Gezeitenstrom

Der größte Teil des erneuerbaren Stroms ist vom Wetter abhängig. Gezeitenströme hängen von der Umlaufbahn des Mondes und der Drehung der Erde ab, weshalb Gezeitentabellen Jahre im Voraus gedruckt werden können. In einigen engen Kanälen, wie dem Pentland Firth zwischen Schottland und den Orkney-Inseln, wird diese Bewegung zu einer Strömung von 3 bis 5 Metern pro Sekunde, schneller als die meisten Menschen laufen können. Setzen Sie eine Turbine hinein und Sie haben ein Kraftwerk, dessen Leistung Sie für den Rest des Jahrhunderts auf die Stunde genau vorhersagen können.

Diese Seite folgt derselben Regel wie unsere Fan Wall research: zuerst die Physik, dann was reale Maschinen gemessen haben, dann was es kostet im Vergleich zum Benchmark, den jede Idee an einem Gebäude schlagen muss, ein Solarpanel auf dem Dach. Kurz gesagt: Gezeitenstrom funktioniert, er ist berechenbar und neue Projekte kosten immer noch um ein Vielfaches mehr als Solar- oder Windparks. Sie kann auf Inseln und abgelegenen Küsten, wo Strom bereits teuer ist, gewinnen, und sie könnte ein wertvoller, stabiler Teil einiger Netze werden, wenn die Kosten weiter sinken. Es wird nie einen großen Anteil an der weltweiten Elektrizität haben.

Was es ist

Es gibt zwei Möglichkeiten, Strom aus der Gezeiten zu gewinnen.

Gezeitenbereich nutzt die Höhendifferenz zwischen Hoch- und Niedrigwasser. Ein Damm über eine Flussmündung (Staudamm) oder eine Mauer um einen Teil des Meeres (Lagune) hält Wasser zurück, lässt es dann durch Turbinen laufen, ähnlich wie ein Flussdamm. Es ist bewiesen: La Rance in der Bretagne läuft seit 1966, und Sihwa Lake in Südkorea, 254 MW, wurde 2011 eröffnet. Aber ein Staudamm verändert eine ganze Flussmündung, und es wurden nur sehr wenige gebaut. Der größte Vorschlag der letzten Jahre, eine 320 MW-Lagune in Swansea Bay in Wales, erhielt 2015 die Planungsgenehmigung und wurde 2018 von der britischen Regierung aus Kostengründen abgelehnt.

Gezeitenstrom, das Thema dieser Seite, setzt Turbinen in die Strömung selbst, ohne Damm. Sie sehen aus wie Unterwasser-Windkraftanlagen, entweder am Meeresboden befestigt oder unter einem schwimmenden Rumpf hängend. Das macht sie viel umweltfreundlicher und viel kleiner im Maßstab, eine Maschine nach der anderen, weshalb fast alle aktuellen Entwicklungen Gezeitenstrom sind.

Wie es funktioniert

Warum Gezeiten vorhersehbar sind. Die Schwerkraft des Mondes zieht den Ozean in zwei Wölbungen auf gegenüberliegenden Seiten der Erde, und die Erde dreht sich unter ihnen. Die Mondflut wiederholt sich alle 12 Stunden und 25 Minuten. Die Sonne fügt eine kleinere Gezeitenwelle hinzu. Wenn Sonne und Mond sich bei Neumond und Vollmond aufstellen, summieren sie sich zu starken Frühlingsgezeiten; eine Woche später lösen sie sich teilweise in schwache Spitzereignisse auf. Der volle Zyklus dauert 14,8 Tage. Jeder dieser Rhythmen ist Astronomie, so dass die Strömung an einem bestimmten Ort Jahrzehnte im Voraus vorhergesagt werden kann.

Die Leistung in einer Strömung. Genau wie bei Wind ist die durch eine Fläche fließende Leistung A P = ½ ρ A v³, wobei ρ die Dichte der Flüssigkeit und v ihre Geschwindigkeit ist. Eine Turbine behält einen Bruchteil davon, den Leistungsbeiwert Cp. Meerwasser wiegt 1.025 kg pro Kubikmeter, Luft etwa 1,2. Obwohl die Strömungen also langsam sind, macht die Dichte das mehr als wett: Bei 3 m/s trägt ein Quadratmeter Strömung 13,8 kW, während der gleiche Quadratmeter bei einem starken Wind von 12 m/s 1,1 kW trägt. Deshalb macht ein 18 m langer Gezeitenrotor 1,5 MW, das ist so viel wie ein viermal breiterer Windrotor.

