Gyroskopische Wellenenergie – Die ungebändigte See anzapfen

Etwa 70 % der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt, was eine enorme Quelle erneuerbarer Energie bietet. Das Potenzial ist massiv – so massiv, dass allein die Wellenenergie, wenn sie vollständig genutzt wird, den aktuellen globalen Strombedarf übersteigen könnte.

Es handelt sich jedoch um eine weitgehend ungenutzte erneuerbare Energiequelle, da die effiziente Nutzung der Energie von Wellen die Ingenieure seit langem frustriert hat.

Um dieses Problem zu lösen, hat eine neue Forschung der Universität Osaka eine innovative Methode entwickelt: einen gyroskopischen Wellenenergiekonverter (GWEC), der einen rotierenden Schwungrad innerhalb einer schwimmenden Struktur verwendet, um Wellenbewegungen in Strom umzuwandeln.

Die Forschungsanalyse zeigt, dass dieses Gerät im Prinzip bis zu 50 % der einströmenden Wellenenergie bei jeder Wellenfrequenz absorbieren kann und somit einen Weg bietet, um auf die enorme, ungenutzte Ozeanenergie zuzugreifen.

Globales Strommix: Erneuerbare Energien im Aufwind, fossile Brennstoffe führen noch

Da der Klimawandel weltweit Chaos verursacht, ist es wichtig, dass wir uns von fossilen Brennstoffen – nicht erneuerbaren Energiequellen, die über Millionen von Jahren entstehen und erhebliche Umweltprobleme verursachen – abwenden.

Eine der effektivsten Möglichkeiten, die Abhängigkeit von diesen fossilen Brennstoffen zu verringern, besteht in der Nutzung erneuerbarer Energiequellen, zu denen Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Geothermie und Biomasse gehören.

Diese natürlichen Quellen vermindern Treibhausgasemissionen, tragen zur Energieversorgung eines Landes bei und verringern die Verwundbarkeit gegenüber geopolitischen Störungen. Dank dieser Vorteile machen erneuerbare Energiequellen inzwischen einen wachsenden Anteil an der globalen Stromerzeugung aus. Im Jahr 2024 deckten sie 32 % der globalen Stromerzeugung ab, was 2 % mehr als im Vorjahr ist, während die gesamte Stromnachfrage um 4 % stieg, getrieben von Rechenzentren.

“Länder denken mehr denn je über ihre Sicherheit und Energieversorgung nach, und ich denke, dass bedeutet, dass heimische erneuerbare Energie wie Wind und Solarenergie immer attraktiver wird.”

– Euan Graham, Energieanalyst von Ember, erzählte Reuters im letzten Jahr

Obwohl die Branche der erneuerbaren Energien im Jahr 2024 zusätzlich 858 TWh an Stromerzeugung in das System einbrachte, werden fossile Brennstoffe, einschließlich Kohle, Öl und Erdgas, immer noch die Mehrheit der globalen Energiebedürfnisse decken. Kohle ist derzeit die größte Quelle für Stromerzeugung und deckt 34 % der globalen Stromproduktion ab, während Gaskraftwerke 22 % abdecken.

Laut den Prognosen der Internationalen Energieagentur (IEA) wird die Kapazität für erneuerbare Energien zwischen 2025 und 2030 um fast 4.600 GW steigen.

Unter allen erneuerbaren Quellen wächst Solarenergie am schnellsten, da die Kosten sinken und die Nutzung weltweit zunimmt. Die Windkraftkapazität wächst ebenfalls schnell, während Wasserkraft der größte und langfristige erneuerbare Beitraggeber bleibt. Bioenergie hat begonnen, an Fahrt zu gewinnen, und Geothermie gewinnt Unternehmenspartnerschaften. Die Zukunft der Energie scheint immer grüner zu werden.

Die ungenutzten Möglichkeiten des Ozeans nutzen

Im Bereich der erneuerbaren Energien bietet die Meeresenergie ein enormes globales Ressourcenpotenzial. Sie umfasst die Nutzung von Energie aus Meeresquellen, einschließlich Wellen, Gezeiten, Ozean-Thermalkonvertierung (OTEC) und Meeresströmungen. Gezeitenenergie nutzt vorhersehbare Gezeitenströmungen, OTEC nutzt Temperaturgradienten in tiefem Ozeanwasser und Meeresströmungen erfassen Energie aus großen Meeresströmungen.

