Energie aus den Gezeiten
Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen
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Dieser 130 Tonne schwere Prototyp einer Unterwasserturbine (hier noch vor der Absenkung unter den
Wasserspiegel) sieht aus und funktioniert wie eine Unterwasser-Windmühle.
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Eine Pfahlstruktur wird vor der Küste Englands im Juni 2003 montiert, um die oben gezeigte 300
Kilowatt-Turbine zu tragen.
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Korrosionsbeständige Verkleidung aus Edelstahl Rostfrei schützt die Führungen und Läufer, die verwendet
werden, um die Rotorbaugruppe zu heben und ins Wasser abzusenken.
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Dieser 22-Tonnen-Prototyp einer Unterwasserturbine wurde von Ingenieuren der Robert Gordon University in
Aberdeen, Schottland, hergestellt.
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Diese als SEA SNAIL bezeichnete Vorrichtung ist in der Lage, bis zu 150 Kilowatt Elektrizität zu
erzeugen.
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Die aus Stahlrohr hergestellte Sea Snail hockt am Meeresboden wie ein Insekt. |
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Die Meeresströmungen fließen rund um die flügelförmigen Elemente und erzeugen einen nach unten
gerichteten Druck, wie bei den Spoilern eines Rennwagens.
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Das Rennen um die Beherrschung der Gezeiten mittels Unterwasserturbinen erfordert Komponenten
aus Edelstahl Rostfrei. Von Dean Jobb
Nickel Magazine, März, 2004 -- Der Pentland Firth ist ein 23 Kilometer langer Kanal, der
das schottische Festland von den Orkney-Inseln trennt und die Nordsee mit dem Nordatlantik verbindet. Er ist
an einigen Stellen nur 10 Kilometer breit, und wenn die Gezeiten ihr Maximum erreichen, erzeugt er zu jedem
gegebenen Zeitpunkt mehr Energie als die kombinierte Produktion aller Ölquellen der Welt.
Die Wissenschaftler und Techniker befinden sich im Wettlauf mit der Zeit , um Unterwasserturbinen zu entwickeln, mit deren Hilfe man sich die Energie von Wasserwegen wie dem Pentland Firth zu Nutze machen kann, um eine saubere, erneuerbare und nahezu unbegrenzte Elektrizitätsquelle zu erschliessen . Und nickelhaltige Legierungen werden eine wichtige Rolle spielen, wenn es darum geht, sicherzustellen, dass die neu erfundene Technik den jahrelangen Einflüssen des Meerwassers standhalten kann.
"Der entscheidende Faktor (bei der Auswahl von Werkstoffen) ist eindeutig die korrodierende Meerwasserumgebung", erklärt George Gibberd, technischer Leiter der Firma Marine Current Turbines Ltd (MCT). " Für kritische Komponenten ziehen wir die Verwendung korrosionsbeständiger Werkstoffe in Betracht. Wenn wir langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten wollen, haben wir gar keine andere Wahl Die britische Firma hat einen 130 Tonnen schweren Turbinenprototyp entwickelt, der wie eine Unterwasserwindmühle aussieht - und auch genau so funktioniert. Ein 11 Meter langer Rotorflügel ist an eine im Meeresboden eingerammte Pfahlstruktur montiert. Die 300 Kilowatt-Turbine, die auch unter der Bezeichnung Seaflow-Projekt bekannt ist, wurde im Juni 2003 vor der Südküste Englands installiert. Der Rotor und das Getriebe sind an einem Haltering montiert, der in den Ozean eingetaucht werden kann, so dass nur noch die Spitze des Tragmasten über die Wellen hinausragt.
Der Prototyp enthält Komponenten und Beschichtungen aus Edelstahl Rostfrei "in ausgewählten spezialisierten Bereichen, in denen die Verwendung dieses Werkstoffs absolut kritisch ist", beschreibt Gibberd. Etwa eine Tonne Beschichtung aus Edelstahl Rostfrei schützt die Führungen und Laufvorrichtungen, die die Rotorbaugruppe heben und senken. Verschlussstopfen, Zugangsöffnungen und Dichtungen aus Edelstahl Rostfrei wurden überall dort verwendet, wo Korrosion eine Rolle spielt.
Die Firma MCT entwickelt derzeit eine größere Version dieser Turbine mit einer Leistung im Megawatt-Bereich, während sie versucht, diese Technologie innerhalb einiger Jahre zu kommerzialisieren. "Wir haben verschiedene Arten von Edelstahl Rostfrei und hochfesten Befestigungselementen auf Nickelbasis als mögliche Kandidaten vorgesehen", berichtet Gibberd. "Wir benötigen vorgespannte Schraubverbindungen für Anwendungen, wo mit Ermüdung zu rechnen ist, da Standardstahl in der Umgebung, in der das Produkt eingesetzt werden muss, einfach zu leicht brüchig wird. Es besteht auch die Möglichkeit für die Hebemechanismen Seile aus Edelstahl Rostfrei einzusetzen. Gleichzeitig müssen wir aber auch berücksichtigen, welche Implikationen der Einsatz von Edelmetallen in einer Anlage hat, in der große Mengen von gewöhnlichem Kohlenstoff-Baustahl vorhanden sind."
