Technologien, die die Energie von fließendem Wasser oder Temperaturunterschieden nutzen
in den Ozeanen versprechen reichlich kohlenstofffreien Strom zu liefern.

Lange bevor sich die Menschheit für fossile Brennstoffe interessierte, lernten wir, die Kraft des Wassers für die Arbeit zu nutzen. An Flüssen liefen Mühlen, die Mehl mahlten, Baumstämme sägten oder Webstühle drehten, die Fasern in Textilien verwandelten. Spätere Generationen erkannten, dass fließendes Wasser auch zum Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt werden konnte. Doch Dämme, die mit elektrischen Turbinen errichtet wurden, blockierten die Wasserstraßen und beeinträchtigten die Flussökosysteme bei der Stromversorgung wachsender Städte.

Geräte, die derzeit im Vereinigten Königreich, in den Vereinigten Staaten und anderswo entwickelt werden, erzeugen Strom, indem sie die Bewegung von Meereswellen und Gezeiten oder die Temperaturunterschiede des Wassers zwischen der Oberfläche und den Tiefen eines Ozeans nutzen. Der Sektor ist vielversprechend, aber um sein Potenzial auszuschöpfen, müssen die Ingenieure, Unternehmer und politischen Entscheidungsträger, die daran arbeiten, kohlenstofffreien Strom aus fließendem Wasser und thermischen Gradienten zu gewinnen, gewaltige regulatorische und finanzielle Hürden überwinden.

Energie aus Wasser hat großes Potenzial

Staatliche und akademische Schätzungen gehen davon aus, dass erneuerbare Meeresenergie einen erheblichen Teil des in Küstengebieten verbrauchten Stroms liefern könnte. Befürworter der Meereshydrokinetik oder Umwandlung der thermischen Meeresenergie stellen oft fest, dass die Technologien Strom liefern, der sowohl zuverlässig als auch am richtigen Ort ist. Schließlich sind Wellen und Gezeiten vorhersehbar. Und Menschen neigen dazu, sich in der Nähe von Wasser anzusammeln: Fast 40 Prozent der Amerikaner leben in Landkreisen direkt an der Küste und mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt im Umkreis von 125 Meilen von einer Küste.

Staatliche und wissenschaftliche Schätzungen gehen davon aus, dass erneuerbare Meeresenergie einen erheblichen Teil des in Küstengebieten verbrauchten Stroms decken könnte. Vom US-Energieministerium in Auftrag gegebene Untersuchungen ergaben, dass „das Maximum der theoretischen Stromerzeugung“, das aus Wellen, Gezeiten- und Flussströmungen sowie thermischen Gradienten der Ozeane in US-Gewässern erzeugt werden könnte, beträgt 2,116 Terawattstunden jährlich, eine etwas mehr als die Hälfte des Stromverbrauchs im Land jedes Jahr. Eine TWh Strom kann 85,000 Haushalte mit Strom versorgen. Nach Angaben der California Energy Commission beträgt das nutzbare Potenzial des Staates zur Erzeugung von Meereswellenenergie rund 7,400 Megawatt, das entspricht 17 Prozent der Spitzenlast, die vom kalifornischen Netzbetreiber verwaltet wird in den letzten Jahren.

Im Januar 2014 von Ingenieuren der Universitäten Oxford und Edinburgh veröffentlichte Forschungsergebnisse ergaben, dass Gezeitenturbinen im Pentland Firth, einem schmalen Gewässerabschnitt, der die Nordküste des schottischen Festlandes von den Orkney-Inseln trennt, dies erreichen könnten erzeugen 43 Prozent des schottischen Stroms. Laut RenewableUK, einem Handelsverband, beträgt das Wellenenergiepotenzial in britischen und irischen Gewässern 840 TWh pro Jahr, was der Hälfte der gesamten europäischen Wellenenergieressourcen und fast dem Zweieinhalbfachen des aktuellen jährlichen Strombedarfs des Vereinigten Königreichs entspricht.

