Die Energiegewinnung aus Meereswellen stellt eine der faszinierendsten Möglichkeiten dar, nachhaltige und erneuerbare Energie zu gewinnen. Während Sonne und Wind bereits etabliert sind, birgt das Meer ein ebenso enormes Potenzial, das bisher nur teilweise genutzt wird. Insbesondere im Jahr 2025 rückt die Wellenenergie als dritte bedeutende Quelle erneuerbaren Stroms in den Fokus der Forschung und Industrie. Sie verspricht nicht nur eine klimafreundliche Alternative, sondern kann auch die Verlässlichkeit der Energieversorgung verbessern. Im internationalen Kontext engagieren sich Unternehmen wie Voith Hydro, Siemens Energy und AW-Energy, um die Herausforderungen der Wellenkraftwerke zu meistern und ihre Effizienz stetig zu erhöhen. Doch wie genau funktioniert diese Energiegewinnung, welche Technologien kommen zum Einsatz, und welche Rolle spielen Faktoren wie Sturmfestigkeit und Integration mit anderen erneuerbaren Energien? Im Folgenden werden diese Aspekte detailliert untersucht und mit Beispielen, Kommentaren zu aktuellen Entwicklungen sowie praktischen Anwendungen näher erläutert.
Die Grundlagen der Energiegewinnung aus Meereswellen: Physik und Potenzial
Die Energie der Meereswellen entsteht primär durch den Wind, der über die Wasseroberfläche streicht und die kinetische Energie auf das Meer überträgt. Diese Bewegungsenergie der Wellen lässt sich technisch nutzen, indem man sie in elektrischen Strom umwandelt. Nach Einschätzungen des Weltklimarats (IPCC) könnte man global jährlich etwa 29.500 Terawattstunden (TWh) aus Wellenkraft gewinnen – das übersteigt den weltweiten Stromverbrauch von rund 21.000 TWh im Jahr 2021 deutlich und ist sogar fast fünfzigmal so hoch wie der Stromverbrauch Deutschlands 2022.
Die Umwandlung basiert auf der Erfassung von kinetischer Energie der Wellen. Dabei wird die mechanische Energie der auf und ab schwingenden Wellen in der Regel über hydraulische oder mechanische Systeme in elektrische Energie umgewandelt. Die entscheidende Größe ist die Wellenhöhe sowie die Periode der Wellen; je höher und länger die Wellen sind, desto mehr Energie transportieren sie.
Die lineare Wellentheorie und ihre Anwendung
Grundlagen für praktische Abschätzungen liefern Modelle wie die lineare Wellentheorie (Airy-Theorie). Sie setzt unter anderem voraus, dass die Wellenhöhe deutlich kleiner als die Wellenlänge und die Wassertiefe ist. Typische wellenbasierte Energiesysteme arbeiten vor allem in offenen, tiefen Meeresgebieten, wo diese Bedingungen meist erfüllt sind.
- Wellenhöhe: Durchschnittlich zwischen 0,5 und 2 Meter; größere Wellen sind in bestimmten Gebieten oder bei Stürmen möglich.
- Wellenlänge: In der Regel über 10 Meter, oft sogar bis zu 100 Meter oder mehr.
- Wellenperiode: Zeitabstand zwischen zwei Wellenbergen, entscheidend für die Leistung.
Mithilfe gemessener Werte von Wellenhöhe und Periode kann weltweit das Energieangebot zuverlässig berechnet werden. Unternehmen wie Atlantic Wave Power nutzen diese Daten, um Standorte für ihre Wellenkraftwerke zu optimieren.
| Parameter | Typischer Wert | Bedeutung für Energiegewinnung |
|---|---|---|
| Wellenhöhe (H) | 0,5 – 2 m | Bestimmt potentielle Energie der Wellen |
| Wellenlänge (L) | 10 – 100 m | Einfluss auf Ausbreitungsgeschwindigkeit und Energiefluss |
| Wellenperiode (T) | Mehrere Sekunden (z.B. 10 s) | Je länger, desto höher die transportierte Energie |
Technologien der Wellenenergiegewinnung: Von Oszillierenden Wassersäulen bis zu Seeschlangen
Die Entwicklung von Wellenkraftwerken hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. Es existieren verschiedene technische Ansätze, die unterschiedlich auf das Bewegungsmuster der Wellen reagieren und die kinetische Energie in elektrischen Strom verwandeln.
Oszillierende Wassersäulen
Eine weit verbreitete Technik ist die oszillierende Wassersäule, wie sie etwa in der Nähe der schottischen Insel Islay eingesetzt wird. Bei dieser Methode dringt Meerwasser durch eine untergetauchte Öffnung in eine teilweise luftgefüllte Kammer ein. Die Bewegung der Wellen verursacht ein Schwappen des Wassers, das die Luft in der Kammer zusammendrückt und entspannt. Diese Luftbewegung treibt eine Turbine an, die Strom erzeugt. AW-Energy ist international für solche Anlagen bekannt und arbeitet daran, ihre Effizienz zu steigern.