Die am häufigsten erforschte Form der Meeresenergie ist die Wellenenergie, die kinetische Energie von Wellen in Strom umwandelt. Wellen sind reichlich vorhanden, leistungsstark und kontinuierlich. Sie sind auch weniger intermittierend als Wind oder Sonne. Diese hohe Vorhersehbarkeit bedeutet, dass Oberflächenwellenbewegung 24/7 genutzt werden kann, was sie für die Verbesserung der Netzplanung und -stabilität sehr nützlich macht.

Diese emissionsfreie Energiequelle hat nur eine begrenzte kommerzielle Nutzung erfahren, weit unter der von etablierten erneuerbaren Energien wie Solarenergie. Sie stellt derzeit den kleinsten Anteil am Markt für erneuerbare Energien dar. Im Jahr 2024 kamen 1,6 Megawatt (MW) Meeresenergiekapazität hinzu, was die gesamte betriebene Kapazität auf etwa 513 MW brachte.

Diese langsame Adoption ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, einschließlich hoher Kapitalkosten, standortspezifischer Einschränkungen und technologischer Hürden wie der Netzintegration. Arbeitskräftekompetenzen und regulatorische Unsicherheit behindern den Fortschritt in der Branche. Darüber hinaus bleibt die Wartung von Geräten in rauen Meeresbedingungen eine große Herausforderung neben der Energieumwandlungseffizienz.

Infolgedessen arbeiten Forscher in Wissenschaft und Industrie weiter daran, diese Systeme zu verbessern und sie widerstandsfähiger und besser geeignet für die Bewältigung von Wellenunregelmäßigkeiten zu machen. Ein solches System, das Interesse auf sich gezogen hat, ist der Wellenenergiekonverter (WEC), ein Gerät, das kinetische Wellenenergie in Strom umwandelt.

Mehrere Innovatoren arbeiten an der Weiterentwicklung dieser Technologie. Zum Beispiel hat das schwedische Unternehmen CorPower Ocean mit der norwegischen Firma OPS Solutions im Rahmen des COMPACT-Projekts zusammengearbeitet, um die Kosten und das Gewicht von WECs durch die Entwicklung eines Prototyps eines Vorspannzylinders (PTC) zu senken. Das von der EEA-Beihilfe “Blue Growth Programme” unterstützte Projekt entwickelt einen leichten Druckbehälter, um die Kapitalkosten und die Gerätefestigkeit zu adressieren.

Gleichzeitig haben Entwickler messbare Leistungssteigerungen erzielt. Das norwegische Unternehmen Havkraft berichtete über eine Energieumwandlungsrate von über 80 % in seinem letzten Labortest eines skalierten WEC-Modells, was einer Steigerung von 15 % gegenüber früheren Tests entspricht. Dieser Schritt ermöglicht es ihnen, Risiken zu identifizieren, die Qualität sicherzustellen und die Leistung zu verstehen, was ihnen helfen wird, sich auf die Kommerzialisierung zuzubewegen.

“Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Forschung Früchte trägt und wir einen Schritt näher an eine kommerzielle Lösung sind.”

– Operationsmanager Nikolai Haldane

Währenddessen hat das schottische Unternehmen AWS Ocean Energy seine “Archimedes Waveswing” vorangetrieben, einen druckaktivierten Unterwasser-Schwimmer, der Wellenbewegungen unter der Oberfläche in Strom umwandelt. Das Gerät erreichte eine durchschnittliche Leistung von über 10 kW und erreichte während mäßiger Wellenbedingungen Spitzenwerte von über 80 kW, was 20 % höher war als die Erwartungen des Unternehmens.

Die sieben Meter hohe Unterwassereinheit ist dafür ausgelegt, rauen Offshore-Umweltbedingungen, einschließlich Sturmfluten der Stärke 10, standzuhalten. Sein Single-Absorber-Design macht es auch für Remote-Stromanwendungen geeignet, bei denen Widerstandsfähigkeit unerlässlich ist.

Jenseits der technologischen Leistung gewinnt die breitere Systemintegration an Aufmerksamkeit. Jüngste Machbarkeitsforschung legt nahe¹, dass die Installation von WECs nicht auf Kosten von Küstenaktivitäten wie Tourismus oder Fischerei erfolgen muss. Tatsächlich können sorgfältig gestaltete Anlagen Küstenschutz bieten.

“Es ist möglich, die Küste vor den Auswirkungen der maritimen Umwelt zu schützen und gleichzeitig sauberen Strom zu erzeugen, um so den Übergang Portugals zu einer selbstversorgenden Energieversorgung zu unterstützen.”

– Paulo Rosa Santos, Co-Leiter bei CIIMAR

Diese Fortschritte spiegeln einen Sektor wider, der von experimentellen Prototypen zu praktischen Lösungen übergeht.

