Die technische Herausforderung von Wellenkraftwerken gegenüber der Wasserkraft aus Stauseen und Strömungskaftwerken..

Wellenkraftwerke unterliegen wie Windkraftanlagen zu 100 % der Laune der Natur. Strömungskraftwerke  haben es da schon besser, denn Strömungen verändern kaum die Strömungsgeschwindigkeit  und die Strömung bleiben auch nicht stehen und laufen durchaus ohne Unterbrechung. Staudammkraftwerke  habend den Vorteil das solange die Wasserbecken genügen Wasservorrat  haben die Turbinen sehr einfach auf Grund der unveränderten Fallhöhe leicht zu regeln sind. Staudammkraftwerke lieferten bereits vor dem Krieg als es noch keine Elektronik gab sauberen sinusförmigen Strom mit genauer Frequenz.

Bei Staudammkraftwerken ist die Technik ausgereizt und wir wollen uns damit nicht befassen. Unser Interesse weckt hingegen das Scheitern der Wellenkraftwerke Pelamis und Oyster.

Zu Pelamis, der Seeschlange:

Zu

Kein Originalbild sondern von uns nachgezeichnet.

Zum technischen Pelamis Unfug:

Zur Funktionsweise: In den Gelenken die die Schwimmkörper verbanden waren hydraulische Zylinder eingebaut die bei Wellengang Hydrauliköl zu einem Ölmotor pumpten. Nur, ölhydraulische Anlagen die teilweise sogar im Meerwasser eintauchten, das war sicher keine gute technische Lösung. Weiterer Nachteil der Ölhydraulik:  Wegen der Dickflüssigkeit des Öl konnte man dieses nicht über längere Strecken pressen und so bekam jeder Schwimmkörper einen volumetrischen Ölmotor der einen Generator antrieb. Volumetrische Ölmotoren drehen je nach Ölmenge womit sie beaufschlagt werden, also  je nach Wellengang , und so  hatte man  keine konstante Drehzahl für den Generator, und das macht die Stromernte kompliziert und teuer. Hätte man statt der Ölhydraulik Klarwasserhydraulik eingebaut, dann hätte es keine möglichen Konflikte mit dem Meerwasser bei einer Leckage gegeben und auf Grund der Dünnflüssigkeit des Wassers hätte man das Presswasser über längere Leitungen zu einem einzigen zentralen Stromgenerator leiten können. Der preiswerteste Wassermotor ist die Peltonturbine. Verkraftet problemlos wenn das Wasser in Stößen kommt und ist gegenüber Druckschwankungen und Schwankungen sehr gutmütig, einfach weil man eine Peltonturbine, eventuell dann mit mehren Laufrädern die dann gewählt beaufschlagt werden, regulieren kann.

So kam es wie es auf Grund der Ölhydraulik kommen musste: Die Kosten und Probleme stiegen dermaßen das das Projekt scheiterte. Ein schier unlösbares Problem betrifft die Wartung. Da die Zylinder beweglich gelagert sein müssen bekommen sie das Hydrauliköl über Schläuche und Schläuche für die Ölhydraulik haben im Gegensatz u den Schläuchen für die Klarwasserhydraulik ein Verfallsdatum. Kaum schraubt man an der Ölhydraulik, dann kommt sofort Öl entgegen. Die Macher von Pelamis verkaufen ihr Wellenkraftwerk als Umweltprojekt, ist es aber auf Grund der Ölhydraulikwahl nicht

Viele Zylinder, ein Laufrad.

Zum Wellenkraftwerk Oyster.

