Pneumatische Kammern

In Wellenkraftwerken auf Basis des OWC-Prinzips (englisch Oscillating Water Column, deutsch: schwingende Wassersäule) drückt jede Welle das Wasser in kaminartige Betonröhren und zieht es dann bei einem Wellental wieder heraus. Am oberen Ende münden die Röhren in Turbinen. Durch die sich auf und ab bewegende Wassersäule wird die Luft in den Betonröhren abwechselnd komprimiert bzw. angesaugt. Dadurch entsteht im Auslass ein schneller Luftstrom, der eine Wells-Turbine antreibt.

Ein erstes Wellenkraftwerk des OWC-Typs ging 2001 auf der schottischen Insel Islay zu Testzwecken in Betrieb und speiste damit erstmals Strom in ein kommerzielles Stromnetz ein. Es wurde vom schottischen Unternehmen Wavegen gebaut. Die Leistungsdaten des Kraftwerkes „LIMPET 500“ waren in den ersten Betriebsjahren enttäuschend. Die ursprünglich vorgesehene Jahresdurchschnittsleistung von 500 kW musste, da beim Entwurf die Auswirkung eines Meeresbodenplateaus nicht berücksichtigt worden war, auf 212 kW reduziert werden. Insgesamt wurde 2002 jedoch nur eine Durchschnittsleistung von 21 kW erreicht. Im Jahr 2005 übernahm Voith Hydro die Firma Wavegen und konnte die Verfügbarkeit der Turbinen schrittweise auf 98 % steigern. 2011 nahm Voith Hydro dann ein OWC-Wellenkraftwerk in der Hafenmole des baskischen Städtchens Mutriku in Betrieb. Die Anlage mit 16 Wells-Turbinen und einer Gesamtnennleistung von 300 kW ist das erste kommerzielle Kraftwerk dieser Art und wird aktuell vom baskischen Versorger Ente Vasco de la Energía (EVE) betrieben.

Der Unstetigkeit der Energieabgabe, die mit jeder Welle schwankt, versucht man durch Kurzzeitspeicher wie beispielsweise Schwungräder beizukommen. Auch der parallele Betrieb mehrerer gleichartiger Kraftwerke, die räumlich getrennt sind, kann die Schwankungen glätten.

Bewegung von Auftriebskörpern

Die Bewegung von durch Wellen angeregten Schwimm- oder Auftriebskörpern entweder zueinander oder zu einem festen Bezugspunkt wie dem Meeresgrund, dem Ufer oder einer sehr großen, trägen Platte kann über verschiedene Methoden hydraulisch oder direkt elektrisch in Strom umgesetzt werden.

Überspülende Wellen

Das für das Überspülende-Wellen-Kraftwerkskonzept beispielhaft stehende Projekt Wave Dragon besteht aus einem Wellenkonzentrator, der die Wellen durch zwei v-förmig angeordnete Barrieren zur Mitte hin konzentriert. Die so verstärkten Wellen laufen eine Rampe hinauf. Von dort aus fließt das überspülende Wasser über Turbinen, die einen Generator antreiben, zurück ins Meer. Die gesamte Anlage ist als schwimmendes Offshore-Kraftwerk ausgelegt und daher nicht an die Küste gebunden. Ein Prototyp wurde zwischen 2003 und 2007 in Nissum Bredning getestet, einem Fjord im nördlichen Teil von Dänemark. Das EU-Projekt wurde jedoch beendet, da es die technischen und wirtschaftlichen Erwartungen nicht erfüllte.

Oszillierende oder bewegliche Dämpfungsglieder

Ein großer Teil der Wellenenergie wird durch Wasserbewegungen unter der Wasseroberfläche übertragen. Verschiedene Technologien nutzen diesen Ansatz.

