Wellenenergie

Steht man im Winter an einer westlich gelegenen Küste, spürt man es durch die Füße: Alle paar Sekunden kommt eine Wasserwand, die über einen Ozean gezogen ist und bricht. Wellen werden durch Wind erzeugt, der über Tausende von Kilometern offener See weht. Sie sind also eine konzentrierte, verzögerte Form der Windenergie. Sie kommen immer wieder nach Windstille, sowohl tagsüber als auch nachts und am stärksten im Winter, genau dann, wenn die Solarmodule am wenigsten machen.

Das ist die Verheißung, und es ist wahr. Diese Seite, die mit der gleichen Ehrlichkeit wie unsere Fan Wall-Forschung geschrieben wurde, geht darum, warum das Versprechen so schwer zu halten war. Die kurze Version: Die Physik funktioniert und die Ressource ist groß, aber eine Wellenmaschine muss gewöhnliche Meere ernten und dabei Stürme überleben, die fünfzigmal mehr Energie tragen. Nach einem halben Jahrhundert und vielen gescheiterten Unternehmen bleibt Wellenenergie um ein Vielfaches teurer als Solarenergie, ohne dass es bisher einen Sieger gibt. Sie kann dort zuerst gewinnen, wo Strom teuer ist und das Meer der einzige Nachbar ist.

Was es ist

Ein Wellenenergiewandler ist jede Maschine, die die Bewegung von Wellen in Elektrizität umwandelt. Im Gegensatz zur Windenergie, bei der ein Design (die Dreiflügelturbine) gewonnen hat, gibt es bei der Wellenenergie immer noch Hunderte konkurrierender Ideen. Sie fallen in ein paar Familien:

• Punktaufnahme: Bojen, die auf und ab wippen und gegen einen Anker oder schweren Schwimmer ziehen. CorPowers C4 ist eine davon.
• Dämpfer: lange, schlangenförmige Ketten von Schwimmern, die entlang der Wellenrichtung liegen und sich an den Verbindungen biegen. Pelamis war das berühmte Beispiel.
• Oszillierende Wellen-Sturzstromwandler: Scharnierklappen auf dem Meeresboden in Küstennähe, die hin und her schwingen. Aquamarine Powers Oyster war einer davon.
• Oszillierende Wassersäulen: Kammern, die unterhalb der Wasserlinie zum Meer hin offen sind. Wellen drücken das Wasser im Inneren nach oben und unten, was Luft durch eine Turbine ein- und ausdrückt. In Mutriku in Spanien sind sechzehn von ihnen in eine Hafenmauer eingebaut.
• Überlaufanlagen: Rampen, die Wellen in ein erhöhtes Becken überlaufen lassen und das Wasser dann durch Turbinen mit niedrigem Kopf zurücklassen.


Wie es funktioniert

Energie in einer Welle. Die Energie einer Welle wird zum Teil als Wasser über dem durchschnittlichen Meeresspiegel und zum Teil als Bewegung des Wassers gespeichert. Für ein unregelmäßiges Meer, das durch seine signifikante Wellenhöhe H (etwa die durchschnittliche Höhe des höchsten Drittels der Wellen) beschrieben wird, ist die Energie pro Quadratmeter Meeresoberfläche E = ρ g H² / 16, wobei ρ die Dichte des Meerwassers und g die Schwerkraft ist. Die Verdopplung der Wellenhöhe vervierfacht die Energie.

Power, die Zahl, auf die es ankommt. Wellenenergie bewegt sich mit der Gruppengeschwindigkeit g T / 4π in tiefem Wasser, wobei T die Wellenperiode ist. Multiplizieren Sie die Energie mit der Geschwindigkeit und die Leistung, die entlang jedes Meters der Wellenfront ankommt, ist P = ρ g² H² T / 64π, was sich als etwa 0,49 × H² × T Kilowatt pro Meter ergibt. Ein 2,5 m breites Meer mit einer Periode von 9 s transportiert an jedem Meter Küste etwa 28 kW: über ein Jahr die Elektrizität von Dutzenden Häusern pro Meter, wenn alles gefangen werden könnte. Die Erklärung oben lässt dich andere Meere ausprobieren.