Maximale Energieabsorption mit Gyroskopen freischalten

Wellenenergiegeräte (WECs) zielen darauf ab, kontinuierliche Wellenbewegungen effizient in nutzbaren Strom umzuwandeln. Getrieben von nationalen Innovationsinitiativen, technologischen Fortschritten und der Integration in lokale Infrastrukturen wird der globale Markt für Wellenenergiekonverter voraussichtlich von 21,6 Millionen US-Dollar im Jahr 2025 auf 38,2 Millionen US-Dollar im Jahr 2034 ansteigen, bei einem jährlichen Wachstum von 6,5 %.

WECs sind noch nicht vollständig kommerziell, da sie vor technischen, wirtschaftlichen und regulatorischen Herausforderungen stehen, sodass es noch keine einzige optimale Lösung gibt. Viele verschiedene Arten wurden vorgeschlagen, einschließlich Punktabsorber, oszillierende Wassersäulen (OWC), Überlaufgeräte, Dämpfer und gyroskopische Systeme.

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Ein gyroskopischer Wellenenergiekonverter nutzt ein Gyroskop in seinem Power-Take-Off-System (GPTO), um Energie aus Wellenbewegungen zu extrahieren. Das GPTO besteht aus einem elektrischen Generator und einem Schwungrad, das auf einem Gimbalrahmen montiert ist. Beachtenswert ist, dass das GPTO innerhalb eines schwimmenden Körpers untergebracht ist; wenn die Wellen sich bewegen, bewegt sich die Struktur mit ihnen. Diese Bewegung wird durch das rotierende Schwungrad in elektrische Energie umgewandelt. Da es als Gyroskop funktioniert, kann das Verhalten des Schwungrads so eingestellt werden, dass es Energie über einen weiten Frequenzbereich hinweg nutzt, im Gegensatz zu anderen WECs, die auf einen schmalen Frequenzbereich beschränkt sind.

Das System nutzt die gyroskopische Präzession, die durch die Rotation des Schwungrads und die Nickbewegung des schwimmenden Körpers induziert wird. Gyroskopische Präzession tritt auf, wenn ein rotierendes Objekt 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. Da es in einem Rumpf untergebracht ist, schützt es das Gerät vor Salzwasser und bietet Wartungs- und Sicherheitsvorteile.

Gyroskopische Konverter stellen Bemühungen dar, die Einschränkungen herkömmlicher WECs zu überwinden, die oft nur unter bestimmten Bedingungen effizient sind. Takahito Iida, ein Forscher an der Universität Osaka, wandte sich den GWECs wegen ihrer Anpassungsfähigkeit zu. In seiner Studie, die im Journal of Fluid Mechanics² veröffentlicht wurde, bewertete Iida, ob dieses Design eine groß angelegte Stromerzeugung unterstützen kann.

„Wellenenergiegeräte kämpfen oft, weil die Meeresbedingungen ständig wechseln“, sagte Iida. „Ein gyroskopisches System kann jedoch so gesteuert werden, dass es eine hohe Energieabsorption beibehält, auch wenn die Wellenfrequenzen variieren.“

Um zu verstehen, wie das System funktioniert, nutzte er die lineare Wellentheorie, um die Wechselwirkung zwischen Ozeanwellen, dem Gyroskop und der Struktur zu modellieren. Die Analyse half dem Team, ideale Einstellungen für die Drehzahl und die Generatorsteuerung zu entdecken. Wenn das GWEC richtig abgestimmt wird, kann es die theoretische maximale Energieabsorptions-effizienz von einem halben bei jeder Wellenfrequenz erreichen.

„Diese Effizienzgrenze ist eine grundlegende Einschränkung in der Wellenenergietheorie“, stellte Iida fest. „Was aufregend ist, ist, dass wir jetzt wissen, dass sie über breite Frequenzen hinweg erreicht werden kann, nicht nur bei einer einzigen Resonanzbedingung.“

Das Team überprüfte die Ergebnisse durch numerische Simulationen in Zeit- und Frequenzbereichen. Diese Ergebnisse bestätigten, dass das Gerät eine hohe Effizienz in der Nähe seiner Resonanzfrequenz aufrechterhält und am besten funktioniert, wenn die Bewegung dem natürlichen Wellenmuster entspricht. Diese Klarstellung der Betriebsparameter zeigt die Fähigkeit, effiziente Wellenenergiesysteme zu entwickeln, die dazu beitragen, die Klimaziele zu erreichen.

