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Dienstag, 12. Dezember 2017

Energie

Der perfekte Kurs auf der Welle

Von Rainer Kurlemann | 9. März 2017 | Ausgabe 10

Ein Olympiasegler aus Duisburg baut das erste große deutsche Wellenkraftwerk. Die neue Technologie, die sich als Pilotanlage in Dänemark bereits bewährt hat, soll an der belgischen Küste installiert werden.

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Foto: Silvia Reimann

Jan Peckolt simuliert die Kräfte, die auf See auftreten, mithilfe der massiven Energiewandlungseinheit, die er an der Uni Duisburg aufgebaut hat.

Weit und breit kein Wasser zu sehen. Der Boden der Versuchshalle der Uni Duisburg ist staubtrocken. Mitten in den Raum ragt eine massive Stahlkonstruktion mit 8 m Höhe, die sich über zwei Etagen erstreckt. Wer ihr Fundament sehen will, muss ganz nahe an ein Loch im Fußboden der Halle herantreten.

Moderne Wellenkraftwerke

Jan Peckolt zeigt mit der Hand nach oben. „Wir testen hier die Energiewandlungseinheit“, sagt der Wirtschaftsingenieur. Oben, auf dem Metallgerüst, sitzt ein Generator. Daneben dreht sich eine Welle mit dicken Zahnrädern. Vier breite Riemen laufen über die Räder nach unten, an ihrem Ende zieht ein Seil, das durch das Loch im Fußboden verschwindet.

„Wir können hier alle Kräfte und Bewegungen simulieren, die später auch auf See auftreten werden“, erklärt Jan Peckolt. Der 35-Jährige bereitet die Energiewandlungseinheit für den Einsatz in der Nordsee vor. Mit seinem Team baut der Ingenieur das erste große deutsche Wellenkraftwerk.

Doch in der Halle gibt es weder Wasser noch Meer. Die Wellen startet Peckolt per Computer. Das Geräusch eines Elektromotors erfüllt den Raum. Damit simuliert er den Wellengang und bewegt zudem rhythmisch das Seil, das über Riemen und Zahnräder den Generator antreibt.

Später, wenn das Kraftwerk im Meer steht, wird ein Schwimmkörper an diesem Seil ziehen, der in den Wellen arbeitet. Zwei Halteseile verankern den Schwimmkörper im Meeresboden, das dritte überträgt die ständige Bewegung der Wellen auf den Generator. Rund um diese raffinierte Idee ist mittlerweile eine kleine Firma gewachsen: Bei „Nemos“ beschäftigt Jan Peckolt 17 Mitarbeiter, zwei Drittel davon sind Ingenieure.

Derzeit bleibt dem Firmenchef kaum Zeit für einen Besuch in der Versuchshalle. Ab Sommer muss sich seine Technologie in der Nordsee beweisen. Da ist noch jede Menge zu tun. 1 Mio. € kostet der Bau der Anlage vor der belgischen Küste, einen Teil davon finanziert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi).

Anfang 2018 soll das Kraftwerk erstmals Strom liefern. Eine heikle Aufgabe. Viele Entwickler zuvor sind beim Gang ins Meer buchstäblich baden gegangen. Ihre Wellenkraftwerke scheiterten im Praxistest an unvorhergesehenen technischen Problemen. Die Stromproduktion lag weit unter den Erwartungen oder die Kosten explodierten.

Foto: Bild: Nemos

So funktioniert das Wellenkraftwerk: Ein Blick vom Meeresboden zur Wasseroberfläche zeigt, wie der Schwimmkörper auf den Wellen tanzt. Dabei zieht er an einem Seil, das die ständige Bewegung der Wellen auf den Generator überträgt. Zwei Halteseile verankern den Schwimmkörper im Boden.