Marine erneuerbare Energien sind eine sich schnell entwickelnde Branche

Bei einer Meeresenergie Tafel Bill Toman, damals Projektmanager bei der Ocean and Marine Systems-Abteilung der Science Applications International Corporation, fand im September 2012 an der University of California, Berkeley, School of Law statt und stellte fest, dass die Innovation in diesem Sektor floriert. Toman, jetzt Direktor bei Pacific Marine Renewables, schätzt, dass sich weltweit etwa 80 verschiedene Technologien für erneuerbare Meeresenergie in der Entwicklung befinden, von denen sich etwa ein Dutzend in einem ausgereiften Stadium befinden.

„Er schreitet schneller voran als der Wind vor 30 Jahren“, sagt Paul Jacobson, Meeresenergieleiter am Electric Power Research Institute. Jacobson sagt, er glaube nicht, dass die Branche der erneuerbaren Meeresenergie 30 Jahre brauchen werde, um den heutigen Stand des Windsektors zu erreichen, da die Konstruktionstechnik in den letzten Jahren so große Fortschritte gemacht habe.

Im Jahr 2012 installierte Verdant Power riesige Turbinen unter der Oberfläche des New Yorker East River, um Gezeitenenergie in elektrischen Strom umzuwandeln. Foto mit freundlicher Genehmigung von Verdant Power, Inc.

Eine Handvoll Entwickler in Großbritannien, den USA und China haben die Genehmigung für den Bau von Projekten im kommerziellen Maßstab erhalten oder Verträge unterzeichnet. Im September 2013 hat die schottische Regierung gab grünes Licht für den Bau der ersten Phase des 398 MW MeyGen Gezeitenenergieprojekt. Die ersten sechs Turbinen sollen 2015 im schottischen Pentland Firth installiert werden.

Im Januar 2012 erhielt Verdant Power die erste kommerzielle Lizenz für ein Gezeitenenergieprojekt in den USA. Die Federal Energy Regulatory Commission autorisierte Verdant, bis zu 30 Turbinen mit einer Gesamtleistung von etwas mehr als 1 MW im New Yorker East River zu installieren, um das zu nutzen Energie des Wassers, das sich mit den Gezeiten bewegt. Während seiner Demonstrationsphase hat das Das Projekt lieferte 70 Megawattstunden Strom an zwei Kunden in New York City.

Dean Corren, Direktor für Meeresströmungstechnologie bei Verdant, sagt, das Unternehmen plane, an diesem Standort seine kommerzielle Turbine der nächsten Generation, Gen5, zu installieren. Die finanzielle Unterstützung des Energieministeriums werde es seiner Meinung nach ermöglichen, im Laufe des nächsten Jahres Schlüsselkomponenten – Stahl, Getriebe und Rotorblätter – zu testen, um die Zuverlässigkeit der neuen Turbinen unter Wasser zu bestimmen. Die ersten Gen5-Turbinen sollen 2015 im East River stehen.

Im Oktober 2013 Lockheed Martin einen Vertrag unterschrieben zum Bau des weltweit größten thermischen Meereskraftwerks, einer 10-MW-Anlage, die voraussichtlich im Süden Chinas errichtet wird. Lockheed plant den Bau eines geschlossenen Kreislaufsystems, das die Wärme warmer Oberflächengewässer nutzt, um Ammoniak, das einen niedrigen Siedepunkt hat, in ein Gas umzuwandeln, das zum Antrieb einer Dampfturbine verwendet wird. Anschließend wird kaltes Wasser tief unter der Oberfläche verwendet, um den Dampf wieder in Flüssigkeit umzuwandeln.

Dan Heller, Vizepräsident für neue Unternehmungen bei Lockheed Mission Systems and Training, Reuters Damals plante Lockheed, im Laufe des Projekts mit der Arbeit an einem 100-MW-Design zu beginnen und ging davon aus, in etwa fünf Jahren mit der weltweiten Vermarktung der 100-MW- und 10-MW-Versionen beginnen zu können.

Regulatorische Herausforderungen und technische Einschränkungen

Auch wenn die Technologie voranschreitet, sind sich Industrie- und Regierungsexperten einig, dass erhebliche Hürden überwunden werden müssen, wenn Strom, der durch erneuerbare Meeresenergietechnologien erzeugt wird, in naher Zukunft preislich mit Strom aus fossilen Brennstoffen oder aus ausgereifteren erneuerbaren Energiequellen wie Sonne, Wind und anderen konkurrieren kann Geothermie. Laut Max Carcas, externer Verbindungsmann des European Marine Energy Centre, Meeresenergie kostet 0.42 bis 0.50 US-Dollar pro Kilowattstunde heute, mehr als zweimal der durchschnittliche Preis für Strom aus Offshore-Windparks.

