Gezeiten- und Wellenenergie: Die Ressource mit Fahrplan
Das Meer ist ein ungewöhnlicher Fall in der Energie: zwei Techniken mit echten, konkreten Vorzügen, die fast jeder anderen Erneuerbaren fehlen, und eine Ausbaubilanz nahe null. Zu verstehen, warum, lehrt mehr als Begeisterung oder Abwinken, denn das Hindernis ist nicht das, was die meisten vermuten.
Zwei Ressourcen, oft verwechselt
Gezeitenenergie entspringt der Anziehung zwischen Erde, Mond und Sonne. Zweimal täglich steigt und fällt das Meer, und wo die Küstenform diese Bewegung bündelt - eine enge Meerenge, ein langer Ästuar -, bewegt sich das Wasser schnell genug, um eine Turbine zu treiben. Die Energie stammt letztlich aus der Erdrotation, die die Gezeitenreibung sehr langsam bremst.
Wellenenergie hat einen davon unabhängigen Ursprung. Wind über Wasser überträgt Impuls auf die Oberfläche, und die entstehenden Wellen tragen diese Energie mitunter Tausende Kilometer weit von dort fort, wo der Wind wehte. Eine Welle, die in Irland ankommt, kann Tage zuvor von einem Sturm vor Neufundland erzeugt worden sein. Wellenenergie ist damit gebündelte Windenergie, wobei das Meer zugleich Sammler und Speicher ist.
Die praktischen Folgen unterscheiden sich vollständig. Gezeiten sind vollkommen vorhersagbar, aber zeitlich festgelegt, sodass ein Gezeitenkraftwerk erzeugt, wenn die Tide es sagt, und nicht wenn der Bedarf es tut - wobei der Fahrplan bekannt ist und sich einplanen lässt, anders als bei Wind oder Sonne. Wellen sind weniger vorhersagbar, aber mehrere Tage im Voraus prognostizierbar, und sie halten an, nachdem der Wind nachgelassen hat, was den Wellenertrag am selben Standort glatter macht als den Windertrag.
Die Dichte des Wassers macht beides attraktiv. Meerwasser ist rund 830-mal dichter als Luft, sodass dieselbe Strömungsgeschwindigkeit weit mehr Energie trägt. Eine Gezeitenströmung von zwei Metern je Sekunde hat eine Leistungsdichte vergleichbar mit einer Windgeschwindigkeit von etwa 18 Metern je Sekunde, also einem Sturm. Deshalb sind Gezeitenturbinen klein gegenüber Windkraftanlagen gleicher Nennleistung.
Wie beides gewonnen wird
Gezeitenhubanlagen sind der ältere Weg: ein Sperrwerk quer über einen Ästuar bauen, das Becken von der Flut füllen lassen und bei Ebbe durch Turbinen ablassen. La Rance in Frankreich läuft seit 1966 mit 240 Megawatt, Sihwa in Südkorea seit 2011 mit 254. Sie funktionieren, sie halten, und sie überfluten einen Ästuar - weshalb seither sehr wenige gebaut wurden, nachdem Umwelteinwände ausschlaggebend geworden sind.
Gezeitenströmungsanlagen setzen Turbinen unmittelbar in eine schnelle Strömung, ohne etwas aufzustauen. Sie ähneln Unterwasser-Windkraftanlagen und sind die Hauptentwicklungslinie geworden. MeyGen im Pentland Firth vor Schottland ist die größte, und einzelne Maschinen überschreiten inzwischen zwei Megawatt. Weil Wasser dicht ist, entspricht eine Gezeitenturbine mit 20 Metern Durchmesser einer Windkraftanlage mit 80.
Wellenanlagen haben sich nicht auf eine Bauform geeinigt, was für sich genommen aufschlussreich ist. Punktabsorber schwingen senkrecht und treiben über diese Bewegung einen Generator. Dämpfer sind lange gelenkige Strukturen, die sich biegen, während Wellen an ihnen entlanglaufen. Oszillierende Wassersäulen lassen eine Welle Luft durch eine Turbine in einer Kammer drücken. Überlaufanlagen lassen Wellen in ein erhöhtes Becken schwappen und durch eine Niederdruckturbine zurücklaufen.
Der Wind hat sich bis in die 1990er Jahre auf die dreiblättrige Horizontalachsenanlage geeinigt und ist seither kaum abgewichen. Die Wellenenergie hat sich nach fünfzig Jahren nicht geeinigt, was nahelegt, dass sich noch keine Bauform klar als überlegen erwiesen hat - ein aussagekräftiges Zeichen für den Stand des Felds.
Der Vorhersagevorteil
Gezeitenerzeugung lässt sich mit hoher Genauigkeit Jahrzehnte im Voraus berechnen, weil sie an der Himmelsmechanik hängt. Gezeitentafeln für 2050 lassen sich heute drucken und werden stimmen. Keine wetterabhängige Quelle bietet Vergleichbares; die Prognose für Wind und Sonne hat sich stark verbessert, bleibt aber über Stunden bis Tage wahrscheinlichkeitsbehaftet.
Für einen Netzbetreiber ist das mehr wert, als die reine Energiemenge nahelegt. Geplanter, bekannter Ertrag senkt die vorzuhaltende Reserve und lässt sich in einen Plan einbauen, statt bei Ankunft aufgefangen zu werden. Es ist eine andere Eigenschaft als die durchgehende Verfügbarkeit von Geothermie oder Kernspaltung - der Gezeitenertrag geht viermal täglich auf null -, aber vorhersagbare Schwankung ist weit leichter zu handhaben als unvorhersagbare.