Doch Peckolt strahlt Gelassenheit aus. Er lässt keine Frage unbeantwortet, als ob er Ungewissheit nicht kennen würde. Der 42-t-Teststand habe bei der Energieumwandlung sehr gute Ergebnisse geliefert, sagt er. Als der Motor zur Ruhe kommt, lobt er die mittelständischen Partner, mit denen er die einzelnen Komponenten entwickelt hat.

„Die Riemen haben auf einem Prüfstand bereits 20 Mio. Biegezyklen überstanden“, erzählt er. Und die Seile aus beschichtetem Kunststoff hätten an der Uni Stuttgart einen ausgiebigen Belastungstest unter Salzwasserbedingungen absolviert. Peckolt plant mit der Vernunft eines guten Ingenieurs. „Wer zu früh auf See geht, dem können Kleinigkeiten viel Mehraufwand bescheren“, sagt er. Deshalb die Trockenübungen auf dem Unigelände.

Doch die Stahlkonstruktion im Institut für Energietransport und -speicherung der Uni Duisburg ist nur der sichtbare Teil des Kraftwerks. Die Generatoreinheit mit einer Nennleistung von 200 kW wird an Belgiens Küste – in einem Turm geschützt vor Witterung und Salzwasser – 13 m hoch aus dem Meer ragen. Spaziergänger am Hafen von Ostende werden den Turm sehen. Das Herz der Anlage bleibt ihren Blicken verborgen.

Letztlich entscheidet der Schwimmkörper über Erfolg oder Misserfolg. Peckolt verwendet einen hohlen Halbzylinder aus Schiffsstahl, 8 m lang und 2 m im Durchmesser.

Mehrere Jahre hat sein Team an der Form getüftelt und das Verhalten im Meer untersucht. Hinter Peckolts Begeisterung für das Thema steckt mehr als nur Zufall. Sein Leben ist eng mit Wellen, Wasser und Seilen verbunden. Bevor der gebürtige Ludwigshafener sein Studium beendete, war er Segler. Mit Bruder Hannes segelte er acht Jahre für die deutsche Nationalmannschaft. Bei den Olympischen Spielen in Peking 2008 holten die Brüder Bronze, die erste Medaille für deutsche Segler nach acht Jahren Durststrecke. Der Aufwand von Amateursportlern im Kampf um eine Medaille ist hoch. „Neben dem täglichen Training mussten wir uns um die technische Entwicklung und die Logistik von mehreren Booten kümmern“, berichtet Peckolt. „Auch die Finanzierung unseres Vorhabens haben wir selbst organisiert.“

Heute profitiert Peckolt von seinen Erfahrungen als Segler. „Wir können die Seile so ausrichten, dass der Schwimmkörper stets eine optimale Kreisbewegung in der Welle fahren kann“, beschreibt er sein Erfolgsrezept. Es erinnert an die Suche nach dem perfekten Kurs während einer Regatta. So erreiche die Anlage bei der ersten Umwandlungsstufe vom Hydromechanischen ins Mechanische einen Wirkungsgrad von bis zu 80 %. „Wenn wir die Skalierung des Schwimmkörpers verdoppeln, kann sich zudem die Leistung des Kraftwerks verachtfachen“, erklärt er.

Dort, wo Peckolt einst erste praktische Erfahrungen mit dem Verhalten des Schwimmkörpers in den Wellen sammelte, gibt es kein Tageslicht. Die Wände der riesigen Halle in der Duisburger Versuchsanstalt für Binnenschiffbau bestehen aus unverputztem Beton, in der Mitte thront der 200 m lange Flachwassertank. Ein fahrbares Gerüst überquert das 10 m breite Becken, an einigen Stellen lassen sich die Tests durch den Glasboden von unten beobachten. Hochgeschwindigkeitskameras verfolgen das Geschehen im riesigen Tank. Ein großer Generator bringt das Wasser in Bewegung. „Die Techniker können fast jeden beliebigen Seegang erzeugen“, berichtet Peckolt.