Was das Wasser tut. In tiefem Wasser bewegt sich das Wasser in einer Welle nicht mit ihr: Jedes Teilchen bewegt sich im Kreis und kehrt fast an den Ausgangspunkt zurück. Die Kreise schrumpfen schnell mit der Tiefe; eine halbe Wellenlänge nach unten, die Bewegung ist nur etwa 4% von dem an der Oberfläche. Tiefseewellen sind lang: Die Wellenlänge beträgt etwa 1.56 × T² Meter, so dass eine 9 s-Welle von Kamm zu Kamm 126 m ist. Deshalb liegt die meiste Wellenenergie nahe der Oberfläche und deshalb schwimmen oder sitzen Maschinen in flachem Wasser.

Um eine Welle zu absorbieren, mache eine Welle. Eine Wellenmaschine nimmt Energie auf, indem sie sich so bewegt, dass ein Teil der eingehenden Welle aufgehoben wird. Für eine schwimmende Boje, die sich nur auf und ab bewegt, setzt dies eine bekannte Grenze: egal wie groß sie ist, sie kann nicht mehr als die Kraft einfangen, die über eine Breite von λ / 2π, einer Wellenlänge geteilt durch 2π, etwa 20 m für eine 9 s-Welle, ankommt (Falnes, 2002). Um das zu erreichen, muss die Bewegung der Boje mit den Wellen Schritt halten. Deshalb sind Steuerungssysteme, die eine Maschine auf jede vorbeiziehende Welle einstellen, so wichtig. In der Praxis erfassen gemessene und modellierte Maschinen typischerweise zwischen einem Zehntel und einem Drittel der über ihre eigene Breite eintreffenden Kraft (Babarit, 2015).

Langsame, große Kräfte. Eine Welle drückt mit enormer Kraft, bewegt sich aber langsam, alle paar Sekunden einen oder zwei Meter. Generatoren bevorzugen schnelle, sanfte Bewegung, so dass jede Wellenmaschine eine Abtriebskraft Ein Getriebe, das eins ins andere umwandelt: Hydraulik-Stäbe und -Motoren, Luftturbinen, direkt angetriebene Lineargeneratoren oder mechanische Getriebe. Ein Großteil der Technik und ein Großteil des Versagens geschieht hier.

Die Grenzen: theoretisch und praktisch

Die Ressource. Im Durchschnitt erreicht die Wellenleistung an den Küsten der Welt etwa 2,1 TW, was in etwa dem weltweiten Stromverbrauch von etwa 3,4 TW entspricht (Gunn und Stock-Williams, 2012). Nur ein Bruchteil kann genommen werden: Maschinen können nicht jede Küste säumen, Energie geht verloren, wenn Wellen flaches Wasser erreichen, und ein Großteil der Ressource befindet sich in abgelegenen südlichen Ozeanen. Die reichsten Küsten sind den vorherrschenden Westwinden zwischen etwa 40 und 60 Grad Breite ausgesetzt: Irland, Schottland, Portugal, Chile, Südaustralien, Neuseeland, der Pazifik nordwestlich der Vereinigten Staaten. Geschlossene Meere wie das Mittelmeer erhalten nur wenige Kilowatt pro Meter.

Das Sturmproblem. Der Sturm-Button des Erklärers macht die zentrale Schwierigkeit sichtbar. Eine Maschine ist so konstruiert, dass sie in Meeren von 1 bis 4 m das meiste Geld verdient, aber sie muss Meere von 10 bis 15 m überleben, die fünfzig- oder mehrfach so viel Kraft aufweisen und einzelne Wellen noch höher. Eine Struktur für den Sturm zu entwerfen, macht sie schwer und teuer; sie für das durchschnittliche Meer zu entwerfen, macht sie zerbrechlich. Windkraftanlagen lösen dieses Problem, indem sie ihre Rotorblätter aus dem Wind drehen. Eine Wellenmaschine kann nicht aus dem Meer herauskommen.

Ermüdung. Mit einer Periode von 8 Sekunden trifft eine Maschine etwa vier Millionen Wellen pro Jahr, die jede ihre Gelenke, Dichtungen und Verankerungen verbiegen, drücken und verdrehen. Über zwanzig Jahre sind das etwa achtzig Millionen Lastwechsel in Salzwasser.

Zugang und Liegeplätze. Wie alle Meereskraftwerke können Wellenmaschinen nur bei ruhigem Wetter installiert und repariert werden, und sie stehen genau dort, wo das Wetter am schlechtesten ist. Die Anlegestellen müssen einen beweglichen Körper in rauer See halten, ohne zu knacken oder zu schleppen.

