Gezeitenenergie: Was ist das und wie funktioniert sie?

Eine der weniger bekannten, aber vielversprechenden Formen erneuerbarer Energie ist die Gezeitenenergie. Heute werden wir die Gezeitenenergie näher betrachten.

Wir leben auf einem Planeten, dessen Oberfläche zu 70 % von Wasser bedeckt ist, wovon 97,6 % auf Meere und Ozeane entfallen. Diese oft übersehene Tatsache zeigt, dass unsere Existenz eng mit den uns umgebenden und unsere Geografie prägenden Gewässern verbunden ist. Im Laufe der Menschheitsgeschichte haben wir die Kraft dieser Gewässer für verschiedene Zwecke genutzt, unsere Gesellschaften im Einklang mit ihnen aufgebaut und ihre komplexe Dynamik durch Beobachtung über die Jahrhunderte hinweg verstanden. Heute hat diese Bedeutung noch zugenommen, denn das Meer ist nicht nur Nahrungsquelle und ein riesiges Transportnetz für Waren, sondern hat sich auch als entscheidende Energiequelle erwiesen. Das Zeitalter der erneuerbaren Energien richtet seinen Blick aufgrund seines immensen Potenzials auf das Meer. Und hier kommt die Gezeitenenergie ins Spiel.

Die erste Frage, die es zu beantworten gilt, lautet vielleicht: Was ist Gezeitenenergie? Wir können sie definieren als …Art der alternativen erneuerbaren EnergieDiese Technologie nutzt die Gezeitenbewegungen, die durch die Gravitationskraft von Sonne und Mond verursacht werden, um saubere elektrische Energie zu erzeugen. Ihr größter Vorteil ist ihre hohe Vorhersagbarkeit im Vergleich zu anderen Energiequellen, die von weniger vorhersehbaren Wetterphänomenen wie Sonnenlicht oder Wind abhängen. Diese Vorhersagbarkeit beruht auf unserem präzisen Verständnis der Gezeitenzyklen. Dadurch wissen wir genau, wann wir den durch die Gezeiten erzeugten Strom in unseren Energiemix integrieren können. Faszinierend, nicht wahr?

Wie funktioniert Gezeitenenergie?

Wie bereits erwähnt, bewegt sich Wasser aufgrund der Gravitationskräfte von Mond und Sonne auf unseren Planeten. Diese Kräfte verformen Gewässer, wodurch Strömungen und Gezeiten entstehen. Jeder, der sich auch nur ansatzweise mit Meeresumwelten auskennt, kennt Ebbe und Flut. Gezeitenkraftwerke nutzen diese Wasserschwankungen zur Energiegewinnung. Wie? Betrachten wir das anhand der verschiedenen Anlagentypen:

Gezeitenbereichsanlage

Gezeitenkraftwerke ähneln Wasserkraftwerken, die an die Meeresumwelt angepasst sind. Durch den Bau eines oder mehrerer Staudämme wird ein künstlicher Wasserspiegelunterschied erzeugt. Bei Flut wird das Wasser durch Füllkanäle zurückgehalten. Wenn die Ebbe einsetzt, befindet sich das geflutete Tor im Verhältnis zum natürlichen Wasserspiegel in erhöhter Position. Dann werden die Kanaltore geöffnet, sodass das Wasser durch die Turbinen fließen kann. Die Turbinenschaufeln beginnen sich zu drehen und treiben einen Generator an, der Strom erzeugt.

Trotz des scheinbar einfachen Prozesses erfordert der Bau solcher Anlagen sehr spezifische Bedingungen. Es gibt nur wenige Standorte, die die notwendigen Kriterien für solche Installationen erfüllen. Darüber hinaus haben diese Anlagen erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, da sie häufig in Flussmündungen oder Buchten liegen, die für die menschliche Nutzung verändert wurden.

Während dieses gesamten Prozesses ist die Rolle der in der Nähe der Umspannwerke befindlichen elektrischen Anlagen von entscheidender Bedeutung. Sobald die Energie erzeugt ist, fließt sie durch das Übertragungsnetz und erreicht ein Umspannwerk. Dort wird ihre Spannung erhöht, um die Effizienz beim Transport zu steigern und Verluste zu minimieren. Hierbei kommen Geräte wie Transformatoren zum Einsatz, die die Spannungswandlung ermöglichen. Primäre Verteilerzellen fungieren als große Schalter, um das gesamte Umspannwerk im Störungsfall zu schützen. Nach der Transformation wird die Energie zu Hochspannungsmasten geleitet und von dort zu den Verbrauchsstellen transportiert.

Gezeitenkraftwerk

Diese Anlage besteht aus mehreren am Meeresboden verankerten Generatoren, die ähnlich wie Windkraftanlagen die Wasserbewegung nutzen. Sie ist umweltschonend und kostengünstiger als andere Optionen und gewinnt daher zunehmend Marktanteile.

Wenn Strömungen durch einen Gezeitenkraftwerksgenerator (TSG) fließen, überträgt sich die kinetische Energie des Wassers auf die Turbinen, ähnlich wie Windströmungen in herkömmlichen Windkraftanlagen. Dadurch drehen sich die Turbinen und erzeugen die nötige Bewegung, um den Generator in Gang zu setzen. Und schon haben wir elektrische Energie.

