Gyroskopische Wellenenergie – Nutzung des ungezähmten Meeres

Etwa 70 % der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt und bieten damit eine riesige Quelle erneuerbarer Energie. Ihr Potenzial ist enorm – so groß, dass allein die Wellenenergie … geschätzt würde den aktuellen globalen Strombedarf übertreffen, wenn sie vollständig genutzt würde.

Es handelt sich jedoch um eine weitgehend ungenutzte erneuerbare Energiequelle, da sie effizient ist. die Energie der Meereswellen einfangen hat Ingenieure lange Zeit frustriert.

Um dieses Problem zu lösen, hat sich eine neue Studie der Universität Osaka einer neuartigen Methode zugewandt: einem gyroskopischen Wellenenergiekonverter (GWEC), der ein rotierendes Schwungrad innerhalb einer schwimmenden Struktur nutzt, um Wellenbewegung in Elektrizität umzuwandeln.

Die Forschungsanalyse zeigt, dass dieses Gerät prinzipiell bis zu die Hälfte der einfallenden Wellenenergie bei jeder Wellenfrequenz absorbieren kann und somit eine Möglichkeit bietet, enorme, bisher ungenutzte Meeresenergie zu erschließen.

Globaler Strommix: Erneuerbare Energien im Aufwind, fossile Brennstoffe weiterhin führend

Mit dem Klimawandel Unheil anrichten Weltweit ist es unerlässlich, dass wir uns von fossilen Brennstoffen abwenden – nicht erneuerbaren Energiequellen, die sich über Millionen von Jahren bilden und erhebliche Umweltprobleme verursachen.

Eine der effektivsten Möglichkeiten, die Abhängigkeit von diesen fossilen Brennstoffen zu verringern, besteht in der Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Sonne, Wind, Wasserkraft, Geothermie und Biomasse.

Diese sich natürlich erneuernden Quellen schneiden TreibhausgasemissionenSie tragen zur Energiesicherheit eines Landes bei und verringern die Anfälligkeit gegenüber geopolitischen Krisen. Dank dieser Vorteile decken erneuerbare Energiequellen mittlerweile einen immer größeren Anteil der globalen Stromerzeugung ab. Im Jahr 2024 lieferten sie einen Rekordanteil von 32 % der globalen Stromerzeugung, ein Anstieg um 2 % gegenüber dem Vorjahr, da der Gesamtstrombedarf um 4 % zunahm, vor allem aufgrund der steigenden Nachfrage nach Rechenzentren.

„Die Länder beschäftigen sich mehr denn je mit ihrer Sicherheit und Energiesicherheit, und ich denke, das bedeutet, dass heimische erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie immer attraktiver werden.“

– Euan Graham, Strom- und Datenanalyst des Energie-Thinktanks Ember sagte Reuters letztes Jahr

Während die Branche der erneuerbaren Energien im Jahr 2024 zusätzliche 858 TWh Stromerzeugung in das System einspeiste, spielen fossile Brennstoffe, einschließlich Kohle, Öl und Erdgas, immer noch eine wichtige Rolle. den Großteil des weltweiten Energiebedarfs deckenKohle ist derzeit die wichtigste Energiequelle und deckt 34 % der weltweiten Stromproduktion ab, während Gaskraftwerke 22 % ausmachen.

Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) ProjektionenDie Kapazität erneuerbarer Energien wird zwischen 2025 und 2030 um fast 4,600 GW steigen.

Unter allen erneuerbaren Energiequellen ist Solarenergie die am schnellsten wachsen mit sinkenden Kosten und zunehmender weltweiter Akzeptanz. Auch die Windkraftkapazität wächst rasant, während Wasserkraft weiterhin die wichtigste Energiequelle bleibt. größte, langjährige Beitrag zu erneuerbaren Energien. Was Bioenergie betrifft, so hat sie begonnen, Reibung erhaltenund Geothermie ist gewinnen Unternehmenspartnerschaften. Die Zukunft der Energie erscheint zunehmend grün.