Die Techniker der Robert Gordon University von Aberdeen entwickeln eine kleinere mobile Turbine für die Produktion von Elektrizität am Meeresboden. Ein 22 Tonnen schwerer Prototyp, der bis zu 150 Kilowatt erzeugen kann und den Namen Sea Snail erhielt, wird in diesem Frühjahr in den schnell fließenden Gewässern vor den Orkney-Inseln erprobt.
Aus Budgetgründen und weil sie nur für eine kurzfristige Erprobung vorgesehen ist, enthält die Sea Snail keinen Edelstahl Rostfrei. Für künftige Versionen werden jedoch mit Sicherheit Nickellegierungen zur Anwendung gelangen, wie der Techniker Alan Owen vom Institut für nachhaltige Energie und Umweltforschung der Universität erläutert.
"Die Korrosion spielt in diesem Stadium noch keine wirkliche Rolle. Sollte die Idee sich jedoch als realisierbar erweisen, werden wir uns ernsthaft mit dem Thema Werkstoff befassen müssen, denn diese Anlagen werden dann eine Lebensdauer (von 15 bis 20 Jahren) haben und müssen dann natürlich auch dementsprechend konzipiert sein."
Der aus Stahlrohr bestehende Rahmen der Sea Snail kauert am Meeresboden wie ein Insekt. Die zentrale Turbine ist von flügelartigen Strukturen umgeben, die eine nach unten gerichtete Kraft entstehen lassen, während die Strömung über sie hinweg fließt - vergleichbar mit den Spoilern eines Rennwagens. "Je schneller der Fluss des Wassers (bzw. der Gezeiten), desto kräftiger wird die Struktur gegen den Meeresboden gedrückt", erklärt Owen.
Die Flügelstrukturen müssen umklappen, wenn die Gezeiten wechseln. Die reversible Nabe, die dies erlaubt, wird aus Edelstahl Rostfrei gefertigt werden, um problemloses Funktionieren zu gewährleisten. Die Konstrukteure haben die Idee eines geschlossenen Getriebegehäuses verworfen. "Vom technischen Standpunkt aus ist Einfachheit immer das Beste", erklärt er. "Deshalb würde ich dazu neigen, den Mechanismus offen zu lassen, ihn aber aus korrosionsbeständigen Werkstoffen zu fertigen."
Die Flügel, die derzeit aus Glasfaser bestehen, könnten mit einer Haut aus Edelstahl Rostfrei gefertigt werden, in die Meerwasser eingepumpt bzw. aus der Meerwasser abgepumpt werden könnte, um für den gewünschten Auftrieb zu sorgen. "Diese Idee würde sich natürlich hervorragend für eine Umsetzung in Edelstahl Rostfrei eignen. Es wird ein Hohlraum erzeugt, den man nicht von innen behandeln kann, und deshalb muss dafür gesorgt werden, dass eine Korrosion im Inneren verhindert wird", erklärt Owen. "Korrosionsbeständige Stähle werden mit größter Wahrscheinlichkeit auch die erste Wahl für den Werkstoff für die Turbinen sein, sobald diese erst einmal für den Einsatz unter Wasser optimiert sind," fügt er hinzu.
Wie der Prototyp von MCT ist auch die Sea Snail entsprechend konstruiert , um für Wartungsarbeiten an die Oberfläche gehievt zu werden. Gezeitenturbinen werden dort installiert, wo die Strömung am stärksten ist, und dort wäre es dementsprechend auch zu gefährlich, Taucher einzusetzen. Und da die Strukturen sich teilweise oder ganz unter Wasser befinden werden, werden sie auch nicht die Landschaft entstellen, wie dies bei den Windmühlenfeldern vor den Küsten der Fall ist.
Das Potenzial für Unterwasserturbinen ist gewaltig. Das Team um Owen sagt voraus, dass in den nächsten beiden Jahrzehnten in allen Teilen der Welt mehr als 100.000 Einheiten errichtet werden, die in Form großer Gezeitenturbinenfelder Elektrizität liefern oder Wasserklär- oder -entsalzungsanlagen betreiben werden.
"Damit wird eine riesige, berechenbare und saubere Energiequelle erschlossen", lobt Martin Wright, geschäftsführender Direktor der Firma MCT, die neue Technologie. "Sie hat das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Deckung des künftigen Energiebedarfs zu leisten, ohne dabei Verschmutzung oder jedwede signifikante Umweltbeeinträchtigung zu verursachen."
Dean Jobb ist ein in Halifax, Nova Scotia-ansässiger freier Mitarbeiter.
FOTOS: Marine Current Turbines Limited and The Robert Gordon University
 Marine Current Turbines Limited Press Office |