Der Würfel funktioniert in beide Richtungen. Da die Leistung mit dem Würfel der Geschwindigkeit zusammenhängt, liefert ein Strom, der sich halbiert, ein Achtel der Leistung. Die Strömung an einem Standort steigt und fällt zweimal am Tag und schwankt alle zwei Wochen zwischen Quellen und Neaps, so dass eine Turbine, die für die schnellsten Frühlingsgezeiten ausgelegt ist, meist im Leerlauf sitzen würde. Konstrukteure wählen daher eine Nenngeschwindigkeit, oftmals etwa 2,5 bis 3 m/s, ab der die Turbine die zusätzliche Leistung abgibt. Die obige Erklärung zeigt den Kompromiss: Eine niedrigere Nenndrehzahl ergibt einen höheren Kapazitätsfaktor (mehr Zeit bei voller Leistung), aber eine kleinere Maschine.

Wie viel ein Kanal geben kann. Ein Kanal ist kein endloser Strom von Energie. Turbinen verlangsamen das Wasser, aus dem sie Energie beziehen, und genug von ihnen werden den Kanal blockieren, so dass die Gezeiten einen anderen Weg finden. Garrett und Cummins zeigten, dass die maximale Leistung, die ein Kanal im Durchschnitt liefern kann, etwa 20 bis 24% der Spitzendruckhöhe von einem Ende zum anderen Mal der Spitzendurchfluss ist, oft viel weniger als die kinetische Energie, die durch seinen schmalsten Punkt fließt (Garrett und Cummins, 2005). Eine Turbine in einem Kanal kann die Betz-Grenze von 59,3% für offenes Wasser übertreffen, weil die Kanalwände den Strom zurückhalten. Ein Teil dieses Gewinns geht jedoch wieder verloren, da sich die schnellen und langsamen Ströme dahinter vermischen (Garrett und Cummins, 2007).

Die Grenzen: theoretisch und praktisch

Der ganze Planet. Die Gezeiten verlieren durch Reibung etwa 3,7 Terawatt, ungefähr ein Viertel davon im tiefen Ozean und der Rest in flachen Meeren und Küsten (Egbert and Ray, 2000). Das klingt nach viel im Vergleich zum weltweiten durchschnittlichen Stromverbrauch von etwa 3,4 TW, aber fast nichts davon fließt schnell genug, nah genug an der Küste, in Wasser, das flach genug ist, um darin zu bauen. Nur an einigen Dutzend Orten der Welt gibt es Strömungen von über 2 bis 2,5 m/s: im Norden Schottlands, auf den Kanalinseln und in der Bretagne, in der Bucht von Fundy in Kanada, in Teilen Koreas, Chinas, Japans und Indonesiens.

Eine realistische Nationalfigur. Für das Vereinigte Königreich und die Kanalinseln, die einige der besten Standorte der Welt haben, unterstützte eine Überprüfung von 2021 eine praktische Ressource von 34 TWh pro Jahr, etwa 11% des aktuellen Strombedarfs in Großbritannien, von rund 11,5 GW Windkraftanlagen bis 2050 (Coles et al., 2021). Für die meisten Länder liegt der Wert nahe Null.

Das Meer selbst. Die praktischen Grenzen sind Technik und Geld:

• Viele. Die Dichte des Wassers bedeutet, dass ein Gezeitenrotor Kräfte spürt, die um ein Vielfaches größer sind als bei einem Windrotor derselben Größe. Schaufeln, Lager und Dichtungen müssen das 20 Jahre lang überstehen.
• Zugang. Taucher und Boote können nur bei schwachem Wasser, der kurzen Pause zwischen Flut und Ebbe und bei ruhigem Wetter arbeiten. Spezialschiffe sind teuer, wenn man sie pro Tag mieten möchte. Schwimmende Konstruktionen wie die O2 von Orbital, die ihre Rotoren aus dem Wasser heben können, wurden hauptsächlich erfunden, um diese Kosten zu senken.
• Korrosion und Verschmutzung. Salzwasser, Meeresbewuchs und Sediment greifen alles an.
• Netz. Die besten Standorte sind an abgelegenen Küsten, weit weg von der Nachfrage und von starken Netzanschlüssen.

