#Chip Happens-Podcast: Staffel 2, Folge 9 I Mit Wasser Energie erzeugen und speichern
Große Probleme brauchen häufig ziemlich kleine Helfer. Der Podcast »Chip Happens – Kleine Dinge, die alles verändern« von Chipdesign Germany zeigt, wie Mikroelektronik und Chipdesign dabei helfen können, die drängenden Fragen unserer Zeit anzugehen – jederzeit nachvollziehbar und alltagsnah. Das Format richtet sich an alle, die verstehen wollen, wie Technik im Hintergrund wirkt und dennoch zentrale Weichen stellt. Kluge Köpfe aus der Branche sprechen hierfür mit Moderator Sven Oswald über ihre faszinierenden Geschichten, geben überraschende Einblicke und zeigen hautnah die vielen Möglichkeiten, die unser Fachbereich bietet. Wasser ist Leben. Und Mikroelektronik hilft uns, es zu finden, zu reinigen, zu überwachen und zu bewahren. In Staffel 2 von »Chip Happens«, dem Podcast von Chipdesign Germany, dreht sich alles um das Element Wasser – von der Tiefsee bis ins Weltall.
Staffel 2, Folge 9 | wie sich die Kraft der Wellen für eine sichere, grüne Energieversorgung nutzen lässt
In der neunten Folge von »Chip Happens« sprechen wir über zwei Bausteine, die für die Energiewende zukünftig ganz zentrale Lösungen bieten können: Wellenenergie und Unterwasser-Stromspeicher.
Der Wirtschaftswissenschaftler, Wellenkraft-Experte und Redakteur für »Erneuerbare Energien Aktuell« Richard Roth erklärt, wie unterschiedliche Wellenkraftwerkstypen, von der pneumatischen Kammer bis hin zur schwimmenden Seeschlange (Pelamis s. unten), funktionieren.
Danach stellt uns Dr. Bernhard Ernst (Senior Project Manager, Fraunhofer IEE) eine neuartige Unterwasser-Speichertechnologie mit Betonkugeln vor. Er zeigt auf, wie diese Energie nach dem Prinzip von Pumpspeicherkraftwerken speichert und sich dabei ganz unscheinbar auf dem Meeresboden befindet.
Worum geht es in der Folge?
Richard Roth über Wellenkraftwerke & Energie aus der Bewegung |
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Situation: |
Über 70% der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt. Man kann sich dies als gigantischen Energiespeicher in Form von Wellen vorstellen.
Während Wasserkraft in Deutschland nur rund 4% der Stromproduktion ausmacht, gilt „Wellenenergie“ als zusätzliche, stetig verfügbare Quelle ohne „Dunkelflaute“. Weltweit sind bereits verschiedene Demonstratoren und Testanlagen im Einsatz, in Europa vor allem an der Atlantikküste (unter anderem in Großbritannien, Irland, Portugal, Norwegen, und Frankreich). |
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Problemstellung: |
Es gibt nicht so etwas wie das eine Wellenkraftwerk. Örtliche Gegebenheiten erfordern unterschiedliche Konzepte. Viele Anlagen befinden sich zudem noch im Pilot- und Testbetrieb. Bis jetzt sind die Beträge im Strommix entsprechend noch gering und müssen weiterentwickelt werden.
Technische Robustheit, Effizienz im realen Seegang, aber auch die wirtschaftliche Skalierung sind die Kernherausforderungen auf diesem Gebiet. |
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Lösungsansätze/Innovationspotenziale: |
Beispielhafte Ansätze:
Aktuelle Praxisbeispiele, wie das Projekt Blue X des Betreibers »Mocean Energy« in Schottland, zeigen vielversprechende Potenziale. Das aus diesem Projekt hervorgegangene »Bluestar« besteht aus einzelnen, schwimmenden Modulen. Diese können beispielsweise Unterseeaktivitäten mit Energie versorgen.
Mikroelektronik spielt bei allen Projekten eine maßgebliche Rolle. Sensorik ermöglicht Echtzeitauswertungen und adaptive Regelungen, z.B. von Position, Wellenhöhe, Hydraulikdruck, oder Gelenkbelastung. Mit Künstlicher Intelligenz (KI) lassen sich Betriebsstrategien weiter optimieren und der Wirkungsgrad erhöhen. |
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Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf / Aktuelle Projekte: |
Studien schätzen das theoretische Potenzial der Wellenenergie weltweit auf ~ 29.000 TWh/Jahr. Das ist mehr als der Stromverbrauch 2023, welcher sich auf ~ 27.000TW belief.