Das ungenutzte Potenzial des Ozeans erschließen

Im Bereich der erneuerbaren Energien bietet die Meeresenergie ein enormes globales Ressourcenpotenzial. Sie umfasst die Nutzung von Energie aus marinen Quellen wie Wellen, Gezeiten, Meereswärmekraftwerken (OTEC) und Meeresströmungen. Gezeitenenergie nutzt die vorhersehbaren Gezeitenströmungen, OTEC nutzt Temperaturgradienten im Tiefseewasser, und Meeresströmungen gewinnen Energie aus großräumigen Meeresströmungen.

Die am häufigsten erforschte Form der Meeresenergie ist die Wellenenergie, die die kinetische Energie von Wellen in Elektrizität umwandelt. Wellen sind zahlreich, kraftvoll und kontinuierlich. Zudem sind sie weniger intermittierend als Wind- oder Solarenergie. Diese hohe Vorhersagbarkeit ermöglicht die Nutzung der Oberflächenwellenbewegung rund um die Uhr und ist daher äußerst vorteilhaft für die Verbesserung der Netzplanung und -stabilität.

Diese emissionsfreie Energiequelle hat bisher nur eine begrenzte kommerzielle Nutzung erfahren, weit weniger als etablierte erneuerbare Energien wie Solarenergie. Sie stellt derzeit den geringsten Anteil am Markt für erneuerbare Energien dar. Im Jahr 2024 kamen weltweit weitere 100.000 µg/m² hinzu. 1.6 Megawatt (MW) der Meereskraftkapazität, wodurch die gesamte Betriebskapazität auf etwa 513 MW erhöht wird.

Diese langsame Einführung ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter hohe Investitionskosten, standortspezifische Einschränkungen und technologische Hürden wie die Netzanbindung. Auch die Qualifikation der Arbeitskräfte und regulatorische Unsicherheiten spielen eine Rolle. den Fortschritt behindern branchenweit stellt zudem die Wartung der Geräte unter rauen Meeresbedingungen neben der Energieeffizienz weiterhin eine große Herausforderung dar.

Daher arbeiten Forscher in Wissenschaft und Industrie weiterhin an der Verbesserung dieser Systeme, um sie robuster zu machen und Wellenunregelmäßigkeiten besser auszugleichen. Ein solches System, das auf Interesse gestoßen ist, ist der Wellenenergiekonverter (WEC), ein Gerät, das die kinetische Energie von Wellen in Elektrizität umwandelt.

Mehrere Innovatoren arbeiten an der Weiterentwicklung dieser Technologie. Beispielsweise hat das schwedische Unternehmen CorPower Ocean im Rahmen des COMPACT-Projekts eine Partnerschaft mit dem norwegischen Unternehmen OPS Solutions geschlossen, um die Kosten und das Gewicht von Wellenenergiekonvertern zu reduzieren. Entwicklung Ein Prototyp eines Vorspannzylinders (PTC). Das Projekt, das vom EWR-Förderprogramm „Blue Growth Programme“ unterstützt wird, entwickelt ein leichtes Druckgehäuse, um die Investitionskosten zu senken und die Robustheit des Geräts zu verbessern.

Gleichzeitig haben die Entwickler messbare Leistungssteigerungen erzielt. Das norwegische Unternehmen Havkraft berichtet In einem aktuellen Labortest mit einem skalierten Wellenenergiekonverter-Modell wurde ein Energieumwandlungswirkungsgrad von über 80 % erzielt, eine Steigerung von 15 % gegenüber früheren Versuchen. Dieser Schritt ermöglicht es dem Unternehmen, Risiken zu identifizieren, die Qualität zu sichern und die Leistung zu verstehen, was die Skalierung hin zur Kommerzialisierung unterstützt.

„Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Forschung Früchte trägt und wir einer kommerziellen Lösung einen Schritt näher gekommen sind.“

– Betriebsleiter Nikolai Haldane

In Schottland hat AWS Ocean Energy unterdessen … Vorrückend Das Unternehmen hat mit „Archimedes Waveswing“ eine druckaktivierte Unterwasserboje entwickelt, die Wellenbewegungen unter der Wasseroberfläche umwandelt. Das Gerät erreichte bei mäßigem Wellengang eine durchschnittliche Leistung von über 10 kW und einen Spitzenwert von über 80 kW – 20 % mehr als erwartet.

Die sieben Meter hohe Unterwassereinheit ist für den Einsatz unter rauen Offshore-Bedingungen, einschließlich Orkanstärke 10, ausgelegt. Dank ihrer Konstruktion mit nur einem Absorber eignet sie sich auch für abgelegene Stromversorgungsanwendungen, bei denen Robustheit unerlässlich ist.

Neben der technologischen Leistungsfähigkeit gewinnt die umfassendere Systemintegration zunehmend an Bedeutung. Machbarkeitsstudien legen nahe¹ Der Einsatz von Wellenenergieanlagen muss nicht zwangsläufig zulasten von Küstenaktivitäten wie Tourismus oder Fischerei gehen. Im Gegenteil: Richtig konzipierte Anlagen können sogar Küstenschutz bieten.

„Es ist möglich, die Küste vor den Einflüssen der maritimen Umwelt zu schützen und gleichzeitig sauberen Strom zu erzeugen und so Portugals Energiewende und Selbstversorgung zu unterstützen.“

– Paulo Rosa Santos, Co-Leiter bei CIIMAR

Diese Fortschritte spiegeln einen Sektor wider, der sich von experimentellen Prototypen hin zu praktischen Lösungen entwickelt.

Maximale Energieabsorption durch Gyroskope

Wellenenergieanlagen (WECs) zielen darauf ab, kontinuierliche Wellenbewegung effizient in nutzbaren Strom umzuwandeln. Angetrieben durch nationale Innovationsinitiativen, technologische Fortschritte und die Integration in die lokale Infrastruktur wird der globale Markt für Wellenenergiekonverter voraussichtlich wachsen. von 21.6 Millionen US-Dollar im Jahr 2025 auf 38.2 Millionen US-Dollar im Jahr 2034 anwachsen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 6.5 %.

Wellenenergiekonverter (WECs) sind aufgrund technischer, wirtschaftlicher und regulatorischer Herausforderungen noch nicht vollständig kommerzialisiert, weshalb es noch keine optimale Lösung gibt. Es wurden bereits viele verschiedene Typen vorgeschlagen, darunter Punktabsorber, oszillierende Wassersäulen (OCWs), Überlaufvorrichtungen, Dämpfungsglieder und gyroskopische Systeme.

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Ein gyroskopischer Wellenenergiekonverter nutzt ein Gyroskop in seinem Leistungsabnahmesystem (GPTO), um Energie aus der Wellenbewegung zu gewinnen. Das GPTO besteht aus einem Generator und einem Schwungrad, das auf einem kardanisch aufgehängten Rahmen montiert ist. Bemerkenswert ist, dass das GPTO in einem schwimmenden Körper eingeschlossen ist; mit der Wellenbewegung bewegt sich die Struktur mit. Diese Bewegung wird durch das rotierende Schwungrad in elektrische Energie umgewandelt. Da es als Gyroskop funktioniert, kann das Schwungrad so eingestellt werden, dass Energie über einen breiten Frequenzbereich gewonnen wird, im Gegensatz zu anderen Wellenenergiekonvertern, die auf ein schmales Frequenzband beschränkt sind.