Im Internet findet man Bebilderungen zur Funktionsweise genug. Will man mehr über den eingebauten Zylinder erfahren gibt das Portal des Herstellers Hunger in Deutschland ausführlich Auskunft. Klarwasserhydraulik wäre für eine hydraulische Anlage sicher besser gewesen als ein Gemisch aus Wasser und c.a. 5 % Ölanteil, aber immerhin besser als 100 % Hydrauliköl. Als dann das Werk Strom lieferte, glaubte man das man mit Ölhydraulik die Leistung, die Wartungsfreundlichkeit noch steigern könnte. Und die Wasserhydraulikanlage sollte so zu Gunsten einer ölhydraulischen Anlage weichen  und so wurde die Anlage die bereits Strom lieferte lahm gelegt und man begann mit den Umbau, zusammen mit IFAS in Aachen und Bosch Rexroth, dem Spezialisten für Ölhydraulik aber nicht für Klarwasserhydraulik. Umbau kann teuer werden, teilweise auch mehr als ein Neubau. So wäre es vernünftig gewesen das bestehende Wellenkraftwerk weiterlaufen zu lassen und damit bereits durch den Verkauf des Stroms zu verdienen und zum Vergleich ein zweites  Kraftwerk mit Ölhydraulik zu bauen. Dann hätte man genaue Schlüsse ziehen können was nun besser ist.  Alsbald entpuppten sich all die Versprechungen als Märchen, nicht weil die Anlage nicht lieferte was sie liefern sollte, sondern weil die Kosten dermaßen stiegen das der Betreiber pleite ging und alles kam zum Stillstand.

Will man die Klimaziele erreichen, da muss man alle Energieerntemöglichkeiten ausschöpfen, und dazu gehört auch die Energie aus dem Meer, Wellenkraftwerke können dabei die umweltfreundlichsten sein.

In Deutschland scheinen Wellenkraftwerke weder in den Leitmedien noch im öffentlichen rechtlichen Fernsehen kein Thema mehr zu sein, das dürfte wohl am Scheitern des Projektes Pelamis liegen. Selbst für Prof. Harald Lesch sind Wellenkraftwerke in all seinen Vorträgen auf YouTube und den Fernsehsendungen wie Terra-X und so weiter keine nennenswerten Energieerntemaschinen.

Planwirtschaft kann für Innovation hinderlich sein.

Politik hat von Technik keine Ahnung und verlasst sich auf Beratung von wem auch immer und da entscheidet wer die besseren Lobbys hat und nicht die bessere und preiswertere  Technik. Politisch finanziell geförderte Projekte kann man teilweise als Planwirtschaft sehen und da kann es leicht zu Auswüchsen kommen. Warum einfach und preiswert wenn es kompliziert und teuer auch geht? Wenn politisch gewollt, dann dürfen Projekte kosten, um so mehr wenn sie  medial für gute Schlagzeilen sorgen. Wenn dann am Ende  die Versprechen  nicht  eingehalten werden, dann wird einfach darüber nicht mehr gesprochen und niemand ist verantwortlich. Paradebeispiel hoch  subventionierter und am Ende gescheiterte Projekte war das Wellenkraftwerk Pelamis, auch Seeschlange genannt, in Portugal und Oyster in Schottland.

Am Scheitern von Oyster trägt Deutschland die Hauptlast.

Wie es gelaufen ist das des deutsche Unternehmen Hunger den Auftrag für die Zylinder von Oyster bekommen hat entzieht sich unserer Kenntnis. Später dann warum der  Weltkonzern Bosch Rexroth und das Forschungsinstitut IFAS in Aáchen den Umbau von der Klarwasserhydraulik zur Ölhydraulik vorantreiben sollten ebenso.

Ein, um hohe Fördergelder zu bekommen, bewusst aufgeblähter und dann falsch gewählter Maschinenbau, wurde so weit auf die Spitze getrieben das am Ende das Projekte so viel Geld verschlang das Insolvenz die Folge war. Am Scheitern von Oyster spielte Bosch Rexroth und IFAS nachdem die Anlage bereits lief und Strom lieferte, eine entscheidende Rolle. Immerhin, auch wenn von eleganten technischen Lösungen weit entfernt, sie lief. Unsere Kritik richtet sich nicht an der gewählten technischen Lösung mit Hochdruckzylinder und Peltonturbine, sondern was daraus geworden ist. Der Zylinder wurde vom deutschen Unternehmen Hunger gefertigt, Hunger beschreibt auf seinem Portal stolz und detailliert mit welcher Technik der Zylinder gefertigt wurde und was er leisten kann.