Reale Projekte, gemessen

Projekt	Where	Größe	Status	Was wurde gemessen oder berichtet?
MeyGen Phase 1A	Inner Sound, Pentland Firth, Schottland	4 × 1,5 MW, 18 m Rotoren	In Betrieb seit 2016 bis 2018	13,8 GWh im Jahr 2019 (bei einem Kapazitätsfaktor von 26%); Anfang 2023 über 50 GWh; etwa 59 MW mehr bei garantierten Preisen für 2027 bis 2029 (MeyGen)
O2-Orbitale	Fall von Warness, Orkney (EMEC)	2 MW, zwei 20 m Rotoren auf einem 72 m schwimmenden Rumpf	Netzanschluss Juli 2021	Entwickelt, um den jährlichen Bedarf von etwa 2.000 britischen Haushalten zu decken; weitere O2-Klasse Maschinen haben Verträge mit dem Vereinigten Königreich (Orbital Marine Power).Wir fanden keine vollständige veröffentlichte Aufzeichnung der gemessenen Jahresleistung.
Nova Innovation Shetland Tidal Array - Wer hat geschrieben?	Bluemull Sound	6 × 100 kW auf Spitzenleistung	Erste Anlage 2016; drei älteste entfernt 2023	469 MWh in mehr als 14.000 Betriebsstunden bis Dezember 2020; eine spätere Direktantriebskonstruktion senkt die Turbinenkosten um etwa ein Drittel (Nova Innovation)
SeaGen	Strangford Lough	1,2 MW, Doppelrotoren auf einem Pfahl	2008, seit Stilllegung	Die erste Megawatt-Gezeitenstromturbine, die im Dezember 2008 ihre volle Leistung an einem Stromnetz erreichte (Tidal stream generator)
La Rance (Gezeitenbereich, für den Kontext)	Bretagne, Frankreich	240 MW Staudamm	Seit 1966 in der Schweiz	Etwa 540 GWh pro Jahr, ein Kapazitätsfaktor von 26%; für etwa USD 340 pro kW in 2012er Währung gebaut (IRENA, 2014)
Sihwa Lake (Gezeitenbereich)	Gyeonggi, Südkorea	254 MW	Seit 2011	552 GWh pro Jahr; Kosten ca. USD 560 Mio., in einen bestehenden Seewall eingebaut (Sihwa-See)

Zwei ehrliche Lesungen dieser Tabelle. Erstens, Die Technologie funktioniert: Turbinen laufen seit Jahren in einigen der heftigsten Gewässer Europas und liefern Dutzende von Gigawattstunden an das Netz. Zweitens, Frühe Arrays haben weniger erbracht als gehofft. Erste Arrays sollten Kapazitätsfaktoren von 35 bis 42% erreichen (Ocean Energy Systems, 2015). Das beste Anfangsjahr von MeyGen ergab 26 %, und in den ersten Jahren lag der Durchschnitt bei knapp 20 %, da einzelne Turbinen zur Reparatur herausgenommen und durch verbesserte Maschinen ersetzt wurden. Die sechs 100-kW-Turbinen von Nova zeigen das gleiche Muster im kleinen Maßstab: echte Elektrizität, echtes Lernen und Maschinen, die innerhalb weniger Jahre außer Betrieb genommen werden.

Was es kostet

Der Preis für Gezeitenstrom hängt vor allem davon ab, was die Regierungen zu garantieren bereit sind, denn bisher hat sich noch kein Projekt selbst bezahlt.

