Gezeitenkraftwerk

Was passiert

Ein Damm trennt 10 km² vom Meer ab. Der Meeresspiegel steigt und fällt alle 12 h 25 min um 3 m über und unter seinen Mittelwert; der Wasserstand im Becken ändert sich nur durch den Damm hindurch – durch Schleusentore von 1500 m² und durch acht Rohrturbinen von 7 m Durchmesser, die jeweils als Öffnung Q = C·A·sqrt(2g·Δh) durchlassen. Der Betreiber hält die Tore geschlossen, während die Tide zwischen Meer und Becken eine Fallhöhe aufbaut, und lässt das Wasser dann durch die Turbinen, die ρg·Q·Δh mit 88 % Wirkungsgrad in Strom umwandeln und auf je 20 MW begrenzt sind. Im Ebbebetrieb füllt sich das Becken bei steigendem Wasser durch die Schleusen, und bei fallendem Wasser wird Strom erzeugt; der Zweirichtungsbetrieb nutzt beides.

Im Ebbebetrieb mit Erzeugungsbeginn bei 3 m Fallhöhe liefert eine Tide 311 MWh, im Zweirichtungsbetrieb 409 MWh; beginnt die Erzeugung im Ebbebetrieb bei 2 m, sind es 283 MWh, bei 4 m 328 MWh. Ein Becken, das bei Hochwasser gefüllt und bei Niedrigwasser geleert würde, enthielte ρg·A·(2a)²/2 = 503 MWh: Das Warten auf die Fallhöhe kostet Fallhöhe, und die Erzeugung braucht Zeit.

Modell: Das Becken hat einen einzigen Wasserstand über einer festen Fläche, A·dh/dt = Q; die Durchflüsse folgen dem Ausflussgesetz für Öffnungen, geglättet über die letzten 5 cm Fallhöhe; eine einzige harmonische Tide; RK4 in Schritten von 10 s. Ohne Wellen, ohne Trägheit des Wassers in den Durchlässen, ohne Änderung des Turbinenwirkungsgrads mit der Fallhöhe.

Zum Ausprobieren

Verfolgen Sie eine ganze Tide im Ebbebetrieb: Das Becken füllt sich, hält das Wasser und erzeugt Strom, während das Meer zurückweicht. Schalten Sie auf Zweirichtungsbetrieb um und vergleichen Sie die Energie der letzten Tide.