Investitionen in erneuerbare Energien

Aus investiver Sicht gibt es nur wenige börsennotierte Unternehmen, die sich ausschließlich auf Wellenenergie konzentrieren. Es bleibt ein aufstrebender Sektor mit hohen Infrastrukturkosten und begrenzten Projekteinsätzen. Aktien von reinen Wellenenergie-Unternehmen haben sich allgemein schlecht entwickelt, da die Technologie noch in den Anfängen der Beweisführung für kommerzielle Skaleneffizienz steht.

Stattdessen werden wir uns auf ein Unternehmen mit einem starken Portfolio an erneuerbaren Energien konzentrieren, das von dem Wachstum der Meeresenergie über Zeit profitieren kann. NextEra Energy, Inc. (NEE ) ist ein führendes US-Unternehmen im Bereich erneuerbare Energien mit umfangreicher Erfahrung im Bereich Offshore-Wind und Netzintegration.

Das Unternehmen operiert über NextEra Energy Resources (NEER) und Florida Power & Light (FPL). FPL ist ein regulierter Stromversorger mit 35.052 Megawatt Nennleistung, was es zum größten Stromversorger in den USA nach Kundenanzahl (12 Millionen) macht. Dieses regulierte Geschäft generiert stabile Einnahmen und Cash-Flow, die das Wachstum der Dividende unterstützen.

NEER betreibt Stromerzeugungsanlagen und investiert in saubere Energie wie erneuerbare Kraftstoffe, Erdgaspipelines und Batteriespeicher. NextEra Energy Resources ist der weltweit größte Erzeuger von erneuerbarer Energie und erweitert weiterhin sein Projektportfolio. Sein starkes Gewinnwachstum und strategische Technologie-Deals unterstützen zukünftiges Wachstum, obwohl es anfällig für anti-erneuerbare-Energie-Maßnahmen unter der Trump-Regierung bleibt.

Derzeit wird die Aktie von NextEra bei 90,79 $ gehandelt, nahe neuen Höchstständen, mit einem Anstieg von 13,63 % seit Jahresbeginn und 32 % im vergangenen Jahr. Das Unternehmen hat einen Gewinn pro Aktie (TTM) von 3,30 $ und ein Kurs-Gewinn-Verhältnis (TTM) von 27,63.

NextEra zahlt eine Dividendenrendite von 2,73 %. Vor kurzem erklärte das Unternehmen eine Quartalsdividende von 0,6232 $ pro Aktie, was einem Anstieg von 10 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. NextEra verzeichnete 1,133 Milliarden $ an bereinigtem Gewinn für das 4. Quartal 2025 und 7,683 Milliarden $ für das gesamte Jahr. NEER meldete, 7,2 Gigawatt an neuer Erzeugungskapazität in Betrieb genommen und 13,5 Gigawatt an sein Backlog hinzugefügt zu haben, was das Gesamtbacklog auf 30 Gigawatt bringt. Dazu gehört ein Plan, das Kernkraftwerk Duane Arnold mit Google wieder in Betrieb zu nehmen.

„Wir glauben, dass es kein Unternehmen gibt, das besser positioniert ist, um die notwendige Energieinfrastruktur zu bauen, um die steigende Nachfrage nach Energie in den USA zu decken“, sagte CEO John Ketchum. Das Unternehmen erwartet, dass der bereinigte Gewinn pro Aktie im Jahr 2026 zwischen 3,92 $ und 4,02 $ liegen wird, mit einer Dividendensteigerung von 6 % pro Jahr bis 2028.

Schlussfolgerung

Da die globale Energie-Nachfrage steigt, getrieben von extremen Wetterbedingungen und Rechenzentren, wird das Wachstum der erneuerbaren Energien immer wichtiger, um Emissionen zu mindern. Obwohl Solarenergie und Windenergie die Adoption dominieren, hat die Wellenenergie das Potenzial, den Übergang zu sauberer Energie zu beschleunigen, indem sie eine vorhersehbare, hochdichte Ressource bietet.

Forschung an Technologien wie gyroskopischer Wellenenergie kann dazu beitragen, die technischen Barrieren zu überwinden, die diesen Sektor behindern. Zusammen mit unterstützenden Richtlinien und strategischen Investitionen können diese Fortschritte dazu beitragen, erhebliche neue Kapazitäten freizuschalten.

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Quellen

1. Clemente, D., et al. Assessment of electricity production and coastal protection of a nearshore 500 MW wave farm. Applied Energy 379, 124950 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.1249502
2. Iida, T. Linear analysis of a gyroscopic wave energy converter absorbing half of the wave energy over broadband frequencies. Journal of Fluid Mechanics 1029, A20 (2026). https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11172