dichter als Luft) erzeugen Gezeitenturbinen höhere Energiemengen als ihre Windgegenstücke gleicher Größe.
• Effizienz: Aufgrund der dichte von wasser, es ist einfach zu produzieren strom mit gezeiten power. Selbst Wassergeschwindigkeiten von nur 1 Meter pro Sekunde (2,2 Meilen pro Stunde) können Strom erzeugen, während Windkraftanlagen normalerweise eine Geschwindigkeit von 3-4 Meilen pro Sekunde (7-9 Meilen pro Stunde) benötigen, um mit der Energieerzeugung zu beginnen. Somit erledigen Gezeitenturbinen ihre Arbeit auch dann, wenn die Wasserbedingungen alles andere als ideal sind.
• Erneuerbarkeit: Die Gezeiten fließen immer, und zwar an zahlreichen Orten auf der ganzen Welt. Darüber hinaus verringert die Nutzung der durch Gezeitenströme erzeugten Energie nicht die Energie, die sie in Zukunft erzeugen können, und erschöpft die Quelle nicht. Das macht die Gezeitenenergie wirklich erneuerbar.

Nachteile der Gezeitenenergie

• Kosten: Die Technologie hinter der Gezeitenenergie ist mit hohen Kosten verbunden. Gezeitenkraftwerke befinden sich typischerweise auf See. Daher müssen sie robust sein, wodurch die Baukosten exponentiell steigen. Die Komponenten und Geräte sollten auch aus teureren korrosionsbeständigen Materialien hergestellt werden.
• Auswirkungen auf das Meeresleben: Fische und andere Meerestiere können in den Turbinen stecken bleiben, und die Staustufen können den natürlichen Fluss des Wassers stören.
• Standortgrenzen: Gezeitenkraftwerke müssen in der Nähe von Küsten gebaut werden, wo die Strömungen am robustesten sind, wodurch die Standorte auf Küstenstaaten beschränkt werden. In einigen Fällen sind die Stationen weit vom Netz entfernt, was den Transport des von ihnen erzeugten Stroms verteuert.
• Wartung: Aufgrund der Nähe zum Meer kann Korrosion verheerende Auswirkungen auf die Maschinen haben, so dass eine regelmäßige und intensivere Wartung erforderlich ist.

Häufig gestellte Fragen

Abschließende Gedanken

Die Nutzung der von den Gezeiten erzeugten Kraft wird die Energiereserven aus sauberen und grünen Quellen erhöhen. Dies ist ein begrüßenswertes Szenario, da die Häufigkeit und die Auswirkungen des Klimawandels eskalieren.

Da die Gezeitenenergie jedoch eine relativ neue Technologie ist, gibt es viele Herausforderungen für ihre Einführung. Wirtschaftlich sieht die Gezeitenkraft aufgrund des enormen Kapitalaufwands für die Infrastruktur nicht wettbewerbsfähig aus. Die Strompreise aus Gezeitenkraftwerken sind erheblich teurer, was die Versorgungsunternehmen davon abhält, Gezeitenenergie in ihren Strommix aufzunehmen.