https://www.hunger-hydraulik.de/de/referenzen/hydraulikzylinder-fuer-wellenenergieanlage-oyster-i-und-oyster-ii.html

https://www.yumpu.com/de/document/read/8500315/eine-neue-herausforderung-fur-hydraulikzylinder-hunger-hydraulik

Zur Umweltmentalität von Hunger, wir zitieren auf Seite 18: Um der umweltfreundlichen Technologie eines Wellenkraftwerkes zu entsprechen ist das Betriebsmedium für die Hydraulikzylinder und die Pelton-Turbine an Land als 95- %- wasserbasiertes Hydraulikfluid vorgesehen. Hat man versucht diese Flüssigkeit zu trinken? Wenn auf Grund einer Havarie eine große Menge ins Meer gelangt. 95 % hört sich als gering an, aber die Dosis macht das Gift und die zirkulierende Wassermenge dürfte einige Kubikmeter sein. Und das nennt Hunger umweltfreundlich.

Max 160 bar sind für eine Peltonturbine nicht das Optimum. Der Wasserstrahl aus der Düse auf das Schaufelrad hat eine derart hohe Geschwindigkeit das auch das Rad einen großen Durchmesser braucht und das verteuert die Anlage. Weiterhin wird man die 160 bar selten erreichen und weit darunter bleiben. Peltonturbinen sind zwar gutmütig, vertragen wenn das Wasser nicht gleichmäßig sondern in Stößen kommt gut und auch einen größeren schwankenden Druckbereich. Aber dann zu Lasten des Wirkungsgrades. Dem kann man begegnen durch Beaufschlagung von Schaufelrädern mit verschiedenen Durchmessern und zudem kleineren Generatoren und zusätzlich mit verschieden großen Zylindern die je nach Wellengang ab- oder zugeschaltet werden. Wie nun das Problem mit einem launischen Wellengang gelöst wurde entzieht sich unserer Kenntnis, kann sein das dafür eine perfekte Lösung gefunden wurde. Allerdings, wenn dem so wäre, hätte man das Kraftwerk so belassen und nicht umgebaut, ein Umbau der nie fertig wurde. Was uns stört ist das als Druckmedium nicht das Meerwasser diente sondern ein Gemisch aus Wasser mit 5 % Ölanteil, also eine Giftbrühe. Das verteuerte auch die Anlage denn die Emulsion musste in einem geschlossen Kreislauf zirkulieren, also es brauchte nicht nur eine Druckleitung vom Zylinder zur Turbine sondern auch  eine Niederdruckleitung  retour und dazwischen ein Vorratsbehälter. Hätte man den Zylinder so ausgelegt das er Meerwasser verträgt, wäre die Anlage einfacher geworden und hätte eine entscheidenden kaufmännischen Vorteil gebracht. Da fragt sich wer das Pflichtheft geschrieben hat mit auflagen die genannte Giftbrühe vorsah.

Mit den Einsatz der Emulsion wurde eine weitreichende kaufmännische MWX  ( MWX steht für gendergerecht  denn *innen ist es nicht denn das schießt andere Geschlechter aus)  Möglichkeit versperrt.. 

Osmotische Entsalzungsanlagen laufen mit 80 bar, und so hätte man Entsalzungsanlagen anbieten können und das hätte ein Marktrenner werden können.

Wir erzählen nun ein Märchen, es könnte so gelaufen sein.

Unter fadenscheinigen Begründungen sollte nun die Anlage von Wasserhydraulik auf Ölhydraulik umgerüstet werden, das Forschungsinstitut IFAS in Aachen und der Konzern Bosch Rexroth spielen dabei die Hauptrolle. Man kann sich auf der Webseite von Bosch Rexroth schlau machen, Bosch Rexroth bietet keine einzige Komponente weder für Wasserhydraulik noch für Klarwasserhydraulik an und man kann davon spekulativ ausgehen das Bosch Rexroth zwar viel von Ölhydraulik versteht aber von Wasserhydraulik keinen blassen Schimmer hat. Um aber behaupten zu können, was besser ist, ob Wasserhydraulik oder Ölhydraulik sollte man von beiden Techniken eine Ahnung haben. Anscheinend hatte man aber von der Ölhydraulik auch nicht das erforderliche Fachwissen. Ein Umbau einer Anlage, die bereits gut funktioniert, kostet ein Menge Geld und im Fall Oyster auf Grund von unbeherrschbaren Problemen war es so viel, das die Betreibergesellschaft Aquamarine Power noch bevor Strom floss in die Insolvenz schlitterte.