Seeschlangen (Pelamis-Systeme)
Ein weiteres innovatives Konzept sind sogenannte Seeschlangen – lange, gelenkige Strukturen aus miteinander verbundenen Stahlsegmenten, die sich wie eine Schlange mit den Wellen bewegen. Die Bewegung werden über Hydraulikpumpen in mechanische Energie übertragen, die dann in Strom umgewandelt wird. Trotz technischer Herausforderungen hat das Projekt „Pelamis“ gezeigt, wie diese Idee im Meer umgesetzt werden kann. Firmen wie Atlantic Wave Power setzen auf die Weiterentwicklung solcher Systeme.
Wellenbojen und schwimmende Systeme
Neuere Entwicklungen, zum Beispiel vom Unternehmen Corpower Ocean, beruhen auf leichteren Konstruktionen: schwimmende Bojen, die durch die Wellenbewegung an einem Anker verankert sind und damit im Wasser auf und ab schwingen. Die Bewegung aktiviert Generatoren. Durch Glasfaserverstärkungen sind diese Anlagen robust und widerstandsfähig auch gegen Stürme. Sie können in Parks organisiert werden und streben an, Strom kostengünstiger zu produzieren als frühere Anlagen.
- Oszillierende Wassersäule: Luft bewegt Turbinen
- Seeschlangen: Hydraulische Druckerzeugung
- Wellenbojen: Schwimmende Generatorplattformen
| Technologie | Beispiel | Vorteile | Herausforderungen |
|---|---|---|---|
| Oszillierende Wassersäule | Wellenkraftwerk Islay | Robust, relativ einfache Mechanik | Abhängigkeit von Bauort und Meeresbedingungen |
| Seeschlangen | Pelamis | Anpassungsfähigkeit an Wellenbewegungen | Hohe Wartungskosten, technische Komplexität |
| Wellenbojen | Corpower Ocean Boje | Leichtbau, Sturmresistenz, Modularität | Erprobungsphase, Skalierung noch im Prozess |
Herausforderungen von Wellenkraftwerken: Sturmfestigkeit und Wirtschaftlichkeit
Obwohl die Energiegewinnung aus Meereswellen vielversprechend ist, haben Entwickler und Hersteller mit erheblichen Schwierigkeiten zu kämpfen. Zwei der größten Herausforderungen sind die Widerstandsfähigkeit gegen dauerhafte Umweltbelastungen und die Wirtschaftlichkeit der Anlagen.
Sturmfestigkeit und Umwelteinflüsse
Wellenkraftwerke werden ständig hohen Kräften durch Wind, salzhaltiges Wasser und starke Wellenbewegungen ausgesetzt. Frühe Prototypen wie die „Pelamis“ Seeschlange mussten aufgrund von Sturmschäden abgeschaltet werden. Dies führte dazu, dass spätere Modelle verstärkt auf robuste, leichte Materialien setzten. Bosch Rexroth und Siemens Energy investieren daher viel in Materialforschung und Schutzmechanismen, um die Lebensdauer von Geräten zu erhöhen und gleichzeitig Ausfallzeiten zu minimieren.
Kostenstruktur und Wirtschaftlichkeit
Die Investitions- und Betriebskosten von Wellenkraftwerken sind im Vergleich zu anderen erneuerbaren Technologien wie Windkraft oder Solarenergie noch relativ hoch. Studien aus den letzten Jahren zeigen Erzeugungskosten zwischen 120 und 260 Euro pro Megawattstunde (MWh). Im Vergleich liegen z.B. Windenergieanlagen an Land bei etwa 61 Euro/MWh. Die Reduktion der Kosten erfolgt durch Innovationen in Design, verbesserte Fertigungstechniken und Skalierung der Anlagen. SINN Power verfolgt deshalb modulare Konzepte, die Installations- und Wartungszeiten verkürzen sollen.
- Materialoptimierung für höhere Widerstandskraft
- Kostensenkung durch Leichtbau und Modularität
- Wartungsmanagement zur Minimierung von Ausfallzeiten
Die Kombination dieser Faktoren soll dazu führen, dass die bereits im Einsatz befindlichen Wellenbojen von Corpower Ocean langfristig unter 40 Euro pro MWh produzieren können und damit wettbewerbsfähiger werden.
Von Meeresenergie zu grünem Strom: Integrierte Energiesysteme und Zukunftsperspektiven
Im Zuge der Energiewende spielt die Kombination unterschiedlicher erneuerbarer Energien eine große Rolle. Wellenkraftwerke bieten nicht nur eigenes Potenzial, sondern könnten auch die Stromproduktion von Offshore-Windparks ergänzen.