Die Geografie hilft zusätzlich. Das Hochwasser tritt entlang einer Küste zu verschiedenen Zeiten ein, sodass ein Bündel von Gezeitenstandorten an verschiedenen Orten einen weit flacheren Gesamtertrag erzeugen kann als jeder Einzelstandort. Untersuchungen zum Vereinigten Königreich, das einen großen Teil des europäischen Gezeitenpotenzials hält, legen nahe, dass ein verteiltes Standortbündel eine nahezu durchgehende Grundlinie liefern könnte.
Wellenenergie bietet einen anderen Systemnutzen: Sie läuft schlecht mit Solarstrom gleich und nur teilweise mit dem örtlichen Wind, und im Nordatlantik ist sie im Winter am stärksten, wenn die Sonne am schwächsten ist. Eine Ressource, die dann ihr Maximum hat, wenn die anderen es nicht haben, senkt den Speicherbedarf eines Systems - und das ist mehr wert, als ein Vergleich reiner Energiekosten nahelegt.
Warum fast nichts gebaut wird
Die weltweit installierte Meeresenergieleistung liegt bei rund 500 Megawatt, größtenteils die beiden alten Gezeitensperrwerke. Wind überschreitet 1.000 Gigawatt. Das Verhältnis beträgt etwa zweitausend zu eins und hat sich in einem Jahrzehnt kaum bewegt, trotz anhaltender öffentlicher Förderung in mehreren Ländern.
Der Grund ist nicht die Ressource, die groß und gut kartiert ist. Er ist, dass das Meer Anlagen zerstört. Meerwasser korrodiert Metall und zersetzt Dichtungen fortwährend. Bewuchs sammelt sich binnen Monaten auf jeder Oberfläche. Und der Auslegungsfall ist nicht der Normalzustand, sondern der Jahrhundertsturm, bei dem die Kräfte die üblichen Betriebslasten um das Zehnfache und mehr übersteigen können - eine Anlage muss also für einen Tag gebaut sein, der in ihrer Nutzungsdauer vielleicht nie kommt, und diese Kosten trägt jede Kilowattstunde mit, die sie erzeugt.
Die Wartung verschärft das. Eine Windkraftanlage an Land erreicht man mit einem Transporter. Eine Wellenanlage zwanzig Kilometer vor der Küste braucht ein Spezialschiff, ein Wetterfenster und eine Mannschaft, und ein Schaden im November wartet womöglich bis März. Mehrere führende Entwickler sind gescheitert, nachdem ihre Anlagen technisch überlebten, sich im Betrieb aber als unwirtschaftlich erwiesen.
Die ehrliche Einordnung lautet, dass die Meeresenergie heute dort steht, wo die Offshore-Windkraft um 1995 stand: nachweislich funktionsfähig, viel zu teuer, und abhängig davon, ob sich eine Industrie bildet, die die Lernkurve antreibt. Offshore-Wind fiel um rund 70 Prozent im Preis, sobald der Ausbau Maßstab erreichte. Ob Gezeiten und Wellen folgen, hängt weniger an einem technischen Durchbruch als daran, ob genug Einheiten gebaut werden, damit dasselbe Lernen eintritt - und das ist eine Frage der Industriepolitik und nicht des Meeres.
Häufige Fragen
Was unterscheidet Gezeiten- von Wellenenergie?
Gezeitenenergie entsteht, wenn die Anziehung von Mond und Sonne Wasser nach festem Fahrplan waagerecht bewegt. Wellenenergie ist Windenergie, die an die Meeresoberfläche übergegangen ist und Tausende Kilometer weit von dort wandern kann, wo der Wind wehte. Gemeinsam ist beiden nur das Medium; Vorhersagbarkeit, Technik und Wirtschaftlichkeit unterscheiden sich völlig.
Warum ist Gezeitenenergie vorhersagbar?
Weil sie an der Himmelsmechanik hängt und nicht am Wetter. Die Stellungen von Mond und Sonne sind weit in die Zukunft sehr genau bekannt, sodass sich Gezeitentafeln für Jahrzehnte im Voraus heute erstellen lassen und stimmen werden. Keine wetterabhängige Erneuerbare hat diese Eigenschaft.
Warum ist Meeresenergie so viel dichter als Wind?
Meerwasser ist rund 830-mal dichter als Luft, sodass dieselbe Strömungsgeschwindigkeit weit mehr Energie trägt. Eine Gezeitenströmung von zwei Metern je Sekunde hat eine Leistungsdichte vergleichbar mit etwa 18 Metern je Sekunde Wind. Deshalb entspricht eine 20-Meter-Gezeitenturbine einer 80-Meter-Windkraftanlage.
Wenn die Ressource so gut ist, warum wird so wenig gebaut?
Wegen Überlebensfähigkeit und Kosten. Meerwasser korrodiert, Bewuchs sammelt sich, und Anlagen müssen für Jahrhundertstürme mit dem Zehnfachen der Betriebskräfte ausgelegt werden. Wartung braucht ein Schiff und ein Wetterfenster. Die weltweite Leistung liegt bei rund 500 Megawatt gegenüber über 1.000 Gigawatt Wind.
Werden Gezeiten und Wellen je bedeutend werden?
Das hängt an der gebauten Menge und nicht an einem technischen Durchbruch. Offshore-Wind fiel um rund 70 Prozent im Preis, sobald genug Einheiten eine Lernkurve trugen. Die Meeresenergie ähnelt heute der Offshore-Windkraft um 1995 - funktionsfähig, teuer, und abwartend, ob sich eine Industrie in ausreichendem Maßstab bildet.