Quelle	Was es ist	Preis
UK Differenzkontrakte, Runde 6 (2024)	Garantierter Preis für 28 MW Gezeitenstrom, 15 Jahre	172 £ pro MWh in Preisen von 2012, etwa £250 oder $0.32 pro kWh im Jahr 2025 Geld
In derselben Auktion	Solarparks / Onshore Wind / Offshore Wind	50 £ / 51 £ / 54 £ pro MWh (Preise von 2012)
Coles et al. (2021)	Geschätzte aktuelle Gezeitenstromkosten in Großbritannien	ca. 240 £ pro MWh, nach 124 MW Lernen unter 150 £
2015: Ocean Energy Systems (Ozean-Energiesysteme)	Erste Arrays / zweite Arrays / erste kommerzielle Projekte	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 pro MWh
La Rance und Sihwa (IRENA, 2014)	Alte, abgezahlte Gezeitenbecken-Staudämme	0,02 bis 0,04 € pro kWh
Unser Benchmark für	Solaranlage auf dem Dach eines Gebäudes, Modell Fan Wall; Lazard 2026-Serie für gewerbliche und kommunale Solaranlagen	$0.19 pro kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (Juni 2026)	Neue Solar- / Onshore-Wind- / Offshore-Wind-Anlagen	$0.04 to $0.10 / $0.04 to $0.10 / $0.11 to $0.17 pro kWh

So kostet ein neuer Gezeitenstrom ungefähr $0.25 to $0,35 pro kWh heute, anderthalb bis zweimal so viel wie bei Solaranlagen auf dem Dach und drei bis acht Mal so viel wie bei Solar- und Onshore-Windkraft. Der Vergleich mit Offshore-Wind, der anderen großen Meerestechnologie, ist derjenige, den man beobachten sollte: Offshore-Wind war vor einem Jahrzehnt auch viel teurer als Solar- und Onshore-Wind, und sein Preis fiel stark, da Projekte auf Hunderte von Megawatt wuchsen. Tidal Stream hofft, diesem Weg zu folgen, hat aber bisher nur Megawatt installiert, wo Offshore-Wind Gigawatt installiert hat.

Ein einfacher LCOE erfasst nicht, was Gezeitenkraft hat und Solar-und Wind nicht: seine Leistung ist im Voraus bekannt und unabhängig vom Wetter. Coles und seine Kollegen argumentieren, dass dies die Kosten für den Ausgleich eines Netzes senken kann, was bei herkömmlichen Kostenvergleichen nicht berücksichtigt wird. Es ist ein echter Vorteil, aber noch nicht groß genug, um die Lücke zu schließen.

Wo es gewinnen kann und wo nicht

Es kann gewinnen:

• Inseln und abgelegene Küsten mit starken Strömungen, wie Orkney, Shetland, die Kanalinseln, Nova Scotia und Teile Indonesiens und der Philippinen, wo Strom oft aus importiertem Diesel stammt und Kabel zum Festland teuer sind.
• Als stabiler, vorhersagbarer Teil eines von Sonne und Wind dominierten Netzes, füllen einige der Stunden, wenn beide niedrig sind, weil die Flut das Wetter ignoriert.
• Wo schon etwas steht. Der Sihwa See wurde in eine bereits vorhandene Meeresmauer eingebaut; Brücken, Dammdeiche und Hafeneinfahrten mit schnellen Strömen sind sehenswert.
• Kleine, netzunabhängige Verbraucher in schnellem Wasser: Überwachung von Bojen, Navigationslichter und Aquakultur-Standorten.

Es kann nicht gewinnen:

• Als billiger Bulkstrom, überall dort, wo Solar- oder Windparks auf Land errichtet werden können.
• An der überwiegenden Mehrheit der Küsten, wo die Spitzenströme unter ca. 2 m/s liegen: das Würfelgesetz macht die Leistung zu dünn.
• Schnell. Zustimmungen, Netzanschlüsse, Spezialschiffe und eine kleine Lieferkette machen Projekte jahrelang.

Was ist bewiesen, plausibel und spekulativ

Bewiesen: die Astronomie und Vorhersagbarkeit der Gezeiten; die Leistungsgleichung und der Dichtevorteil von Wasser; dass Turbinen mit horizontaler Achse jahrelang in starken Gezeitenkanälen laufen können und an das Netz exportieren können; dass Staudämme im Gezeitenbereich mehr als ein halbes Jahrhundert lang laufen können; dass bis 2021 keine Kollisionen zwischen Meerestieren und betriebenen Turbinen festgestellt wurden (Coles et al., 2021).

