CableKites - Zuverlässige, klimaverträgliche Strömungskraftwerk mit Seilbahntechnik

Die Energiewende ist eine der größten gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit. Eine verlässliche, klimafreundliche Energieversorgung zu bezahlbaren Preisen ist von grundlegender Bedeutung. Neben den damit verbundenen sozialen und technischen Herausforderungen ist in Mitteleuropa vor allem die Instabilität regenerativer Erzeugungsquellen kritisch. Das bedeutet, dass die Stromerzeugung je nach Wetterlage, Jahreszeit und Tageszeit schwankt. Insbesondere die Photovoltaik-Stromerzeugung ist mehr als die Hälfte des Jahres nicht signifikant zur Verfügung.

Um die Energieversorgung sicherzustellen, müssen daher vor allem folgende Probleme berücksichtigt werden: die Notwendigkeit, große Überkapazitäten zur Verfügung zu stellen; die Stabilität des Elektrizitätsnetzes ist gefährdet, wenn zu wenig oder zu viel Strom eingespeist wird; bislang noch fehlende Technologien für die Langzeitspeicherung müssen entwickelt werden. Der Bedarf an kontinuierlich verfügbaren bzw. planbaren erneuerbaren Energiequellen ist daher dringend erforderlich. Gezeitenströme sind eine solche Energiequelle, die ebenfalls in großen Mengen genutzt werden kann, aber selten genutzt wird. Mithilfe von Innovationen und neuen Technologien können diese Energiequellen besser und effizienter genutzt werden, um die anspruchsvolle Aufgabe der Energiewende zu bewältigen.

Im Rahmen der Energiewende konzentriert sich die Europäische Union (EU) auch auf den Ausbau der erneuerbaren Meeresenergie als Teil des Green Deal. Unter Ocean Energy versteht die EU insbesondere die Gezeitenenergie. Die Anforderungen an die zu entwickelnde Technologie sind aufgrund des besonderen Einsatzortes als hoch einzuschätzen. Der Betrieb setzt die Installation der Anlage im maritimen Umfeld und damit großteils im Salzwasser voraus. Außerdem sind extreme Wetterlagen möglich. Dies erfordert den Einsatz von möglichst einfachen und robusten technischen Komponenten. Darüber hinaus sind einfache Montage und Instandhaltung notwendig, um den laufenden Betrieb kostengünstig und stabil zu ermöglichen. Seilbahnen erfüllen diese Eigenschaften. Sie sind bereits den rauen klimatischen Bedingungen im Gebirge ausgesetzt und müssen zudem einfach zu warten sein. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die heutigen Seilbahnen noch nicht unter Wasser betrieben werden können. Daher wird derzeit die Frage behandelt, wie die Seilbahntechnik für Gezeitenkraftwerke eingesetzt werden kann.

Die meisten aktuellen Lösungen, die auf Gezeitenströmungen basieren, können nur Strömungen mit hoher Geschwindigkeit nutzen, technologische Lösungen, die langsame und mittelschnelle Strömungen nutzen, gibt es noch kaum, aber Europa hat fast das gesamte Potenzial in diesem Bereich, daher werden wird einen Prototyp für die kommerzielle Nutzung dafür entwickeln. Im Rahmen dieses Projekts handelt es sich bei der geplanten Anlage ist im Kern eine Seilbahn, bei welcher die Sessel bzw. Kabinen durch Strömungsprofile ersetzt sind. Die Profile sind hierzu wie die Fahrbetriebsmittel von Seilbahnen über ein Gehänge mit dem Seil verbunden. Hieraus entsteht ein stabiler Kite, der sich in die Meeresströmung legt und eine kraftvolle Vorwärtsbewegung entwickelt, welche über das Seil und die Umlenkscheiben auf Generatoren zur Stromerzeugung wirkt.

Bei dem Vorhaben der Konzeptionierung und Entwicklung eines CableKites-Gezeitenkraftwerks handelt es sich um ein stark interdisziplinäres Entwicklungsvorhaben mit großen technischen Herausforderungen in verschiedenen Ingenieursfeldern.

In der ersten Phase werden potenzielle Entwicklungsstandorte für die Technologie in Europa analysiert. Darauf aufbauend werden die möglichen Anwendungsbereiche und Grenzen der Technologie abgeleitet. Die zweite Phase des Projekts umfasst die Entwicklung eines Prototyps. In dieser Phase müssen vier wesentliche Faktoren berücksichtigt werden. Erstens mussten die Seile ausgelegt und die Seillinien berechnet werden. Da im Gegensatz zu den Berechnungen für Luftseilbahnen auch die durch Meeresströmungen erzeugten Seitenkräfte berücksichtigt werden müssen, sind die traditionellen Berechnungsmethoden zu erweitern. Darüber hinaus werden in dieser Projektphase auch die Kites entwickelt. Hier müssen Geometrien gefunden werden, die sich unter den vorherrschenden Bedingungen stabil verhalten und eine ausreichende Zugkraft für das Seil bieten. Die Seilbahnkomponenten müssen so ausgelegt werden, dass sie sicher und robust funktionieren. Dazu gehören die Komponenten der Stationsbauten, die Seilklemmen und die Komponenten des Generatorstrangs. Letztlich müssen alle Komponenten der CableKites-Anlage an die Meeresumwelt angepasst werden. Hier ist insbesondere auf eine wartungsarme Gestaltung der Anlage zu achten, da die üblichen von Luftseilbahnen bekannten Wartungsintervalle bei einer Seilbahn unter Wasser nicht einzuhalten sind. In der letzten Phase des Projekts soll der entwickelte Prototyp im Werkkanal der Stadtwerke München (SWM) getestet werden. Neben der technischen Machbarkeit werden dabei auch ökonomische und ökologische Aspekte berücksichtigt.

Das Forschungsprojekt wird vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand finanziert.