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Meeresenergie

Meeresenergie - Wie funktioniert das?

Icon für das Thema Meeresenergie

Das Meer bietet verschiedene Ressourcen (mechanisch, thermisch und chemisch), die zur Energiebereitstellung genutzt werden können. Aufgrund ihrer spezifischen Voraussetzungen haben die einzelnen Technologien unterschiedliche Potenziale:

Wellenenergie
Eine Welle besteht aus einer sich in Ausbreitungsrichtung fortpflanzenden kreisförmigen Bewegung der Wasserteilchen. Die Umwandlung der Wellenergie erfolgt mit unterschiedlichen technologischen Ansätzen, die teilweise nur kinetische Energie, nur potenzielle Energie oder beides nutzen.
Wellenenergie beruht auf der Wechselwirkung zwischen der Meeresoberfläche und dem Wind und kommt praktisch weltweit in allen Ozeanen und Meeren vor. Dementsprechend hoch ist das weltweite theoretische Potenzial. Bis 2020 sollen in Großbritannien Anlagen mit einer Gesamtleistung von etwa 660 MW installiert werden. Das Potenzial in Europa wird auf über 1200 TWh/a geschätzt.

Strömungsenergie
Meeresströmungen werden in Küstennähe vor allem durch die Gezeiten verursacht. Unter geeigneten topologischen Bedingungen kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers für eine kommerzielle Stromerzeugung genutzt werden. Das weltweite technische Potenzial wird auf etwa 1500 TWh/a geschätzt, knapp 10% davon in Europa. Bis 2020 sollen vor der Ostküste Schottlands Anlagen mit einer Gesamtleistung von 1000 MW installiert werden, sowie mehr als 200 MW in der irischen See und weitere Anlagen im Ärmelkanal.

Tidenhub
Auch der Tidenhub wird durch die Gezeiten verursacht. An geeigneten Küstenabschnitten variiert der Wasserspiegel zwischen Ebbe und Flut um bis zu 15 Meter. Durch die Errichtung einer Sperrmauer in einer Bucht kann ein Aufstau erzeugt werden, der die unterschiedlichen Wasserspiegel als Fallhöhe für Wasserturbinen zur Stromerzeugung nutzbar macht. Weltweit sind zahlreiche Küstenstandorte bekannt, die aber im Verhältnis zu den anderen Formen der Meeresenergie nur ein relativ geringes theoretisches Potenzial darstellen. Im Jahr 2017 waren weltweit Anlagen mit insgesamt etwa 523 MW elektrischer Leistung installiert.

Temperaturgradient
Sonneneinstrahlung erwärmt die Wasseroberfläche. Dadurch entsteht gegenüber den kalten Wasserschichten in großer Tiefe ein Temperaturgradient von > 20 K, der als Antrieb für einen Dampfprozess zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Die Kombination von warmem Oberflächenwasser und ausreichender Wassertiefe findet sich über große Flächen der Ozeane und stellt damit ein sehr großes theoretisches Potenzial zur Stromerzeugung dar.
Darüber hinaus kann Meerwasser auch thermisch genutzt werden: als Wärmequelle oder –senke zum Heizen oder Kühlen.

Salzgradient
An den Mündungen großer Flüsse trifft Süßwasser auf Salzwasser. Die Differenz der Salzkonzentrationen entspricht einer chemischen Potenzialdifferenz bzw. einem osmotischen Druck von ca. 28 bar. Durch den Einsatz von semipermeablen Membranen lässt sich technisch ein Druck aufbauen, der den Salzgradienten zur Stromerzeugung nutzbar macht.

Potenziale für Meeresenergie

Für den deutschen Küstenbereich ist das Potenzial maritimer Energiequellen zwar vergleichsweise gering, aber die Technologien zur Nutzung dieser Energiequellen haben aber auch für Deutschland langfristig große Bedeutung: Die deutsche Anlagentechnik ist ein wertvoller Exportfaktor, und die andernorts so bereitgestellte nachhaltige Energie kann als Strom oder synthetischer Energieträger nach Deutschland importiert werden.

In Deutschland sind mehrere Universitäten sowie Forschungsinstitute und mittelständische Industrieunternehmen, aber auch Großkonzerne und große Energieversorger im Meeresenergiesektor aktiv.

Die Unsicherheiten bei der Bestimmung der Ressourcen und die Vielfalt der technologischen Ansätze bedingen eine große Bandbreite bei den technischen Potenzialen. Der IPCC-SRREN Bericht von 2011 gibt einen Bereich zwischen 1900-92000 TWh an. Für Europa liegen die Potenzialschätzungen für Wellenenergie bei 1000-1500 TWh/a und für Meeresströmungen bei etwa 150 TWh/a. Die wesentlichen Potenziale finden sich entlang der europäischen Atlantikküste (European Comission). In der deutschen AWZ beträgt das Wellenpotenzial nur wenige TWh, was die Meeresenergie aus deutscher Sicht in erster Linie zu einem Markt für den Technologieexport macht.

Potenziale der verschiedenen Technologien zur Nutzung der Meeresenergie.
Quelle: Fraunhofer IEE

Marktentwicklung für Meeresenergie

Mit einer im Jahr 2017 weltweit installierten Leistung von rund 550 MW weisen zurzeit vor allem die Gezeitenkraftwerke zur Nutzung des Tidenhubs relevante Kapazitäten auf. In Europa sind demgegenüber bisher nur wenige Wellenenergie- und Meeresströmungsanlagen mit einer Gesamtkapazität von knapp 30 MW installiert worden.

Das IEA Programm zur technologischen Zusammenarbeit für Meeresenergie OES erwartet bis 2050 eine installierte Leistung von rund 300 GW und ein Investitionsvolumen von 35 Milliarden Dollar jährlich. Die Investitionen für Meeresenergieanlagen sind mit spezifischen Kosten zwischen 5 und 15 M€/MW aktuell noch sehr hoch. Ab einer kumulierten Kapazität von rund 100 MW werden Stromgestehungskosten von 200 €/MWh erwartet, langfristig etwa 100 €/MWh.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Meeresenergie

Ziel ist es, die erheblichen vorhandenen Potenziale wirtschaftlich nutzbar zu machen. Der Schwerpunkt der internationalen F&E-Aktivitäten liegt auf der Skalierung der Anlagen und Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie weiterer Ansätze zur Kostenreduktion durch verbesserte Konzepte, Komponenten und Installationsmethoden sowie Reduzierung des Wartungsaufwandes. Die wichtigsten Meilensteine sind kurzfristig die erfolgreiche Realisierung und ein zuverlässiger Betrieb erster Anlagenparks mit Meeresströmungsturbinen und Wellenenergiekonvertern.

Materialien zum Thema Meeresenergie

Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema "Meeresenergie" aus unseren Forschungspublikationen als PDF-Dokumente, geordnet nach dem Veröffentlichungsdatum.

Eine komplette Übersicht über alle FVEE-Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.

Artikel aus den Programmheften:

       

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