Plausibel: Kosten sinken unter 150 £ pro MWh, wenn Anlagen mit mehreren Dutzend Megawatt gebaut werden; schwimmende Turbinen senken die Wartungskosten; Kapazitätsfaktoren von 35 bis 40% in ausgereiften Anlagen mit guter Verfügbarkeit; ein Netzwert für Vorhersagbarkeit, der es sich lohnt zu bezahlen.

Spekulativ: Gezeitenstrom, der die Kosten von Offshore-Wind erreicht; sehr große Arrays in einem einzigen Kanal ohne signifikante Veränderung seiner Strömungen und Ökologie; Langzeiteffekte auf Sedimente, Schichtung und Raubtiere, die sich um Turbinen im Gigawattbereich ernähren.

Offene Forschungsfragen

• Arrays, keine einzelnen Turbinen. Wie wirken sich die Winde von Reihen von Turbinen aufeinander aus und wie stark wird der Kanal verlangsamt, wenn viele installiert sind?
• Zuverlässigkeit. Welche Konstruktionen von Schaufel, Lager, Dichtung und Generator überstehen 20 Jahre turbulentes Wasser ohne kostspielige Hebeanlagen?
• Günstigere Installation und Zugang. Schwimmende Rümpfe, weniger und größere Fundamente und Arbeiten außerhalb von schwachem Wasser.
• Leistungsmessung. Messung von Leistungskurven in realer, turbulenter Strömung mit der Methode des IEC TS 62600-200 Standards, damit Käufer Maschinen fair vergleichen können (Erneuerbare Energien, 2023).
• Umwelt. Kollisionsgefahr für Robben, Schweinswale und Tauchervögel; Lärm; Auswirkungen auf Sedimente und auf Arten, die sich in schnellem Wasser ernähren.
• Der Wert der Vorhersagbarkeit. Was ist eine vorhersagbare Megawattstunde für ein Netz mit viel Solar- und Windstrom wert?

Was ein funktionierender Prototyp benötigt

Eine neue Gezeiten-Idee (ein neuer Rotor, ein billigeres Ankern, eine neue Art der Maschinenwartung) kann zunächst im kleinen Maßstab getestet werden. Die unten angegebenen Kosten sind unsere grobe Schätzung für ein kleines Team, das mit einem Testzentrum verfeinert werden muss.

Stage	Arbeit	Was es beweist	Grobe Kosten	Time
1. Rinne oder Schlepptank	Ein 0,3 bis 1 m Modellrotor in einer Universitätsrinne oder durch Stillwasser geschleppt, 0,5 bis 2 m/s	Gemessener Leistungsbeiwert und Schub gegen Geschwindigkeit	$20k to $80k	2 bis 4 Monate
2. Fluss- oder Mündungslotsen	Ein 1 bis 10 kW-Gerät auf einem Ponton oder kleinem Rahmen in einem schnellen Fluss oder einer Mündung mit Strommessgerät und protokolliertem Leistungsmesser	Echte Leistungskurve, Anlaufgeschwindigkeit, Verschmutzung und Ablagerungen	$50k to $200k	6 bis 12 Monate
3. Maßstabsteststandort	Eine 10 bis 100 kW-Maschine an einem Baumschulenstandort wie dem von EMEC in Orkney, mit unabhängiger Messung	Zuverlässigkeit, Wartungszeit, Umweltüberwachung	$0.5 million to $3 Millionen	1 bis 2 Jahre
4. Vollmaßstab	Eine Megawatt-Maschine auf einem netzangelegten Testplatz	Bankfähige Leistungsdaten	Zehntausende von Millionen	seit mehreren Jahren

Die ersten beiden Stufen sind für eine Universitätsgruppe oder ein entschlossenes Team von Machern erreichbar. Sie sind auch genau das, was ein Platz braucht: ein Modell, das sich in echtem Wasser dreht und ein Meter, der zeigt, was es gemacht hat.