Ähnlich wie bei der vorherigen Anlagenart muss die elektrische Energie transportiert werden. Da diese Anlagen Strom in kleineren Kapazitäten erzeugen, durchläuft die elektrische Energie Umspannwerke, in denen sie aufbereitet wird, das Netz jederzeit geschützt ist, und wird anschließend direkt an die Verbraucher verteilt.

Dynamische Gezeitenkraftanlage (DTP)

Die letzte Art von Gezeitenkraftwerken ist die dynamische Gezeitenkraft (Dynamic Tidal Power, DTP). Diese Technologie befindet sich noch in der Entwicklungsphase und zielt darauf ab, die Wechselwirkung zwischen kinetischer und potenzieller Energie der Gezeitenströmungen zu nutzen. Hierfür sind große Dämme vorgesehen, die typischerweise 30 bis 50 Kilometer lang sind und sich von der Küste bis ins Meer erstrecken. Diese Dämme umschließen kein Gebiet wie herkömmliche Dämme, sondern bilden einen T-förmigen Deich, der einen Meeresspiegelunterschied auf beiden Seiten des längeren Deichs erzeugt. Turbinen nutzen dann den Wasseraustausch zwischen den beiden Seiten.

Einigen Schätzungen zufolge könnte eine dieser Anlagen zwischen 6 und 17 GW Strom erzeugen, doch wären dafür spezifische geologische Bedingungen erforderlich, die typischerweise in Ländern wie Südkorea oder … anzutreffen sind.Vereinigtes KönigreichDie

Was sind die Vor- und Nachteile der Gezeitenenergie?

Das enorme Potenzial der Gezeitenenergie ist unbestreitbar, doch es gibt verschiedene Vor- und Nachteile, die bei diesen Anlagentypen zu berücksichtigen sind. Schauen wir uns einige davon an:

Hauptvorteile:

• Es handelt sich um 100% erneuerbare Energie.
• Die Produktion bleibt während der Gezeitenänderungen konstant.
• Die Gezeitenzyklen sind vorhersagbar, was eine Abschätzung der Energieproduktion ermöglicht.
• Die Energieerzeugungsdichte pro Anlage ist höher als bei anderen Energiequellen.
• Die Wartungskosten sind relativ niedrig.
• Gezeitenkraftwerke können als Hochwasserschutz dienen.
• Bei der Stromerzeugung entstehen keine Abfallprodukte.
• Die Lebensdauer dieser Anlagen wird auf 75 bis 100 Jahre geschätzt, wodurch die jährlichen Betriebskosten sinken.
• Der Auslastungsgrad solcher Anlagen liegt bei rund 80 %, ähnlich wie bei einem Wärmekraftwerk, jedoch ohne Emissionen.

Hauptnachteile:

• Bestimmte Anlagentypen, wie beispielsweise Gezeitenkraftwerke, erfordern hohe Baukosten und sind anfällig für unvorhergesehene Veränderungen der Umweltbedingungen.
• Es sind spezifische geographische und topographische Bedingungen erforderlich, was die Installation und Skalierbarkeit auf globaler Ebene einschränkt.
• Gezeitenkraftwerke haben einen erheblichen Einfluss auf Küstenumwelten.
• Die effektive Stromerzeugung ist auf maximal 10 Stunden pro Tag begrenzt und fällt mit den Gezeitenschwankungen zusammen.
• Der Energietransport von der Küste ins Landesinnere erfordert Investitionen.
• Wie bei anderen Technologien sind auch hier Korrosionsschutzmaßnahmen erforderlich, um den korrosiven Einflüssen des Meerwassers standzuhalten.

Wie wir sehen, birgt die Gezeitenenergie ein enormes Potenzial, ist aber stark vom geografischen Standort abhängig. Wie bei anderen Formen erneuerbarer Energien ist eine technische Machbarkeitsstudie erforderlich, um den Energieertrag der Gezeiten in Abhängigkeit von den topografischen Gegebenheiten des Standorts zu ermitteln. Derzeit spielt die Gezeitenenergie in Ländern wie Südkorea, Frankreich, Kanada, Großbritannien und Norwegen eine bedeutende Rolle. Frankreich experimentierte in den 1960er-Jahren als erstes Land mit Gezeitenenergie; das Kraftwerk Rance ist noch heute in Betrieb.

Nachdem wir nun wissen, was Gezeitenenergie ist, welche anderen Arten von Meeresenergie gibt es?

Angesichts der vielfältigen Auswirkungen der Meere auf unsere Geografie gibt es zahlreiche Arten von erneuerbaren Technologien, die die Kraft des Wassers zu unserem Vorteil nutzen. Ob in Flussmündungen, Marschgebieten, Küsten oder auf dem offenen Meer – es gibt verschiedene Technologien, die sich wie folgt zusammenfassen lassen:

• Gezeitenströmungsenergie: Hierbei wird die kinetische Energie von Meeresströmungen genutzt, um Strom zu erzeugen.
• Wellenenergie oder Wellenkraft: Nutzt die mechanische Energie der Wellen durch ihre Bewegung, um Elektrizität zu erzeugen.
• Ozeanische Wärmeenergie oder ozeanische thermische Gradientenenergie: Gewinnt Energie aus dem Temperaturunterschied, der durch Strömungen zwischen dem Oberflächenwasser und dem Meeresboden entsteht, und erzeugt durch diese thermische Variation Elektrizität.
• Gezeitenenergie oder Gezeitenkraft: Wir wissen bereits, wie sie funktioniert 🙂