Reale Projekte, gemessen

Projekt	Where	Art und Größe	Was ist passiert
Pelamis	Aguçadoura, Portugal, dann EMEC, Orkney	Dämpfer, 750 kW, 120 bis 180 m lang	Die erste Wellenparkanlage mit mehreren Maschinen: Drei Maschinen, 2,25 MW, begannen im Juli 2008 mit dem Export und waren bis November 2008 offline, als der Eigentümer des Projekts in finanzielle Schwierigkeiten geriet.Die spätere P2-001-Maschine absolvierte mehr als 15.000 Betriebsstunden bei EMEC. Pelamis Wave Power (Pelamis) wurde im November 2014 in die Verwaltung übernommen.
Oyster	EMEC, Orkney	Nearshore-Klappe, 315 kW dann 800 kW	Die erste Maschine wurde 2009 installiert, die zweite Generation von 2012 bis 2015 getestet.Aquamarine Power hat im Oktober 2015 Administratoren angerufen (Aquamarine Power).
Mutriku	Baskenland, Spanien	16 Schwingwassersäulen in einem Hafenwellenbrecher, 296 kW	Seit Juli 2011 in Betrieb, bis Ende 2023 über 3 GWh insgesamt; 266 MWh im Jahr 2023, ein Kapazitätsfaktor von etwa 10%. Die Wells-Turbinen wandeln rund 30% der Windkraft in Strom um.Kosten: 6,4 Mio. € (Mutriku; Tethys, PNNL).
Wave Hub	Vor Cornwall, England	Netzanschlussfähige Prüfsteckdose für Maschinen bis 20 MW	2010 mit öffentlichen Geldern installiert, bis 2018 wurde dort kein Strom mehr erzeugt; der Standort wurde später auf schwimmende Offshore-Windkraft umgestellt (Wave Hub).
CorPower C4	Aguçadoura	Punktabsorberboje, 300 kW Nennleistung, 9 m breit, 19 m hoch	Exportiert seit Oktober 2023; überstand 18,5 m Wellen im Sturm Domingos im November 2023; gemeldete Spitzenleistungen von bis zu 600 kW; Typgenehmigung durch DNV in 2026; eine kleine Anzahl weiterer Bojen ist am selben Standort geplant (CorPower Ocean; CorPower, 2026).

Das Muster ist ernüchternd. Die bekanntesten Maschinen der 2000er Jahre, Pelamis und Oyster, arbeiteten beide auf See, und beide Unternehmen scheiterten, bevor sie kommerzielle Arrays erreichten, vor allem weil der nächste Schritt mehr kostete, als Investoren riskieren wollten. Die älteste Anlage, Mutriku, ist winzig und wurde in einen ohnehin benötigten Wellenbrecher eingebaut. Die neueste Generation, angeführt von Designs wie CorPower’s, hat Überleben und Kontrolle an erste Stelle gesetzt und bewegt sich erst jetzt von einer Maschine zu einem ersten kleinen Array.

Was es kostet

Es gibt noch keine kommerzielle Wellenfarm, daher sind alle Kostenangaben Schätzungen aus Prototypen und Modellen.

Quelle	Was es ist	Preis
Mutriku, unsere Berechnung aus veröffentlichten Zahlen	6,4 Mio. € für 266 MWh im Jahr 2023, 20 Jahre bei 7% real, vor laufenden Kosten	über 2 EUR pro kWh
2015: Ocean Energy Systems (Ozean-Energiesysteme)	Arrays der zweiten Welle, durchschnittliche Entwicklerdaten	$0.21 to $0,67 pro kWh
2015: Ocean Energy Systems (Ozean-Energiesysteme)	Erste kommerzielle Wellenfarmen: Schätzungen der Entwickler / unabhängige Referenzstudien	$0.12 to $0.28 / $0.28 to $0.48 pro kWh
2015: Ocean Energy Systems (Ozean-Energiesysteme)	Installierte Kosten der ersten Arrays	$4,000 to $18,100 pro kW
Unser Benchmark für	Solar auf dem Dach eines Gebäudes, Modell Fan Wall; Lazard 2026 kommerzielle und kommunale Solaranlage	$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

Mutriku ist kein fairer Test der Kosten, es war eine Demonstration mit kleinen Turbinen, die aufgrund ihrer Zuverlässigkeit ausgewählt wurden. Aber es zeigt, wie weit die reale Hardware von den Papierschätzungen entfernt ist. Der ehrliche Bereich für ein erstes kleines Array heute ist ungefähr $0.30 to $0,70 pro kWh, zwei bis viermal Dachsolaranlage. Die industrieeigenen Studien sagen, dass kommerzielle Farmen $0.12 to $ 0,28 erreichen könnten, wenn Maschinen überleben, die Verfügbarkeit hoch ist und die Kosten mit dem Volumen sinken. Keine dieser Bedingungen wurde bisher auf See gezeigt.