Regulatorische Herausforderungen und technische Einschränkungen haben den Bau von Wellen-, Gezeiten- und Meereswärmeprojekten im Versorgungsmaßstab erschwert. Im August 2012 erhielt Ocean Power Technologies die erste Lizenz der Federal Energy Regulatory Commission für ein Wellenkraftwerk in den USA für eine Reihe von 1.5 MW-Geräten vor der Küste von Reedsport, Oregon. Ein Jahr später, Die Oregonian berichtet dass regulatorische und technische Hürden das Projekt zum Stillstand gebracht hatten und dass „OPT jetzt vage verspricht, seine erste Boje spätestens 2016 in den Gewässern von Oregon zu testen.“

Projektentwickler, darunter viele Start-ups, haben es schwer, sich finanziell über Wasser zu halten, während sie sich um die erforderlichen Genehmigungen bemühen.

Verzögerungen waren nicht auf die USA beschränkt Wellennabe, eine Testplattform für erneuerbare Meeresenergie, die sich auf dem Meeresboden 10 Meilen vor der Küste von Cornwall, Großbritannien, befindet und über ein Unterseekabel mit dem Landnetz verbunden ist, wurde 2010 fertiggestellt muss noch verwendet werden. OceanEnergy, ein irisches Wellenenergieunternehmen, hatte geplant, es einzusetzen OE-Boje am Ort bis zum Ende von 2012. Im Dezember 2013, Wave Hub angekündigt das Wellenenergieunternehmen Sitzgenauigkeit plant, in den nächsten zwei Jahren am Standort eine 10-MW-Anlage zu entwickeln.

„Die letzten fünf Jahre waren für Entwickler ziemlich brutal, wenn es darum ging, Meereswellen-, Gezeiten- und hybride Windwellenprojekte zu errichten“, sagte Toman von Pacific Marine Renewables auf dem Berkeley-Treffen 2012. Projektentwickler, darunter viele Start-ups, haben es schwer, sich finanziell über Wasser zu halten, während sie sich um die erforderlichen Genehmigungen bemühen.

„Viele Ingenieure, die etwas ins Wasser werfen wollten, machten, als sie einen Blick auf die rechtlichen Rahmenbedingungen werfen konnten, große Augen und entschieden: ‚Okay, ich werde viel mehr Geld brauchen, und ich „Ich muss mit einigen weiteren Beratern sprechen, die etwas darüber wissen“, sagte Laura Engeman, Projektmanagerin beim California Ocean Protection Council, dem gleichen Gremium.

Die Herausforderung für die Regulierungsbehörden, fügte Engeman hinzu, bestehe darin, „die Möglichkeiten für Tests mit der Bereitstellung der notwendigen Umweltschutzvorkehrungen in Einklang zu bringen.“ Branchenentwickler sind finanziell begrenzt. Für sie ist es oft eine große Hürde, die Art von Basisinformationen zu entwickeln, die die meisten Genehmigungsbehörden benötigen.“

„Da es sich um neue Technologien handelt, die in Umgebungen eingesetzt werden, in denen so etwas noch nie zuvor gemacht wurde, besteht große Umweltunsicherheit“, sagt Jacobson vom EPRI. „Die Branche wird auf einem sehr hohen Niveau gehalten.“ Ein im November 2008 für den California Ocean Protection Council und die California Energy Commission erstellter Bericht kam zu dem Schluss, dass „nur wenige große Auswirkungen von Wellenenergieumwandlungsanlagen auf Meeresvögel und Säugetiere zu erwarten sind“, dass jedoch Basisdaten erhoben wurden, bevor Geräte in den Ozean eingesetzt werden Wasser „wird für die Bewertung der Auswirkungen nach der Installation von entscheidender Bedeutung sein.“ Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass „obwohl erhebliche technologische und wirtschaftliche Probleme bestehen bleiben, ökologische Probleme zum jetzigen Zeitpunkt beherrschbar erscheinen.“