Aktuelle Prognosen halten bei technologischer Reife 10-15% der gesamten Bedarfsdeckung durch Wellenenergie für möglich. Der Weg dorthin ist allerdings noch lang. Es bedarf Langzeittests, zuverlässige Meeresinfrastruktur, datengeriebene Regelung und Skalierung der modularen Systeme. |
Dr. Bernhard Ernst über Unterwasser-Betonkugeln und den Speicher am Meeresboden |
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Situation: |
Ein flexibles und gleichzeitig stabiles Energiesystem braucht immer auch geeignete Speicher. Das ist für konventionelle Kraftwerksarten und erst recht in einem erneuerbaren System mit schwankender Energieproduktion.
Klassische Pumpspeicherkraftwerke sind bewährt, aber deren Neubau teilweise nur schwer genehmigungsfähig. Batteriespeicher werden zwar günstiger, setzen jedoch auf schwierig verfügbare Materialien und sind von komplexen Lieferketten abhängig.
Unterwasserlösungen könnten hier zusätzliche Abhilfe schaffen. |
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Problemstellung: |
Allgemein benötigen wir für die Energiewende zusätzliche, skalierbare Speicheroptionen, die sich unabhängig von Topografie und Landschaftsbild installieren lassen.
Im Falle von Unterwasserlösungen gibt es in unserer Region jedoch einige Herausforderungen; denn in deutschen Küstengewässern fehlt es an großen Tiefen. Die Nord-und Ostsee sind schlichtweg zu flach für diverse Unterwasserlösungen. |
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Lösungsansätze/Innovationspotenziale: |
Wie funktioniert die Lösung von Dr. Ernst und seinem Team?
Das Prinzip ist prinzipiell funktionsgleich zu einem Pumpspeicher, nur dass das „obere Becken“ nun das Meer ist.
Bei diesem neuen Ansatz steht eine massive Betonkugel auf dem Meeresboden: Bei Stromüberschuss wird Wasser aus der Kugel gepumpt, sodass ein niedriger Druck entsteht. Bei Strombedarf strömt Wasser ein und Strom entsteht. Wenn Standardbeton verwendet wird, sind 700-800 Meter Wassertiefe ideal, da dort idealer Druck und Stabilität gegeben sind.
Die Energie skaliert proportional mit der Tiefe. Die Wartung lässt sich ebenfalls relativ simpel realisieren, da die gesamte Einheit, bestehend aus der Pumpe/Turbine, den Ventilen, und der Steuerung, als schlanke Einheit oben an der Kugel angebracht wird und zur Wartung herausgezogen werden kann. |
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Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf / Aktuelle Projekte: |
2016 wurde das Prinzip erstmals erfolgreich im Bodensee getestet. Eine etwa 20 Tonnen schwere Betonkugel speicherte dort in rund 100 Metern Tiefe für vier Wochen Energie. Der nächste Schritt im Projekt ist nun der Test im Salzwasser und in größerer Tiefe vor der Küste Kaliforniens.
Für diesen Einsatz sind größere Kugeln mit rund 30 Metern Durchmesser in etwa 700 Metern Wassertiefe vorgesehen. Eine Kugel könnte dann ca. 20 Megawattstunden Energie speichern.
Für eine Gigawattstunde wären entsprechend 200 Kugeln nötig. Zum Vergleich: ein aktuelles Pumpspeicherkraftwerke wie Goldisthal in Thüringen verfügt über etwa 8 Gigawattstunden Speicherkapazität.
Grundsätzlich bleibt das Problem der Tiefen in deutschen Gewässern jedoch bestehen. Besser geeignete Standorte finden sich in Europa z.B. im Skagerrak oder im Mittelmeer. Wir müssen also lernen überregional zu denken, aber gleichzeitig nicht aus dem Auge lassen, dass wir lokal agieren müssen, um neue Speicher in unser Netz zu holen. Beides ist essenziell, um dauerhaft stabil mit Energie versorgt werden zu können. |
Zur neunten Folge der zweiten Staffel – (Spotify):
In der nächsten Folge beschäftigen wir uns näher mit dem Energieverbrauch und Wasserdurst in Zeiten von KI.