Synergien mit Offshore-Windenergie
Wellenkraftwerke produzieren jedoch auch bei Flaute, wenn der Wind nachlässt, noch zuverlässig Strom. Daher planen Unternehmen wie WaveEnergyCon, Voith Hydro und HydroWAVE, ihre Wellenenergie-Anlagen gemeinsam mit Windparks zu betreiben. Die Stromnetze können so stabiler und kontinuierlicher mit grüner Energie versorgt werden.
Produktion von grünem Wasserstoff
Eine besonders zukunftsträchtige Anwendung ist die Nutzung der Wellenenergie zur Betreibung von Elektrolyseuren, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Dieser „grüne Wasserstoff“ kann als sauberer Energieträger für Industrie und Verkehr dienen. Studien der Universität Lissabon weisen darauf hin, dass Wellenenergie die Kosten der Wasserstoffproduktion signifikant senken kann. Unternehmen wie SINN Power erforschen bereits geeignete Systeme für die Integration von Wellenkraftwerken in solche Produktionsketten.
- Kontinuierliche Stromlieferung auch bei Flauten und Nacht
- Erhöhung der Zuverlässigkeit von Offshore-Renewablesystemen
- Direkte Erzeugung von grünem Wasserstoff vor Ort
| Integration | Vorteile | Beispielunternehmen |
|---|---|---|
| Wellenkraft & Offshore-Windenergie | Stabilisierung der Netzversorgung | Voith Hydro, WaveEnergyCon |
| Wellenenergie & Wasserstoffproduktion | Kostensenkung, nachhaltiger Kraftstoff | SINN Power, AW-Energy |
Die Video-Dokumentation erklärt anschaulich die Funktionsweise, Vorteile und Herausforderungen der Wellenenergie.
Innovative Unternehmen und spannende Projekte in der Wellenenergiebranche
Die rasante Entwicklung in der Wellenenergietechnik wird vorangetrieben von führenden Unternehmen und Forschungsprojekten weltweit. Einige Akteure, die aktuell den Markt prägen, sind:
- Voith Hydro: Fokus auf nachhaltige Wellenenergieanlagen und Integration mit anderen erneuerbaren Quellen.
- Siemens Energy: Entwicklung innovativer Turbinentechnologien für Wellen- und Meeresströmungskraftwerke.
- AW-Energy: Spezialisiert auf oszillierende Wassersäulen mit effizienter Energieumwandlung.
- Wellenkraftwerk Nemos: Entwicklungsprojekt im Bereich schwimmender Wellenkraftwerke.
- SINN Power: Modularität und Integration von Wasserstoffproduktion in Wellenenergieprojekte.
- Bosch Rexroth: Forschung zu widerstandsfähigen, leichten Materialien und Hydraulics.
- Schottel Hydro: Spezialist für Turbinen- und Antriebssysteme unter Wasser.
- HydroWAVE: Kombination von Wellenenergie mit Offshore-Windkraft.
- Atlantic Wave Power: Entwicklung von Seeschlangen-Systemen und großskaligen Wellenparks.
- WaveEnergyCon: Integration von Wellenkraftwerken in erneuerbare Energienetze.
Wellenenergie-Leistungskalkulator
Fragen und Antworten zur Energiegewinnung aus Meereswellen
Wie unterscheiden sich Wellenkraftwerke von Gezeitenkraftwerken?
Wellenkraftwerke nutzen die horizontale und vertikale Bewegung der Wasseroberfläche, während Gezeitenkraftwerke die Energie des Wasserstandswechsels durch Ebbe und Flut verwenden. Wellenkraftwerke sind flexibler in der Standortwahl.
Welche Vorteile bietet die Kombination von Wellenenergie und Offshore-Windkraft?
Die Kombination ermöglicht eine kontinuierlichere Energieerzeugung, da Wellen auch bei windstillen Zeiten Strom liefern können. Das erhöht die Netzstabilität und Zuverlässigkeit.
Wie sturmfest sind moderne Wellenkraftwerke?
Moderne Anlagen, insbesondere leichte Bojen wie die von Corpower Ocean, sind so konstruiert, dass sie starken Stürmen standhalten, indem sie Strömungskanäle nutzen, die die Kraft der Wellen ableiten.
Warum sind die Erzeugungskosten für Wellenenergie derzeit höher als bei Windenergie?
Die Technologie befindet sich noch in einem frühen Stadium und die Anlagen sind komplex und teuer herzustellen sowie zu warten. Durch Innovation und Skalierung sinken die Kosten jedoch deutlich.
Kann Wellenenergie zur Wasserstoffherstellung beitragen?
Ja, die kinetische Energie der Wellen kann genutzt werden, um Elektrolyseure zu betreiben, die grünen Wasserstoff erzeugen, was eine nachhaltige Kraftstoffquelle darstellt.