Das System nutzt die Kreiselpräzession, die durch die Rotation des Schwungrads und die Nickbewegung des schwimmenden Körpers hervorgerufen wird. Kreiselpräzession tritt auf, wenn ein rotierender Körper auf eine äußere Kraft reagiert. Wenn Wellen die Plattform bewegen, ändert das rotierende Schwungrad seine Ausrichtung, und diese Bewegung, die mit einem Generator verbunden ist, erzeugt Strom. Die Unterbringung in einem Rumpf schützt das Gerät vor Salzwasser und bietet Vorteile bei Wartung und Sicherheit.

Gyroskopische Konverter stellen einen Versuch dar, die Einschränkungen herkömmlicher Wellenenergiekonverter (WECs) zu überwinden, die oft nur unter bestimmten Bedingungen effizient arbeiten. Takahito Iida, ein Forscher an der Universität Osaka, wandte sich aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit den GWECs zu. In seiner Studie veröffentlicht im Journal of Fluid Mechanics²Iida prüfte, ob dieses Design eine großflächige Stromerzeugung ermöglicht.

„Wellenenergieanlagen haben oft Schwierigkeiten, weil sich die Meeresbedingungen ständig ändern“, sagte Iida. „Ein gyroskopisches System kann jedoch so gesteuert werden, dass eine hohe Energieabsorption auch bei variierenden Wellenfrequenzen aufrechterhalten wird.“

Um das Systemverhalten zu verstehen, nutzte er die lineare Wellentheorie, um die Wechselwirkung zwischen Meereswellen, dem Gyroskop und der Struktur zu modellieren. Die Analyse half dem Team, optimale Einstellungen für Drehzahl und Generatorsteuerung zu finden. Bei korrekter Einstellung kann der GWEC bei jeder Wellenfrequenz den theoretisch maximalen Energieabsorptionswirkungsgrad von 50 % erreichen.

„Diese Effizienzgrenze ist eine fundamentale Einschränkung in der Wellenenergietheorie“, bemerkte Iida. „Das Spannende daran ist, dass wir jetzt wissen, dass sie über ein breites Frequenzband erreicht werden kann, nicht nur unter einer einzigen Resonanzbedingung.“

Das Team verifizierte die Ergebnisse durch numerische Simulationen im Zeit- und Frequenzbereich. Diese Ergebnisse bestätigten, dass das Gerät in der Nähe seiner Resonanzfrequenz einen hohen Wirkungsgrad beibehält und seine beste Leistung erbringt, wenn die Bewegung dem natürlichen Wellenmuster entspricht. Diese Präzisierung der Betriebsparameter zeigt das Potenzial für die Entwicklung effizienter Wellenenergiesysteme auf, die zur Erreichung der Klimaziele beitragen.

In erneuerbare Energien investieren

Aus Anlegersicht gibt es nur wenige börsennotierte Unternehmen, die sich ausschließlich der Wellenenergie widmen. Es handelt sich weiterhin um einen aufstrebenden Sektor mit hohen Infrastrukturkosten und begrenzter Projektausweitung. Aktien reiner Wellenenergieunternehmen haben sich im Allgemeinen schwach entwickelt, da die Technologie noch in der frühen Phase des Nachweises ihrer Wirtschaftlichkeit im kommerziellen Maßstab steht.

Stattdessen werden wir uns auf ein Unternehmen mit einem starken Portfolio an erneuerbaren Energien konzentrieren, das im Laufe der Zeit vom Wachstum der Meeresenergie profitieren kann. NextEra Energy, Inc. (NEE ) ist ein führendes US-amerikanisches Unternehmen im Bereich der erneuerbaren Energien mit umfassender Erfahrung in der Offshore-Windenergie und der Netzintegration.

Das Unternehmen operiert über NextEra Energy Resources (NEER) und Florida Power & Light (FPL). FPL ist ein reguliertes Elektrizitätsversorgungsunternehmen mit einer Nettokapazität von 35,052 Megawatt und ist gemessen an der Kundenzahl (12 Millionen) der größte Stromversorger in den USA. Dieses regulierte Geschäft generiert stabile Umsätze und Cashflows und ermöglicht so ein stetiges Dividendenwachstum.