Ein Thema dominiert diese Szene vollständig und begrenzt die Wachstumsrate, und das ist die Kapitalverfügbarkeit.“ — Dekan Corren, Verdant

Dennoch sieht es am Horizont besser aus. Um Entwicklern bei der Bewältigung des Regulierungsprozesses zu helfen, veröffentlichte der California Ocean Protection Council im Dezember 2011 Genehmigungsleitlinien für Meeresenergieprojekte. Und im August 2013 haben die US-Senatoren Ron Wyden, D-Ore., und Lisa Murkowski, R-Alaska, eingeführt das Marine and Hydrokinetic Renewable Energy Act von 2013, das die Entwicklung und Rationalisierung von Genehmigungen für erneuerbare Meerestechnologien fördern würde. Am 20. Januar 2014 veröffentlichte die Europäische Kommission einen zweistufigen Beschluss Aktionsplan für blaue Energie Dabei wird die EU zunächst Interessenvertreter zusammenbringen, um Lösungen für die Herausforderungen zu ermitteln und vorzuschlagen, mit denen die Branche der erneuerbaren Meeresenergien konfrontiert ist, und dann bis 2016 einen strategischen Fahrplan entwickeln, um den Sektor auf dem Weg zur Kommerzialisierung zu leiten.

Zeig uns das Geld

Dann gibt es noch die Finanzierung. „Man muss verstehen, dass ein Problem diese Szene vollständig dominiert und die Wachstumsrate begrenzt, und das ist die Kapitalverfügbarkeit“, sagt Corren von Verdant Power. „Für aufstrebende Energien gibt es kein Risikokapital mehr.“

„Vieles von der Welle ist einfach noch zu früh für Risikokapital“, sagte Toman seinem Publikum in Berkeley. „Es wird geschätzt, dass der Übergang von einer Cocktailserviettenzeichnung zu einem kommerziellen Wellengerät etwa 100 Millionen US-Dollar kostet. Das ist eine furchtbare Menge Kapital, die man von seinem Garagenerfinder verlangen kann.“

Die PowerBuoy von Ocean Power Technologies erzeugt Strom, während sie in der unruhigen See vor der Küste Schottlands schaukelt. Foto mit freundlicher Genehmigung von Ocean Power Technologies, Inc.

Wo Meeresenergie Fuß fasst, ist dies oft auf staatliche Eingriffe zurückzuführen.

„Deshalb isst Europa unser Mittagessen“, sagt Corren. „Unsere Regierung hat jetzt die Philosophie – mindestens die Hälfte davon hat die Philosophie –, dass die Regierung nichts unternehmen sollte.“

Befürworter erkennen die Bedeutung staatlicher Unterstützung für die Branche an – sie wünschen sich nur, dass es mehr davon gäbe. „Seit der Wahl von Präsident Obama hat das Energieministerium sein Wasserkraftprogramm neu gestaltet und sich auch für erneuerbare Meeresenergie entschieden, sowohl durch Gezeiten als auch durch Wellen“, sagt Corren, „aber es ist immer noch weit über dem, was eigentlich sein sollte.“ Wir wollen ein wichtiger Akteur in der Weltindustrie sein.“

Jacobson vom EPRI stellt fest, dass das DOE die Bewertung erneuerbarer Meeresenergieressourcen und Umweltressourcen (EPRI leitete die Wellen- und Flussressourcenbewertung), die Technologieentwicklung von Komponenten und die Projektentwicklung gefördert hat.

„DOE-Vertragsunterstützung war unglaublich hilfreich“, sagt Corren. „Der Staat New York war seit den 80er Jahren unglaublich hilfsbereit.“ Das Energieministerium habe erkannt, dass es den Kostenanteil seiner Zuschüsse erhöhen müsse, um dem Angebot anderer Länder zu entsprechen, sagt er. Früher gab es bei Verträgen eine 50/50-Kostenbeteiligung; Jetzt können Verträge mit einer Kostenbeteiligung von bis zu 80/20 abgeschlossen werden. Im August 2013, DOE $ 16 Millionen vergeben 17 Projekte voranzutreiben, die Energie aus Wellen, Gezeiten und Strömungen gewinnen.