Wo es gewinnen kann und wo nicht

Es kann gewinnen:

• Auf See, wo es kein Netz gibt. Ozeansensoren, Navigationsbojen, Aquakultur-Pens, Unterwasserfahrzeuge, die aufgeladen werden müssen und Offshore-Plattformen laufen heute auf Batterien, Diesel oder Solarzellen, die im Winter wenig machen. Hier konkurriert eine kleine Wellenmaschine mit teurer Energie, nicht mit billiger Solarenergie.
• Inseln an energiegeladenen Küsten, von den Hebriden bis zu den Azoren und dem Pazifik, wo der Strom bereits aus importiertem Diesel kommt.
• Wasserbrecher und Meeresmauern werden trotzdem gebaut, wie in Mutriku, wo die Struktur bereits bezahlt ist.
• Neben Offshore-Windparks, gemeinsame Kabel, Netzanschlüsse und Wartungsschiffe nutzen und produzieren, wenn der Wind nachlässt, die Wellen aber nicht.
• Als Winterkraft in hohen Breiten, wo die Wellen am stärksten sind, wenn die Sonnenkollektoren am wenigsten machen.

Es kann nicht gewinnen:

• Als billiger Bulkstrom, überall dort, wo Solar- und Windparks errichtet werden können.
• An geschützten Küsten und eingeschlossenen Meeren, wobei die durchschnittliche Ressource einige Kilowatt pro Meter beträgt.
• Ohne zuerst das Überleben zu beweisen. Ein Entwurf, der keinen Winter auf See überstanden hat, ist immer noch ein Modell, wie gut seine Panzer auch sein mögen.

Was ist bewiesen, plausibel und spekulativ

Bewiesen: die Physik der Wellenenergie und des Leistungsflusses; die Einfanggrenzen für oszillierende Körper; dass Wellenmaschinen auf See Strom erzeugen und ins Netz exportieren können; dass eine oszillierende Wassersäule in einem Wellenbrecher mehr als ein Jahrzehnt laufen kann (Mutriku); dass die Ressource im Winter an westlich ausgerichteten Küsten in mittleren Breiten am stärksten ist.

Plausible: dass neue Steuerungsmethoden und leichtere Strukturen die Erfassung und den Stahlschnitt pro Kilowatt erhöhen können; dass Punktabsorberbojen Stürme wie die von CorPowers C4 im Jahr 2023 überstehen können; dass Arrays, die sich Ankerplätze und Kabel teilen, Kosten senken können; dass die Märkte für Ozeanbeobachtung und Aquakultur kleine Maschinen bezahlen werden, bevor das Netz dies tut.

Spekulativ: Wellenkraft auf Kosten von Offshore-Wind; ein einziges Design, das gewinnt, wie die Dreiblattturbine für Wind gewann; große Anlagen mit Hunderten von Megawatt im nächsten Jahrzehnt.

Offene Forschungsfragen

• Überleben und Kontrolle zusammen. Wie man eine Maschine so einstellt, dass sie das Beste aus gewöhnlichen Wellen herausholt und sie gleichzeitig in einem Sturm sicher und zuverlässig für zwanzig Jahre abstimmt.
• Zapfwelle. Effiziente, dauerhafte Umwandlung von langsamen, großen Kräften: Hydraulik, Magnetgetriebe, Lineargeneratoren, flexible Materialien, die selbst Generatoren sind.
• Verankerungs- und Strukturtechnik. Weniger Stahl pro Kilowatt, und Verankerungstechniken, die nicht ausfallen.
• Arrays. Wie Maschinen sich in Gruppen gegenseitig überschatten oder unterstützen und wie Infrastruktur geteilt wird.
• Konvergenz. Welche der oben genannten Familien, wenn überhaupt, ist grundsätzlich die billigste? Öffentliche Stage-Gate Programme wie Wave Energy Scotland existieren, um diese Frage mit gemeinsamen Daten zu beantworten.
• Umwelt. Unterwasserlärm, Verwicklungsgefahr für Meeressäuger in Ankerstellen und Auswirkungen auf Küstensediment, wenn große Arrays Energie aus Wellen entnehmen.

Was ein funktionierender Prototyp benötigt

Wellenenergie hat einen gut ausgetretenen Weg von der Idee zum Meer, gerade weil so viele Ideen auf diesem Weg gescheitert sind. Die unten angegebenen Kosten sind unsere grobe Schätzung für ein kleines Team.

