Strom aus Ebbe und Flut
Gezeitenkraftwerke sind nicht nur unsichtbar, sondern liefern wetterunabhängig erneuerbare Energie. Die Technik wird unter anderem in Frankreich und den Niederlanden erprobt – mit Hilfe von Schaeffler.
Die Kraft aus dem IJsselmeer
Hans van Breugel muss von seinem Büro bis zur Versuchsanlage in Afsluitdijk nur wenige Meter laufen. Der CEO des niederländischen Turbinenherstellers Tocardo scheint recht bekannt zu sein: Unterwegs grüßen Lastwagenfahrer mit der Hupe, Van Breugel grüßt zurück. „Wer einmal auf den Damm gefahren ist, muss die ganzen 32 Kilometer bis nach Friesland weiterfahren“, sagt er. Der lange Damm, auf dem die Europastraße 22 die niederländischen Provinzen Nordholland und Friesland miteinander verbindet, wurde in den 1920er Jahren angelegt, um das IJsselmeer vom offenen Meer abzutrennen und die Ufer vor Überflutungen zu schützen.
„Für uns ist das der ideale Ort, um unsere Turbinen zu testen“, berichtet Van Breugel. „Jeden Tag werden zweimal die Schleusen geöffnet, damit das Wasser aus dem IJsselmeer abfließen kann.“ Dann strömt das Wasser mit einer Geschwindigkeit von drei bis vier Metern pro Sekunde durch vier Turbinen, die Tocardo hier direkt an der Schleuse installiert hat. Eine von ihnen, ein Prototyp, ist bereits seit 2008 im Dauertest. Die drei anderen Kleinturbinen des Typs T1 sind Serienmodelle mit jeweils 100 Kilowatt Leistung. Seit Anfang 2015 liefern sie Strom – und jede Menge wertvoller Daten, die die Entwickler am 150 Meter entfernten Firmenstammsitz in Den Oever direkt nutzen können.
Torpedoförmiger Körper mit Stummelflügeln
Die Unterwasser-Turbinen von Tocardo erinnern mit ihrem torpedoförmigen Körper und den Stummelflügeln an Außenbordmotoren großer Boote. Ihre Funktionsweise ähnelt der von direkt angetriebenen Windkraftanlagen: Die Drehbewegung der Rotoren wird über eine Welle getriebelos an einen Generator übertragen, der Strom produziert. Da die Dichte des Wassers – je nach Temperaturbedingungen – etwa 800 mal höher als die der Luft ist, sind die Rotorblätter allerdings wesentlich kürzer als die von Windkraftanlagen. Drei Dinge sind für die Entwickler der Unterwasser-Turbinen von besonderer Bedeutung: die optimale Geometrie der Rotorblätter, um möglichst viel Strömungsenergie einzufangen, die richtige Steuerung der Drehzahl bei allen Strömungsbedingungen und die sichere Lagerung der Welle im aggressiven Salzwasser. Dafür entwickelte Schaeffler in enger Zusammenarbeit mit den Ingenieuren von Tocardo wartungsfreie und wegen der Anforderungen der Dichtungen auch spielfreie Kegelrollenlager.
„Wir haben acht Jahre Erfahrung in der Entwicklung dieser zukunftsweisenden Technik“, sagt Van Breugel mit Stolz. „Unsere Turbinen sind unter Wasser unsichtbar und haben geringen Einfluss auf die Umwelt. Der größte Vorteil von Gezeitenkraftwerken ist aber, dass wir anders als bei Wind- und Sonnenenergie jederzeit genau wissen, wie viel Strom sie produzieren.“ Seit November 2015 betreibt Tocardo eine zweite Anlage an der „Eastern Scheldt“-Barriere im Südwesten des Landes. Im größten Gezeitenkraftwerk der Niederlande kommen fünf 250-Kilowatt-Turbinen der neuen Generation T2 zum Einsatz.