Wen wir brauchen

• Marine Hydrodynamiker und Gezeiten-Ressourcenmodellierer.
• Offshore- und Schiffsbauingenieure für Fundamente, Anlegestellen, schwimmende Rümpfe und Marinebetriebe.
• Unterwasser-Elektro- und Leistungselektronik-Ingenieure für Generatoren, Kabel und Netzanschluss.
• Testeinrichtungen: Universitätsrinnen und Schlepptanks, Flussmündungen mit Zugang und Testzentren wie EMEC in Orkney oder FORCE in Nova Scotia.
• Meeresökologen für Kollisions-, Lärm- und Habitatüberwachung.
• Spezialisten für Zertifizierung Sie sind mit den IEC 62600 Marine Energy Standards vertraut.
• Inselgemeinden und Hafenbehörden mit schnellem Wasser und teuren Strom.

Haben Sie eine bessere Idee?

Einige Mitglieder der Stiftung haben möglicherweise Kontakte, die einen Pitch hören könnten. Um pitcht zu werden, braucht eine Idee einen Ein funktionierendes, reales Modell, das tatsächlich Strom produziert, mit seiner Leistung auf einem Instrument gemessen, nicht beansprucht: ein kleiner Rotor in einer Rinne oder einem Fluss mit einem protokollierten Meter ist mehr wert als jede Zeichnung. Papierideen sind ebenfalls willkommen: Wenn die Physik und die Zahlen stimmen, können wir sie hier auf der Website veröffentlichen. Aber Kapital zu beschaffen ohne ein funktionierendes Modell ist sehr schwierig, und nichts hier ist ein Versprechen von Finanzierung, Renditen oder Einführungen.

Senden Sie Ihre Idee über das Beitragsformular, indem Sie die Grüne Initiative wählen. Sagen Sie uns, welches Problem es löst, wie die Physik funktioniert (wie viele kW pro Quadratmeter Rotor, bei welcher aktuellen Drehzahl), einen ungefähren Preis pro kWh und den günstigsten Test, der es falsch beweisen könnte. Die Energiequellen-Seite vergleicht diese Idee mit elf anderen.

Quellen

1. MeyGen / Ampeak Energy (ehemals SAE Renewables und SIMEC Atlantis). MeyGen Gezeitenstromprojekt: Turbinen, Kapazität, Erzeugungsmeilensteine und Phasenpläne. Siehe auch MeyGen auf Wikipedia für jährliche Ausgabe und Vertragsrunden.
2. UK Department for Energy Security und Net Zero (2024). Ergebnisse der 6. Runde von Contracts for Difference Allocation.
3. IRENA und IEA-ETSAP (2014). Gezeitenenergietechnologie-Übersicht.
4. Die Energiewende in der Schweiz (2015). Internationale Kosten für Energie für Ozeanenergietechnologien.
5. Greaves, D., Angeloudis, A., Coles, D. und andere (2021). Eine Übersicht über die praktische Gezeitenstrom-Energieressource in Großbritannien und auf den britischen Kanalinseln. Proceedings of the Royal Society A 477.
6. Garrett, C. und Cummins, P. (2005). Das Leistungspotenzial von Gezeitenströmungen in Kanälen. Proceedings of the Royal Society A 461, 2563-2572.
7. Garrett, C. und Cummins, P. (2007). Der Wirkungsgrad einer Turbine in einem Gezeitenkanal. Zeitschrift für Fluidmechanik 588, 243-251.
8. Egbert, G.D. und Ray, R.D. (2000). Die Verteilung der Gezeitenenergie im Tiefseegebiet wird durch Satelliten-Höhenmesserdaten ermittelt. Nature 405, 775-778.
9. Die Orbital Marine Power (2021). Orbital Marine Power startet O2; Orbital Marine Power auf Wikipedia.
10. Neue Innovationen. Shetland Tidal Array, mit Marine Scotlands Fallstudie.
11. Gezeitenstromgenerator und Gezeitenenergie, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Swansea Bay.
12. Gezeitenkraftwerk Sihwa-See, Wikipedia.
13. Lazard (Juni 2026). Levelized Cost of Energy+, Version 19.
14. Local Solar System Die Stiftung. Die Fan Wall: offenes Modell und Benchmark, Solar auf dem Dach für 0,19 $ pro kWh.
15. Evans, P., Ashton, I. und Sellar, B. (2023). Leistungsbewertung von Gezeitenkraftwerken nach IEC TS 62600-200 anhand gemessener und modellierter Leistungen. Erneuerbare Energien.