95 Prozent Wellenenergie: Neue Bojenstrategie nutzt Abschattung statt sie zu bekämpfen

Meereswellen tragen enorme Energiemengen, doch ihre Periode und Einfallsrichtung ändern sich ständig. Genau das macht die Nutzung mit schwingenden Bojen schwierig: Wellenenergiewandler arbeiten am effizientesten nahe ihrer eigenen Resonanzfrequenz. Werden viele Bojen zu einer Farm zusammengeschaltet, kommt ein weiteres Problem hinzu. Die Anlagen beeinflussen sich gegenseitig durch Streuung und Abschattung, sodass innerhalb des Feldes sehr unterschiedliche Bedingungen herrschen. Manche der schwimmenden Bojen erreichen die Größe eines kleinen Hauses und liefern genug Strom für mehrere hundert Haushalte, rentabel werden sie aber erst im Verbund vieler Dutzend Exemplare. Forschende der Universitäten Adelaide, Melbourne und Augsburg um Amy-Rose Westcott und Prof. Dr. Malte A. Peter haben nun eine Strategie entwickelt, die das Abschattungsproblem gezielt ausnutzt statt es zu bekämpfen.

Gestaffelte Resonanzen fangen ein breites Spektrum ein

Statt alle Bojen identisch abzustimmen, verändert das Team in einem dreidimensionalen Modell Federsteifigkeit und Dämpfung des Power-Take-off-Systems von Reihe zu Reihe. Die Forschenden nennen den Ansatz breitbandige oder „Rainbow“-Absorption: Jede Reihe reagiert auf einen eigenen Ausschnitt des Wellenspektrums, sodass die Wechselwirkung zwischen den Reihen genutzt wird statt sie zu verlieren. Im idealisierten Modell mit seitlich unendlich ausgedehnten Reihen erreichten sechs Reihen im Zielbereich eine Absorption von 95 Prozent. Über Wellenperioden von 10 bis 20 Sekunden lagen die Werte bei senkrechtem Einfall mit fünf bis sechs Reihen bei über 94 Prozent, auch bei schräg einfallenden Wellen blieb die Aufnahme über einen breiten Winkelbereich hoch.

Endliche Felder bestätigen den Effekt

Für eine spätere technische Umsetzung zählt vor allem, ob der Effekt auch bei realistisch begrenzten Anlagen bestehen bleibt. Das Team testete deshalb Felder mit einigen Dutzend Wandlern, darunter ein Beispiel mit 60 Bojen in sechs Reihen zu je zehn Wandlern. Selbst unter unregelmäßigem Seegang mit wechselnden Richtungen und Perioden übertraf das gestaffelte Feld gleichförmig abgestimmte Anlagen deutlich. Nach Angaben der Autoren nehmen ihre Entwürfe mit fest eingestellten Bojen über rund zwei Drittel der relevanten Wellenfrequenzen mehr als 90 Prozent der einfallenden Energie auf, auch bei Einfallswinkeln bis etwa 60 Grad gegenüber der Senkrechten.

Reale Bedingungen stehen noch aus

Die berechnete Absorption beschreibt, wie viel Wellenenergie die Wandler im Modell aufnehmen, nicht den elektrischen Nettoertrag einer realen Anlage. Zudem basiert die Studie auf linearer Theorie und blendet nichtlineare Effekte wie hydrodynamischen Widerstand noch aus. Die Autoren erwarten, dass das Prinzip der breitbandigen Abstimmung auch unter solchen Bedingungen greift, sehen aber weitere Modellierung und praktische Tests als notwendig an. Ein Vorteil bleibt davon unberührt: Anders als Wind und Sonne fällt die See praktisch nie vollständig ruhig, echte Dunkelflauten drohen Wellenkraftwerken damit kaum.

via Universität Augsburg

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