Bosch Rexroth arbeitete in Zusammenarbeit mit IFAS schon Jahre zuvor an einem ölhydraulischen Antriebsstrang für Windkraftanlagen. Solche Forschungen verschlingen viel Geld und irgendwann reichen die Fördergelder nicht, ein neues Projekt, wir  vermuten, sollte es richten. So könne es, der Märchenonkel vermutet, gewesen sein, man besann man sich auf den Umbau von Oyster denn die Ölmotoren für Oyster hätten auch baugleich für die Windkraftanlagen getaugt. Wir  behaupte nichts, aber was wir sage ist für uns schlüssig. ( Dies falls in Deutschland noch frei Meinungsäußerungen möglich sind, in den sozialen Medien wäre unser Märchen nicht lange zu lsen.)

Vernünftig wäre gewesen die Oyster, nachdem sie bereits Strom lieferte, zu belassen und nebenan möglicherweise auch eine kleinere Oyster mit Ölhydraulik zu betreiben. Man hätte so vergleichen können was besser ist. Aber das durfte wohl nicht sein. Abgesehen davon das ÖL der Ölhydraulik immer ins Meer entweichen kann, und schon aus Umweltgründen ist der Betrieb eines Wellenkraftwerkes mit Ölhydraulik ein Unfug. Das zuvor  Scheitern des Wellenkraftwerkes Pelamis hätte eigentlich eine Warnung sein sollen.

Trotzdem soll weiterhin Ölhydraulik auch in anderen weiteren Pilotprojekten von Bosch Rexroth wie Strömungskraftwerke eine Rolle spielen. Gibt man in die Suchmaschine „ Bosch Rexroth Nachhaltigkeit Umwelt“ ein dann sprießt das Gras regelrecht aus dem Bildschirm, Nicht weniger bei IFAS. Die Ölhydrauliklobby lässt nicht locker, Ölhydraulik soll alternativlos bleiben.


Die Nebelkerzen.

Uns würde brennend interessieren warum Oyster zuerst mit einer Giftbrühe projektiert wurde und nicht gleich mit dem Fluidum Meerwasser. Noch mehr interessieren würde uns warum dann auf Ölhydraulik umgesattelt wurde. Natürlich nachvollziehbar. Oder sollte das niemand wissen. Immerhin können Fehler, die bekannt werden nicht nochmals gemacht.

Wenn Projekte mit Steuermitteln gefördert werden  dann sollte offengelegt werden was zu gewissen technische Entscheidungen führt, warum andere Lösungen verworfen werden und wer wieviel Geld bekommen hat.

Unser Vorschlag für ein leicht bezahlbares und ökologisches, weil ohne Öl, Wellenkraftwerk:

Teuer sind bei hydraulischen Anlagen die Zylinder. Um diesen finanziellen Aderlass zu vermeiden schlagen wir Gummibälge vor. Diese müssen natürlich sehr, sehr groß sein. Dafür gibt es eine einfach und extrem preiswerte Lösung: Übereinander gestapelte ausrangierte LKW- oder Traktorreifen. Man bekommt sie geschenkt. LKW-Reifen verkraften bis zu 10 bar Druck und damit kann man schon sehr gut und energieeffizient eine Petonturbine antreiben. Um dann bei verschiedenen Wellenstäken ausreichend Druck zu haben, es ist auf Grund des geringen Preises der Bälge vertretbar, Bälge verschiedener Größen zu installieren. Verwendet man nun Bälge verschiedener Größe die durch Ventile zu oder abgeschaltet werden, dann bekommt man einen annährend konstanten Druck und es ändert sich nur die Wassermenge. Beaufschlägt man dann Peltonturbinen in verschiedener Größe und mit verschiedenen Laufrädern, dann ist man einer bezahlbaren und relativ einfachen Bauart sehr nahe. Also Bälge aus alten Reifen sind die Lösung und nicht Stahlzylinder wie sie bei Pelamis und Oyster zum Einsatz kamen.