Für die Nutzung der Wellenbewegung unter Wasser in Küstennähe steht der WaveRoller der finnischen Firma AW-Energy. In Wassertiefen von 8–20 m – also praktisch fast noch am Strand – sind auf absenkbaren Metallplattformen vertikale, bewegliche Metallplatten befestigt. Die Strömungen führen dazu, dass sich diese Metallplatten hin und her bewegen. Ein Hydrauliksystem mit enormem Druck erzeugt in einem angeschlossenen Hydraulikmotor ein Drehmoment. In einem dahintergeschalteten Generator wird daraus elektrische Energie erzeugt. Über ein Seekabel ist die Anlage mit dem Stromnetz verbunden. Die erste Anlage dieser Art ging im Sommer 2012 nördlich der Hafenstadt Peniche bei Baleal vor der Küste Portugals in Betrieb. Sie bestand aus einer Plattform mit drei beweglichen „Platten“. Die Nennleistung betrug insgesamt 300 kW. Momentan laufen unterschiedliche Testreihen. Die Anzahl der „Platten“ variiert von 1 bis 3. Am Meeresboden verankert, ist von den Anlagen über Wasser – außer den Markierungszeichen – nichts zu sehen.

Eine alternative Umsetzung des Prinzips ist eine schwimmende Klappe, die in Küstennähe in einer Wassertiefe von 10 bis 15 Metern am Meeresboden verankert wird, wie die Entwicklung der schottischen Firma Aquamarine Power. Im Jahr 2009 wurde ein erster Prototyp dieser Anlage (Oyster 315 mit 315 kW Nennleistung) im Testfeld Billia Croo des European Marine Energy Centre (EMEC) auf den Orkney-Inseln geprüft. Bei diesem Anlagentyp werden durch die Hin- und Herbewegung der Klappe zwei hydraulische Kolben angetrieben, die Wasser durch eine Rohrleitung an Land pumpen. Das unter hohem Druck stehende Wasser treibt hier eine Turbine an. Ebenso wie Pelamis Wave Power musste Aquamarine Power 2015 Insolvenz anmelden, da für die kapitalintensive Entwicklung der Technologie kein privater Investor mehr gefunden werden konnte.

Der sehr breit gefasste Ansatz umfasst auch weitere Technologien, wie z. B. die des japanischen Wellenkraftwerks Pendulor. Hier stoßen die am Ufer anbrandenden Wellen ein Tor auf und fließen in einen dahinterliegenden Behälter. Beim Zurückfließen wird das Tor in die andere Richtung bewegt. Die Bewegungen des Tores werden über eine Hydraulik in elektrische Energie umgesetzt.

Weitere Ansätze

Vereinzelt gibt es weitere Ansätze zur Nutzung von Wellenenergie in verschiedenen Konzept- und Entwicklungsstadien.

Bei einem Anaconda genannten Modell von Seeschlangen-Wellenkraftwerken besteht der Schwimmkörper im Wesentlichen aus einem gummiartigen Material. Die für die Herstellung nötige Energie sinkt damit im Vergleich zu den aus Stahl bestehenden Körpern anderer Modelle erheblich, wodurch sich der Erntefaktor deutlich verbessert, das heißt, die für die Herstellung benötigte Menge an Energie wird in sehr viel kürzerer Zeit von der Anlage selbst wieder erzeugt.

Einzelne Entwickler untersuchten zudem die Nutzung von Wellenenergie für die Fortbewegung etwa von Schiffen. Der Schiffsentwurf Orcelle der Reederei Wallenius-Wilhelmsen, ein Übersee-Autotransporter, nutzt die Wellenenergie durch annähernd waagerecht unten am Rumpf angeordnete Platten, die vom Wellengang jeweils um eine quer zur Fahrtrichtung liegende Achse bewegt werden. Dieses Schiff soll außer der Energie der Wellen auch die der Sonne und des Windes nutzen. Dagegen bewegt sich der in Japan realisierte Katamaran Suntory Mermaid II ausschließlich mit Wellenkraft vorwärts. Er erreicht dabei allerdings nur sehr bescheidene Leistungen (weniger als Schrittgeschwindigkeit). Bewirkt wird das durch zwei ebenfalls annähernd waagerecht angeordnete bewegliche Platten am Heck, welche durch die Wellen um eine quer zur Fahrtrichtung liegende Welle bewegt werden.