Stage	Arbeit	Was es beweist	Grobe Kosten	Time
1. Numerisches Modell	Frequenz- und Zeitbereichsmodelle der Maschine in realen Seezuständen (offene Werkzeuge wie WEC-Sim existieren)	Erfassungsbreite in der Theorie, Lasten bei Stürmen	$10k to $40k	2 bis 4 Monate
2. Wellenbehälter	Ein Modell im Maßstab 1:50 bis 1:20 in einem Hochschulwellenbecken, regelmäßige und unregelmäßige Wellen, dann extreme Wellen, mit einer simulierten Abtriebsleistung, die an Instrumenten gemessen wird	Gemessene Einfangbreitenverhältnisse und Überlebenslasten	$30k to $150k	3 bis 6 Monate
3. Geschützte Seefahrt	Eine Maschine im Maßstab 1:4 bis 1:10 an einem Baumschulenstandort wie Scapa Flow oder BiMEP in Spanien von EMEC, die an eine Lastbank exportiert wird	Echte Kraft, Liegeplätze, Wartung, ein Winter auf See	$0.5 million to $3 Millionen	1 bis 2 Jahre
4. Vollmaßstab	Eine Maschine an einem netzgebundenen Liegeplatz auf hoher See	Bankfähige Leistungs- und Überlebensdaten	$10 Millionen und mehr	seit mehreren Jahren

In Stufe 2 wird ein Pitch glaubwürdig: Ein Modell in einem Wellenbecken mit einer gemessenen Abtriebsleistung, das sowohl zeigt, was es fängt als auch was es überlebt.

Wen wir brauchen

• Ozeaningenieur und Hydrodynamiker mit Erfahrung in der Wellenstruktur-Wechselwirkung und -Steuerung.
• Wave Tank Einrichtungen an Universitäten und nationalen Labors.
• Zapfwellenspezialisten: Hydraulik, Lineargeneratoren, Magnetgetriebe.
• Mooring und Offshore-Bauingenieure.
• Marine Operations Personen, die Ausrüstung auf See installiert und wiederhergestellt haben.
• Meeresökologen für Lärm- und Verwicklungsüberwachung.
• Nutzer auf See: Fischfarmen, Ozeanobservatorien und Inselversorgungsunternehmen, die die ersten Maschinen kaufen würden.

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 an einem Instrument gemessenen Leistung, nicht beansprucht: ein Modell in einem Wellenbecken mit einer protokollierten Abtriebskraft sagt mehr als jede Animation. 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, für welche Wellen es ausgelegt ist, die erwartete Einfangbreite und warum, wie es einen Sturm übersteht, ungefähre Kosten pro kWh und den günstigsten Test, der ihn falsch beweisen könnte. Die Energiequellen-Seite vergleicht Wellenkraft mit elf anderen Ideen.

Quellen

1. Gunn, K. und Stock-Williams, C. (2012). Quantifizierung der globalen Wellenenergieressource. Erneuerbare Energien 44, 296-304.
2. Falnes, J. (2002). Meereswellen und Oszillationssysteme: Lineare Wechselwirkungen einschließlich Wellenenergie-Extraktion. Cambridge University Press.
3. A. Babitsch, Bd. (2015). Eine Datenbank der Erfassungsbreitenverhältnisse von Wellenenergie-Wandlern. Erneuerbare Energien 80, 610-628.
4. Die Energiewende in der Schweiz (2015). Internationale Kosten für Energie für Ozeanenergietechnologien.
5. Wave power, Wikipedia: die Formel für den Leistungsfluss in der Tiefsee.
6. Pelamis Wellenenergie-Wandler, Wikipedia.
7. Aquamarine Power, Wikipedia.
8. Mutriku Breakwater Wave Plant, Wikipedia und Pacific Northwest National Laboratory, Tethys, Mutriku Wellenkraftwerk.
9. Wave Hub, Wikipedia.
10. CorPower Ocean, Wikipedia und CorPower Ocean (2026), weltweit erste DNV-Zertifizierung für Wellenenergietechnologie.
11. In: Wave Energy Scotland. Öffentliche Bibliothek der Programmberichte.
12. Lazard (Juni 2026). Levelized Cost of Energy+, Version 19.
13. Local Solar System Die Stiftung. Die Fan Wall: offenes Modell und Benchmark, Solar auf dem Dach für 0,19 $ pro kWh.