Auf Grund der einfachen von uns vorgeschlagenen Lösung befassen wir uns nun näher mir den Vorteilen der Wellenkraftwerke.

Das Potential von verfügbarer Energie in den Meeren ist enorm. Wellenkraftwerke liefern tagelang gleichmäßigen Strom, Wellen kommen erst nachträglich angerollt wenn schon zuvor Windkraftwerke Energie geliefert haben und dann wegen Windstille nicht mehr drehen. Deshalb wären Wellenkraftwerke nicht nur eine sinnvolle sondern vorwiegend notwendige Ergänzung zu den Windmaschinenparks in der Nordsee. Schreddern zudem keine Fische, im Gegensatz, geben Fischen einen geschützten Ort wo Fangnetze nicht gezogen werden können und wo Schiffe mit Motoren- und Schiffsschraubenlärm sich nicht nähern können. Also ein idyllischer Biotop für die Meeresfauna. Wellenkraftwerke selbst sind lautlos, und können mit geeigneten und leicht verfügbaren Materialien wie Holz und Schieferplatten oder Tontafeln als Kacheln für die Flügel so gebaut werden das sie über hunderte von Jahren ihren Dienst tun. Die Lebensdauer einer Anlage zur Energieernte wird gerne als Kriterium verdrängt. Die all so modernen und technisch ausgereizten Winderntemaschinen sind nach 20 Jahren teilweise nicht verwertbarer Plastikschrott. In diesem Sinn sind Wellenkraftwerke den Windrädern weit überlegen. So gesehen haben auch die holländischen Windmühlen aus dem späteren Mittelalter eine bessere Effizienz als die modernen Monsterwindkraftmaschinen. Die auch so als ineffizient  herabgewürdigten Windmaschinen nach altholländischer Bauart könnte man  mit teils nachwachsenden Rohstoffen so bauen, das sie bei entsprechender Wartung und Pflege auch über 1.000 Jahr drehen. Im Verhältnis zur Lebensdauer sind demnach die Windräder nach mittelalterlicher Technik den modernen Winderntemaschinen weit überlegen.

Windmaschinenparks in Kombination mit Wellenkraftwerke, wie könnte das gehen?

Wir sehen es als nicht sinnvoll wenn jedes einzelne Windkraftwerk und jedes einzelnen Wellenkraftwerk einen Stromgenerator hat. Ein Generator für alle würde  sicherlich weniger kosten. Unser Vorschlag wäre das die Windkraftanlagen statt eines Generators ein Wasserpumpe haben und dessen Presswasser gemeinsam mit dem Presswasser der Wellenkraftwerke einen einzigen Stromgenerator antreiben. Allerdings sind hohe Drücke gefragt, ansonsten würde eine diesbezügliche wasserhydraulische Anlage jeglichen räumlichen Rahmen sprengen. Dann sind allerdings  Pelton-Turbinen nicht mehr möglich und es braucht volumetrische Motoren, und solche sind nicht im Handel. Müssten neu konstruiert und gebaut werden. Da die Drehzahl volumetrischer  Motoren  der zugeführten Wassermenge entspricht und eine gleichbleibende wünschenswert ist, kann man dies durch stufenlos verstellbare Pumpen erreichen. Die allgemeine Meinung ist das verstellbare Pumpen nur mit Ölhydraulik möglich sind. Dem ist aber nicht so. Der italienische Hersteller Lavor hatte vor Jahren einen sehr preiswerten und für die Baumärkte bestimmen Hochdruckreiniger im Programm der rein mechanisch je nach Düse Druck und Förderleistung regelte. Solange dieser Hochdruckreiniger im Angebot war haben wir damit unsere Holzspalter angetrieben. Anfänglich wenn der Keil in das Holz eindringt braucht es viel Kraft und dann immer weniger so so wurde das Eindringen in das Holz immer schneller. Es war der einzige Holzspalter im Markt der selbstständig zwischen Kraft und Geschwindigkeit regelte. Alle Hersteller mit Ölhydraulik konnten nicht ähnliches bieten, dies obwohl der Markt dafür vorhanden wäre. Ein Dumper mit einer solchen Pumpe würde preiswert alle Gangschaltungen überflüssig machen und angenehmes Fahren ermöglichen. Was nun im Kleinen geht, dürfte auch im Großen möglich sein. Vorausgesetzt der Konstrukteur hat ausreichend Phantasie um eine Neukonstruktion zu wagen. Ölhydraulik verlangt wenig Phantasie, im Handel gibt es bereits einen Vielzahl Komponenten mit entsprechenden Zeichenprogrammen.