NEER betreibt Kraftwerke und investiert in saubere Energie wie erneuerbare Kraftstoffe, Erdgasleitungen und Batteriespeicher. NextEra Energy Resources ist der weltweit größte Erzeuger erneuerbarer Energien und baut seine Projektpipeline kontinuierlich aus. Das starke Gewinnwachstum und strategische Technologiebeteiligungen stützen das zukünftige Aufwärtspotenzial, obwohl das Unternehmen weiterhin anfällig für Risiken bleibt. Anti-Erneuerbare-Energien-Politiken unter der Trump-Administration.

Die NextEra-Aktie notiert aktuell bei 90.79 US-Dollar, nahe einem neuen Höchststand, mit einem Plus von 13.63 % seit Jahresbeginn und 32 % im vergangenen Jahr. Das Unternehmen weist einen Gewinn je Aktie (TTM) von 3.30 und ein Kurs-Gewinn-Verhältnis (TTM) von 27.63 auf.

NextEra zahlt eine Dividendenrendite von 2.73 %. Kürzlich kündigte das Unternehmen eine Quartalsdividende von 0.6232 US-Dollar je Aktie an, was einem Anstieg von 10 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. NextEra meldete für das vierte Quartal 2025 einen bereinigten Gewinn von 1.133 Milliarden US-Dollar und für das Gesamtjahr einen Gewinn von 7.683 Milliarden US-Dollar. NEER gab bekannt, 7.2 GW neuer Kraftwerkskapazität ans Netz gebracht und den Auftragsbestand um 13.5 GW auf insgesamt 30 GW erweitert zu haben. Dies beinhaltet auch einen Plan zur Wiederinbetriebnahme des Kernkraftwerks Duane Arnold in Zusammenarbeit mit Google.

„Wir sind überzeugt, dass kein anderes Unternehmen besser aufgestellt ist, um die notwendige Energieinfrastruktur aufzubauen und so den rasant steigenden Energiebedarf Amerikas zuverlässig und kostengünstig zu decken“, sagte CEO John Ketchum. Das Unternehmen erwartet bis 2032 ein bereinigtes EPS-Wachstum von über 8 % pro Jahr. Zudem baut es seine Erdgasversorgungslösungen durch strategische Akquisitionen weiter aus.

NextEra rechnet für 2026 mit einem bereinigten Gewinn je Aktie (EPS) zwischen 3.92 und 4.02 US-Dollar, wobei die Dividenden bis 2028 jährlich um 6 % steigen sollen.

Fazit

Angesichts des weltweit steigenden Energiebedarfs, bedingt durch extreme Wetterereignisse und KI-Rechenzentren, wird der Ausbau erneuerbarer Energien immer wichtiger, um Emissionen zu reduzieren. Während Solar- und Windenergie derzeit dominieren, birgt Wellenenergie das Potenzial, den Übergang zu saubererer Energie zu beschleunigen, indem sie eine planbare und hochdichte Ressource bietet.

Die Erforschung von Technologien wie der gyroskopischen Wellenenergie kann dazu beitragen, die technischen Hürden in diesem Sektor zu überwinden. Zusammen mit förderlichen politischen Maßnahmen und strategischen Investitionen können diese Fortschritte erhebliche neue Kapazitäten erschließen.

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Referenzen

1. Clemente, D., et al. Bewertung der Stromerzeugung und des Küstenschutzes eines küstennahen 500-MW-Wellenkraftwerks. Applied Energy 379, 124950 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.1249502
2. Iida, T. Lineare Analyse eines gyroskopischen Wellenenergiekonverters, der die Hälfte der Wellenenergie über ein breites Frequenzband absorbiert. Journal of Fluid Mechanics 1029, A20 (2026). https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11172