Koloss auf dem Meeresgrund
Auch an anderen europäischen Küsten erproben Ingenieure, wie die Kraft der Gezeiten für die Stromproduktion genutzt werden kann. So installierte der französische Turbinenhersteller Sabella im Juni 2015 in einer Meerenge zwischen zwei bretonischen Inseln die erste Meeresströmungs-Turbine Frankreichs. Anders als in den Niederlanden setzen die Entwickler hier auf Größe: Mit einer Gesamthöhe von 17 Metern, einem Rotordurchmesser von zehn Metern und einem Gewicht von 450 Tonnen ist die „Sabella D10“ ein wahres Koloss. Der Generator kommt auf eine Leistung von 1,1 Megawatt.
Dem Rhythmus von Ebbe und Flut folgen
„In 55 Metern Tiefe haben wir einen idealen Standort gefunden“, berichtet Erwann Nicolas, Leitender Ingenieur bei Sabella. „Hier ist die Topographie des Meeresgrundes so geschaffen, dass sich das Wasser auf etwa vier Meter pro Sekunde beschleunigt.“ Rotor und Welle folgen dabei dem Rhythmus von Ebbe und Flut: Je nach Strömung wechseln auch sie ihre Drehrichtung. Das stellt hohe Anforderungen an die Lager, die Sabella von Schaeffler bezieht. „Die Richtungsübergänge mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten sind die kritischen Momente“, erläutert Nicolas. „Wir stoppen die Maschine daher während der Übergänge kurzzeitig, um Lagerschäden zu vermeiden.“
Der Gewinnung sauberen Stroms tut das keinen Abbruch: Nachdem das Kraftwerk im November 2015 ans Netz gegangen war, konnte Sabella bereits im Januar 2016 die Produktion von 50 Megawattstunden Gezeitenstrom mit der Anlage in der Bretagne vermelden. Die schweren Herbst- und Winterstürme hatte sie da schon unbeschadet überstanden. Mit Unterstützung durch öffentliche Förderprogramme entwickelt der Hersteller jetzt die nächste Generation „Sabella D15“, die Spitzenleistungen von zwei Megawatt erreichen soll.
Kosten als größte Herausforderung
Sowohl bei Tocardo als auch bei Sabella sind die Ausbaupläne bereits weit gediehen. Das hat einen guten Grund: Beide Unternehmen sehen das weltweite Potenzial für Gezeitenkraftwerke bei 100 bis 120 Gigawatt. Das entspricht der Leistung von 70 bis 80 Kernkraftwerken und könnte eines Tages zehn bis 20 Prozent des weltweiten Energiebedarfs decken.
Wichtigste Voraussetzung, um dieses Potenzial heben zu können, ist es, die Kosten zu senken, etwa durch höhere Stückzahlen. „Darüber hinaus ist es wichtig, auch die einzelnen Komponenten kostenbewusst auszulegen“, berichtet Erwann Nicolas. „Bei Sabella verwenden wir deswegen Standardlager von Schaeffler. Dazu haben wir die Dimensionierung der Welle sogar geringfügig an die verfügbaren Lager angepasst.“
Hans van Breugel, der zwischen 2018 und 2019 seine dritte Turbinengeneration mit einem Megawatt Leistung auf den Markt bringen will, setzt vor allem auf das breite Portfolio von Schaeffler: „Um die Turbinen skalieren zu können, benötigen wir ein großes Spektrum an leistungsfähigen Lagern“, betont er. Schließlich will er in den nächsten drei Jahren einige Hundert neue Turbinen installieren, vor allem in Großbritannien und Kanada. Sabella wird 2019 in der Bretagne zwei Turbinen des Typs D15 im Rahmen eines französischen Regierungsprojekts auf den Meeresgrund setzen. Zwischen 2019 und 2020 sollen außerdem fünf D15-Turbinen vor der philippinischen und vier baugleiche Turbinen vor der indonesischen Küste den Netzbetrieb aufnehmen. Die Produktion sauberer Energie aus dem Meer geht damit in die Phase der Kommerzialisierung.
Das Video zeigt, wie eine Turbine des Typs Sabella D10 gesetzt wird. (Video: Sabella)