Levi Kilcher, hier abgebildet, arbeitete mit Kollegen am Pacific Northwest National Laboratory zusammen, um eine neue, umfassendere Methode zur Messung der globalen Wellenenergie zu entwickeln. Foto von Taylor Mankle, NREL
Der Ozean ist wie ein zahnendes Kleinkind niemals still. Und beide Kreaturen enthalten schockierende Mengen an Energie. Aber wie viel Energie genau durch unsere Meereswellen fließt, ist umstritten. Diese Unsicherheit macht es für Länder schwierig, Wellenenergie in ihre zukünftigen Klimaziele einzubeziehen: Wie kann man sich auf etwas verlassen, das man nicht genau messen kann?
Nun, in einer aktuellen Studie veröffentlicht in Erneuerbare EnergieForscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) und des Pacific Northwest National Laboratory stellen eine umfassendere und genauere Methodik vor Messen Sie die an Meeresstandorten verfügbare Wellenenergie auf der ganzen Welt. Sie erkannten jedoch auch eine weitere Herausforderung: Die vorhandenen Wellenenergiedatensätze, die das Team zur Entwicklung seiner neuen Methodik verwendet hat, sind möglicherweise nicht so zuverlässig wie bisher angenommen.
Wellenenergie ist nicht nur vorhersehbar – was sie zu einer wertvollen Ergänzung zu variablen erneuerbaren Energiequellen macht –, sie ist auch entlang der Küsten verfügbar, wo die Mehrheit der Weltbevölkerung lebt. Aber Wellenenergie könnte mehr bewirken, als nur Küstengemeinden mit Strom zu versorgen; Diese erneuerbare Energie könnte sauberes Trinkwasser aus dem Meer erzeugen, Offshore-Farmen für Meeresfrüchte mit Strom versorgen und zur Dekarbonisierung der internationalen Schifffahrt beitragen – alles mit Energie aus dem Meer selbst.
Um jedoch all diese Anwendungen planen zu können, die jeweils Investitionen von Unternehmen, Branchen oder ganzen Ländern erfordern, benötigen wir zuverlässige Daten.
„Die Wellenenergietechnologie befindet sich in einem so frühen Stadium“, sagte Levi Kilcher, leitender Forscher am NREL und Hauptautor der Studie. „Da die Branche noch jung ist, ist es schwierig abzuschätzen, wie viel Energie zukünftige Technologien gewinnen könnten.“
Für diese Studie, die vom Water Power Technologies Office des US-Energieministeriums finanziert wurde, entwickelte das Team eine neue Methode zur Schätzung des gesamten Wellenenergiepotenzials. “Der ursprüngliche Wellenressourcenbewertung war ein toller erster Start. Aber es gab auch mehrere Kritikpunkte an dieser Methode“, sagte Kilcher.
Frühere Methoden berücksichtigten beispielsweise nicht die Wellenrichtung – also die Richtung, aus der eine Welle hereinrollt. „Das kann tatsächlich zu Doppelzählungswellen führen“, sagte Kilcher.
Manche Wellen entstehen weit vor der Küste, werden vielleicht von einem Sturm aufgeschäumt und legen Tausende von Kilometern zurück, bevor sie an der Küste eines Landes aufschlagen. „Aber es gibt eine ganze Menge Wellenenergie, die durch Winde erzeugt wird, die innerhalb der Meeresgrenzen eines Landes wehen“, sagte Kilcher. Seine neue Methode berücksichtigt die Wellenrichtung und auch diese lokalen Wellen.
„Das andere Schöne ist, dass unsere Methode für alle Maßstäbe funktioniert – vom sehr kleinen Maßstab für ein einzelnes Projekt bis hin zum gesamten Meeresbecken“, fügte Kilcher hinzu.
