Entwicklung eines Wellenkraftwerkes auf Basis einer oszillierenden Wassersäule

Die aufgrund des Klimawandels zahlenmäßig deutlich zunehmenden Naturkatastrophen und damit auch stark zunehmenden Kosten, sowie der weltweit steigende Energiebedarf führen zur Entwicklung und Erschließung neuer regenerativer Energiequellen. Bisher wurden dabei die Weltmeere mit ihren gewaltigen theoretischen Energiepotenzialen noch kaum ausgenützt. Das technisch umsetzbare Potenzial weltweit ist sehr schwer abzuschätzen und wird mit 10-100% des aktuellen weltweiten Stromverbrauch angegeben. In Europa will die European Ocean Energy Association (EU-OEA) die Nutzbarmachung dieses Potenzials mit einem Arbeitsplan bis 2050 vorantreiben. Danach soll bis 2020 9 TWh/Jahr und bis 2050 645 TWh/Jahr Leistung aus dem Meer kommen. Das entspräche dann ca. 15% des europäischen Strombedarfs 2050 und einer Einsparung von ~ 136 Millionen Tonnen CO₂. Das IHS beteiligt sich aktiv an der Erreichung dieser Ziele mit der Entwicklung eines Wellenkraftwerks nach dem Prinzip der oszillierenden Wassersäule (OWC).

Aufgrund des geometrischen Aufbaus des Kraft-werks und dem periodischen Auftreffen der Meereswellen bildet sich eine oszillierende Was-sersäule in einer Wellenkammer aus. Diese setzt die darüber befindliche Luftmasse in der Kammer, hier rot dargestellt, in Bewegung und treibt schließlich eine Turbine an, die die in der Luftströmung enthaltene Energie größtenteils in elektrischen Strom umwandelt.

Die Flügel der Turbine bestehen aus symmetrischen Profilen und werden ohne Bauwinkel eingebaut. Damit ergibt sich konstante Drehrichtung der Turbine unabhängig von der periodisch wechselnden Bewegungsrichtung der Luftmasse.

Hohe Wellenleistungen von Meereswellen von 30-70 kW pro Meter Küstenlinie sind im Tiefwasser, sowie an den westlichen Küsten zwischen dem 40. und 60. Breitengrad (jeweils Nord und Süd) zu finden. In Europa eignen sich demzufolge die britischen Inseln besonders für die Aus-nutzung der Wellenenergie. Auf der schottischen Insel Islay befindet sich seit dem Jahr 2000 ein OWC-Kraftwerk mit 250 kW Leistung zu Versuchs- und Testzwecken.

Mittels CFD und Analytik werden seit einigen Jahren die unterschiedlichsten Bauteile des OWC-Kraftwerkes analysiert. Dabei werden unter anderem z.B. verschiedene Rotor- und Flügelkonfigurationen untersucht, um eine optimale Energieausbeute zu erzielen, oder es wird ein analytisches Model entwickelt zur einfachen Abbildung der Luft/Wasserschwingung in der Druckkammer.