 

 

Aufgeschnittenes Gehäuse der der sich selbst je nach Belastung aufrichtende Taumelscheibe.

Auch stufenlose Radialkolbenpumpen sind möglich.

Vorhergehendes Bild zeigt eine Axialkolbenpumpe. Nun Videos von uns wie eine stufenlose Radial-, oder auch Reihenkolbenpumpe, genannt funktionieren könnte. Das Funktionsprinzip in den Videos ist nur eines von drei weiteren die wir kennen. Wollen aber nicht alles offenlegen,  es könnten Patente sein.

https://www.youtube.com/watch?v=k8azJmw_fII

Gleiche Pumpe mit automatischer mechanische Selbstregulierung.

https://www.youtube.com/watch?v=zCYIsgD2MFU

Motoren

Volumetrische auch nur kleine die über  500 bar vertragen sind nicht im Handel. Stufenlose schon gar nicht. Das dem so ist hat sich ergeben weil Klarwasserhydraulik im Maschinenbau im Gegensatz zur Ölhydraulik nicht gefragt ist. Wo kein Markt vermutet wird, da wird auch nicht geforscht und was Brauchbares angeboten. Gäbe es einen Markt dafür konnten wir unsere Patente anmelden, aber Patente anmelden die niemanden interessieren hat keinen Sinn.

Dazu ein Kuriosum: Ein Wassermotor aus dem Jahre 1871. (82) 145 Jahre alter Schmidscher Wassermotor Bj 1871 - YouTube

Beschrieben auch auf https://de.wikipedia.org/wiki/Wassermotor

 Modell davon läuft im deutschen Museum:https://www.youtube.com/watch?v=B3DJb_C74-Q

Wir würden einen patentfähigen Motor zur Gänze anders bauen.

Strömungkraftwerke

Man braucht in die Suchmaschine nur "Strömungskraftwerk Bosch Rexroth" eingeben,  dann bietet Bosch Rexroth einseitig nur Lösungen mit Ölhydraulik. Das sehen wir als nicht zukunftsfähig. In unseren Zylindern können wir auch Inles einziehen die dem Meerwasser standhalten. Dann ergibt sich ein ganz einfaches Strömungskraftwerk, das man unter Wasser leicht warten kann, keine Umweltverschmutzung ist garantiert und auf Grund der Dünnflüssigkeit des Wasser kann der Motor auch 100 von Metern entfernt am Strand laufen.

Lösungen für Strömungskraftwerke haben wir zwei. Eine Lösung mit Propeller und eine Lösung mit Schwenkflügel.  Die Lösung mit Propeller sehen wir als Gefahr für die Meeressäuger und brauchen eine genügende Wassertiefe. Schwenkflügel dürften für Meeressäuger weniger gefährlich sein, man kann die Flügel weich polstern und taugen auch für seichten Wasser.

Strömungskraftwerk mit Propeller
Strömungskraftwerk mit Schwenkflügen

Flusskraftwerke.

Entscheidet man sich für die Klarwasserhydraulik dann kann man eine Vielzahl von Schwenkflüglern  installieren und und das Presswasser der einzelnen kleinen Pumpen in einer Rohrleitung am Flussrand zusammenführen und entweder eine Turbine oder einen Wassermotor antreiben.