Um ihre neue Methodik auszuprobieren, überprüften Kilcher und seine Kollegen auch aktuelle Schätzungen der US-Wellenenergie. Doch die Ergebnisse deckten ein größeres Problem auf: Das Team stützte seine Studie auf ein altes Wellenenergiemodell. Und dieses Modell, erkannte Kilcher, scheint 20 bis 40 % mehr Wellenenergie zu schätzen als andere neuere Modelle. Auch wenn die neue Methode des Teams zeigte, dass das Wellenenergiepotenzial der Vereinigten Staaten etwa 25 % höher ist als bisher geschätzt, müssen diese Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden, sagte Kilcher. Diese Schätzung könnte aufgrund von Verzerrungen im Originaldatensatz 20 bis 40 % über der Realität liegen.
„Unsere neue Methode löste viele der bisherigen methodischen Kritikpunkte“, sagte Kilcher. „Jetzt müssen wir den zugrunde liegenden Datensatz aktualisieren.“
Eine Illustration, die zeigt, wie und wo Wellen vor der US-Pazifikküste erzeugt werden
Die neue Methode des Teams zur Messung der Wellenenergie schließt Lücken in vielen früheren Methoden und umfasst nun beispielsweise Wellen, die durch Wind erzeugt werden, der in den lokalen Gewässern eines Landes weht. Bild von John Frenzl, NREL.
Dieses Datendilemma ist nicht nur für Kilchers Studie ein Problem. Wenn Entwickler widersprüchliche Schätzungen darüber abgeben, wie viel Energie ihr Gerät erzeugen könnte, könnte diese Inkonsistenz das Vertrauen in Wellenenergie im Allgemeinen untergraben. Und ohne verlässliche Daten könnten Länder Schwierigkeiten haben zu verstehen, wie Wellenenergie in ihre Pläne für saubere Energie passen kann.
„Hoffentlich kann diese Methode zum Standard werden“, sagte Zhaoqing Yang, leitender Wissenschaftler am Marine Sciences Laboratory des Pacific Northwest National Laboratory und einer der Autoren der Studie. Yang entwarf zusammen mit seinem Kollegen Gabriel García Medina das theoretische Modell zur Messung der Wellenenergieressourcen; Kilcher lieferte ausführliche Hintergrundinformationen darüber, welche Daten die Wellenenergiebranche und die politischen Entscheidungsträger benötigen, um ihre Pläne für Technologie und saubere Energie zu erstellen.
Da Wellenenergietechnologien noch keine Energie aus Meeresgewässern gewinnen, kann diese verbesserte Methodik natürlich nur eine theoretische Schätzung darüber liefern, wie viel Energie zukünftige Geräte erzeugen könnten. Aber wenn die Methode zum Industriestandard wird, könnte sie vielversprechende Folgewirkungen haben. Und konsistentere Daten könnten dazu beitragen, das Vertrauen in die Branche zu stärken.
Darüber hinaus können Technologieentwickler dank genauerer und konsistenterer Daten ihr Design besser mit anderen vergleichen und sich ein klareres Bild davon machen, wie viel Energie ihr Gerät in echten Meereswellen erzeugen könnte.
Als nächstes plant das Team, seiner Methode genauere Datensätze zuzuführen, damit sie eine solide theoretische Schätzung erstellen können – im Wesentlichen, wie viel Energie die Vereinigten Staaten erzeugen könnten, wenn sie die gesamte in ihren Ozeanen verfügbare Energie gewinnen könnten. Damit kann das Team über Hypothesen hinausgehen und auch die technischen und praktischen Wellenenergieressourcen abschätzen – wie viel Wellenenergie Länder realistischerweise angesichts bestimmter Einschränkungen nutzen könnten, einschließlich technologischer, wirtschaftlicher, ökologischer, regulatorischer und sogar geografischer Einschränkungen (Bau von Übertragungsleitungen). Offshore ist beispielsweise nicht immer praktikabel).
„Die praktische Ressource macht wahrscheinlich einen kleinen Prozentsatz der theoretischen Ressource aus“, sagte Kilcher. „Aber weil es da draußen so viel Wellenenergie gibt, ist sie immer noch eine wichtige Ressource.“
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Von Caitlin McDermott-Murphy. Artikel mit freundlicher Genehmigung von NREL.
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