Peckolt schreitet das lange Becken ab. In einer Ecke der Betonhalle steht eine Art übergroßes Aquarium mit Kunststoffscheiben. Etwas weiter ein Container mit dem Logo von Nemos. Peckolt dreht an einem Regler und das Wasser bewegt sich. „Mit diesem Tank hat alles angefangen“, erinnert sich der Wirtschaftsingenieur. „Hier haben wir das erste Modell des Wellenkraftwerks aufgebaut.“ Dort, wo die Wellen nach ein paar Metern auslaufen, ersetzt eine Plastikplatte den Strand.

Das liegt sieben Jahre zurück. Heute sitzt der Geschäftsführer in einem lichtdurchfluteten Büro im Tec-Tower auf dem Duisburger Uni-Campus. Hier kann Peckolt auch einen der Schwimmkörper präsentieren, auf die er so stolz ist. Der Halbzylinder bewegt sich auf seinem PC-Bildschirm langsam hin und her. Seit 2014 betreibt Nemos eine skalierte Modellanlage im Limfjord an der Westküste Dänemarks. Seit acht Monaten arbeitet sie störungsfrei. Sensoren messen die Bewegung von Wind und Wasser.

 Die Daten des Mini-Kraftwerks werden in Duisburg gesammelt und fließen in eine Steuereinheit, um den Schwimmkörper stets parallel zum Wellenkamm auszurichten. Das ist die optimale Bewegungsbahn. „Wir haben eine selbstlernende Automatisierungssoftware entwickelt“, sagt Peckolt. „Das ist einer der Erfolgsfaktoren unseres Konzepts.“ Wer dem Firmengründer zuhört, der glaubt, dass sie hier, 250 km weg vom Meer, mehr über Wellen wissen als so mancher an der Küste.

So sucht die Software auch nach der optimalen Höhe, in der der Schwimmkörper arbeitet, damit er möglichst viel Energie liefert. Der Limfjord hat nur 3 m Tiefe, es gibt kaum hohe Wellen. In der Nordsee vor Ostende wird alles komplizierter. Dort gibt es im Schnitt zwar nur 1 m hohe Wellen, sie können aber auch mal 8 m erreichen.

Trotzdem kann Peckolt kaum erwarten, dass Spezialschiffe mit Kränen ablegen und die Verankerungen für die Seile und den Generatorturm in den Meeresboden rammen. Derzeit ist sein Team jede Woche dort. In Zeebrügge werden die einzelnen Komponenten gebaut. „Wir profitieren davon, dass die Firmen vor Ort Erfahrung im Bau von Offshore-Windanlagen haben“, begründet er die Standortwahl.

Wenn das Wellenkraftwerk bei Ostende funktioniert und ausreichend Strom liefert, gibt das allerdings noch keine Sicherheit für einen langfristigen Erfolg. Denn derzeit sind die Preise für Strom im Keller. Da fragt sich, wie die Energie aus dem Meer angesichts der Investitionskosten wirtschaftlich abschneidet.

Für Peckolt ist der Einstieg in die neue Technologie eine Frage des politischen Willens. „In anderen Energieformen wie Wind- und Solarkraft hat es Jahrzehnte gedauert und etliche Anschubfinanzierungen erfordert, bis die heutigen Stromerzeugungskosten erreicht wurden“, sagt der Ingenieur. Er verweist darauf, dass mit der Reifung der Technik die Kosten deutlich sinken werden.

„Die Prognosen zur Wirtschaftlichkeit sind gut“, ist Peckolt überzeugt. „Mit unseren kompakten Anlagen können wir aufgrund der hohen Energiedichte der Wellen verhältnismäßig große Erträge erzielen.“ Einen Preis für 1 kWh mag er aber nicht nennen. „Für spezielle Anwendungen etwa in entlegenen Regionen, wo wir gegen einen Dieselgenerator konkurrieren, werden wir schon recht bald wettbewerbsfähig sein“, verspricht der Firmengründer.

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