Erneuerbare Meeresenergien haben eine glänzende Zukunft

Befürworter der Industrie sind sich einig, dass erneuerbare Meeresenergien eine glänzende Zukunft haben, auch wenn sie in naher Zukunft außerhalb der USA möglicherweise schneller vorankommen. Corren sagt, dass dies wahrscheinlich bedeuten wird, dass die meisten in den USA ansässigen Unternehmen ins Ausland abwandern werden. „Entweder Europa, insbesondere Großbritannien und Schottland, oder Südkorea“, sagt er und fügt hinzu, dass Verdant bereits ein Unternehmen in England hat. „Wir haben Gespräche mit China geführt. Dies sind Länder mit wichtigen Ressourcen und großen Verpflichtungen, in die Technologie zu investieren, um dies zu ermöglichen“, sagt er.

Bei dem Vortrag in Berkeley stimmte Toman zu und sagte: „Wellen und Gezeiten sind in Europa, insbesondere im Vereinigten Königreich und Schottland, wie Gangbuster.“ Ich sehe, dass sie bei der Migration hierher in die USA den kalifornischen Markt als eine Art Heiligen Gral betrachten. Wir befinden uns im Moment vielleicht in einer langsamen Phase, aber ich sehe die europäischen Bemühungen, uns zu kolonisieren.“

Experten sind davon überzeugt, dass die erneuerbaren Meeresenergien mit zunehmender Reife der Technologie mit der Zeit wettbewerbsfähiger werden.Prototypen von Fast ein Dutzend Meeresenergiegeräte sind in Betrieb auf Websites, die von der betrieben werden European Marine Energy Centre, ein netzgekoppeltes Testzentrum auf den schottischen Orkney-Inseln, das 2003 gegründet wurde. In der 59-Millionen-Dollar-Anlage wurden weitere Wellen- und Gezeitenenergiegeräte getestet – finanziert mit Mitteln der schottischen und britischen Regierung sowie der EU, aber seit 2011 selbsttragend – als jede andere Website auf der Welt. Laut der Europäischen KommissionIn Europa sind etwa 2 GW an Meeresenergieprojekten für erneuerbare Energien geplant.

Experten sind davon überzeugt, dass die erneuerbaren Meeresenergien im Laufe der Zeit mit der Weiterentwicklung der Technologie wettbewerbsfähiger werden. „Unter den frühen Projekten gibt es eine Menge Blutvergießen“, sagte Toman. „Allerdings wurden enorme Erfahrungen gesammelt. Nachfolgende Projekte werden von der großartigen harten Arbeit profitieren, die diese früheren Projekte geleistet haben.“

„Das ist derzeit nicht die günstigste Möglichkeit, Strom zu erzeugen“, sagt Jacobson. „Wenn es keine Nachfrage nach erneuerbaren Energien gibt, ist es umso schwieriger, die Finanzierung so zu gestalten, dass die Technologie so weit weiterentwickelt wird, dass sie später kostenmäßig wettbewerbsfähig sein kann.“ Richtlinien wie die Einspeisetarif wurde kürzlich in Nova Scotia genehmigt Denn Gezeitenenergieprojekte seien notwendig, sagt er, um die Branche zu vergrößern.

Schreiben im Blog des European Marine Energy Centre, Carcas prognostiziert„Es ist nicht unvorstellbar, dass die Kosten steigen könnten, sobald die ersten 1,000 [MW] erneuerbarer Meeresenergie installiert sind (entspricht einem konventionellen Kraftwerk). ähnlich wie bei Offshore-Windenergie.“

„Diese Branche hat Zukunft. Es wird ein kleiner, aber wichtiger Teil des Puzzles sein, um alle Quellen zusammenzustellen, die wir brauchen und die am nachhaltigsten sind“, sagt Corren. „Es hat eine glänzende Zukunft.“

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Ensia

Über den Autor

Justin Gerdes ist ein unabhängiger Journalist aus der San Francisco Bay Area, der sich auf Energie und Klimawandel spezialisiert hat. Seine Arbeiten sind im erschienen Guardian, Yale Environment 360, Forbes.com, MotherJones.com, Smithsonian.com, Chinadialog, Christian Wissenschaftsmonitor und GreenBiz.com, unter anderem.

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