Wie die Energie des fließenden Wassers des Binnenlandes kann man auch die des bewegten Meerwassers zur Stromerzeugung nutzen. Hier wirkt nämlich die potentielle Energie des Meerwassers in Verbindung mit den Gezeiten, die durch die Konstellation vom Mond (+ von der Sonne) zur Erde und durch deren Bewegung ausgelöst wird. Grundsäztlich gilt: Wenn man eine künstliche Barrierre in schmale Meeresarme/Buchten baut, kann man den Wechsel von Hoch- und Niedrigwasser (Ebbe und Flut) zur Elektrizitätserzeugung nutzen, weil es durch seine potentielle Energie (ein Körper hat diese Energie, wenn er nicht auf dem Boden liegt, sondern zum Beispiel einen Meter darüber festgehalten und dann losgelassen wird) in Bewegung gerät. Die Differenz zwischen dem Wasserstand Ebbe und bei Flut bezeichnet man als Tidenhub oder Gezeitenhub. Die Größe des Tidenhubs ist stark abhängig von den Küstenformen.

Sehen Sie sich zu diesem Sachverhalt folgende Seite an: Ebbe und Flut - Die Gezeiten!

Den höchsten Tidenhub der Erde hat man in der Bay of Fundy gemessen, einer großen trichterförmigen Meeresbucht im Nordatlantik, die zwischen den kanadischen Provinzen New Brunswick und Nova Scotia liegt. Die Bay of Fundy teilt sich in zwei Arme, der Chignecto Bay im Norden und dem Minas Basin im Süden. In der tiefen Bucht können die Flutwellen, die hier im Abstand weniger Stunden auftreten, im Inneren sehr hoch auflaufen, so dass der Wasseranstieg bis zu 21 m betragen kann.

Der Energiebetrag der Gezeiten auf der Erde ist unvorstellbar groß und wird zur Zeit erst zu einem minimalen Teil durch entsprechende Energiewandler in elektrische Energie transformiert; so schätzt man die globale jährliche Gezeitenenergie auf ca. 22000 TWh (22 000 000 GWh).
Beispielhaft für die Energiegewinnung aus der beschriebenen Meeresbewegung ist das Gezeitenkraftwerk der Rance-Mündung in Nordwestfrankreich nahe den bekannten Städten St. Malo und St. Michelle: La Rance. Es sollen 5-10 Gezeitenkraftwerke in der Welt existieren; eines davon in der Bay of Fundy in Kanada (siehe oben).

Vorgang zum Erzeugen von Strom im Gezeitenkraftwerk
Animation zur Funktionsweise hier.
In La Rance wird der enorme Tidenhub von 12 bis 18m durch die Abtrennung eines Staubeckens vom Ozean mittels eines Wehrs genutzt.
1. Bei hohem Meeresspiegel werden die Schleusen geöffnet.
2. Das Wasser fließt in das Staubecken und treibt dabei die Turbinen an (Stromerzeugung)
3. Der innere und äußere Wasserspiegel erreicht nach einigen Stunden die selbe Höhe.
4. Die Schleusen werden jetzt geschlossen.
5. An der Küste sinkt der Meeresspiegel bei Eintritt der Ebbe.
6. Nach einigen Stunden wird der Tiefstand des Meeresspiegels erreicht.
7. Die Schleusen werden wieder geöffnet, das Wasser fließt durch die Turbinen zurück ins Meer, wobei erneut Srom erzeugt wird.
8. Der Wasserspiegel in der Bucht sinkt langsam auf das Niveau des Meeres ab.
9. Innerhalb von ca. 6 Stunden steigt das Wasser an der Küste wieder an (Flut) und der Kreislauf beginnt von vorne
Dieser Zyklus ist ein gut berechenbarer Vorgang, da er regelmäßig und vom Menschen unbeeinflusst stattfinden kann.
Das La Rance Kraftwerk wird auch als Pumpspeicherwerk verwendet: überschüssige, von anderen Kraftwerken produzierte Elektrizität wird dazu verwendet, um die Turbinen in umgekehrter Richtung drehen zu lassen, so dass sie wie Pumpen funktionieren. Das gespeicherte Wasser kann dann Energie bei Spitzenbedarfszeiten (Mittags, wenn zum Kochen mehr Energie, als zu anderen Zeiten benötigt wird, zum Beispiel) wieder abgebeben werden.
(Animation zur Funktionsweise des Pumpspeicherkraftwerks hier)

Die Errichtung des La Rance-Kraftwerkes, das Bauwerk
Für Karte hier klicken!
Die Bauarbeiten für das erste Gezeitenkraftwerk der Welt begannen im Jahr 1961 in einer Meeresbucht Nordwestfrankreichs am Golf von Saint-Malo. An einer Stelle, an der das Flussbett 750 m breit ist, wurden zwei bogenförmige Fangdämme in der Flussmündung errichtet. Stahlbetonzylinder mit einer Höhe von 20 bis 25 m und einem Durchmesser von 9m wurden dafür so in den Flussboden gesetzt, dass sie den mittleren Wasserstand um 14m überragten. Diese Hohlkörper füllte man mit tausenden Tonnen von Sand. Nach der Abdichtung der beiden Dämme besaß man ein ellipsenförmiges Becken als Baugrube, das man leerpumpen konnte. Hier hat man dann das Kraftwerk das in der beeindruckenden Staumauer Platz findet, errichtet. Es nimmt 24 Turbinenaggregate auf. Das entstandene Staubecken hat eine Oberfläche von 22 km² und einen Nutzinhalt von 184 Mio m³.
Zwischen zwei Gezeiten werden bei großem Tidenhub 720 Mio m³ Wasser bewegt, was einem mittleren Durchfluss von 15 000 m³/ sec entspricht; dabei wird der Betrag des Flusses La Rance vernachlässigt.
Der Wasserfluss wird von 6 regulierbaren Schleusen (15 x 10 m) kontrolliert.
Dieses riesige Bauwerk beinhaltet 350 000 m³ Beton mit 16 000 t Stahl . Von dem Bauwerk sind 90 000 m² Oberfläche dem Meerwasser ausgesetzt. Die Schleuse für die Schiffahrt hat eine Größe von 65 x 13 m. Die betonierte Staumauer hat die Ausmaße von 390 x 53 m; ihre Mauerkrone ist als Straße ausgebildet, welche die Orte Dinard und St. Malo verbindet. In der Staumauer befindet sich das 332,5 m lange Maschinenhaus. Der aufgeschüttete Damm ist 175m, das Stauwehr 115 m lang.
Der Bau kostete insgesamt ca. 12 mrd. DM und alle drei Jahre werden etwa 12 mio. DM in die Wartung der Anlage investiert. Der Bereitschaftsgrad beträgt über 90 % und entspricht demjenigen einer klassischen thermischen Anlagen.

Probleme und deren Lösung
Natürlich musste man als erstes die Gesetze der Gezeiten kennen, um die mögliche Energieausbeute errechnen zu können. Auch musste man feststellen, ob, und wenn ja, welche Einflüsse dieses Bauwerke auf die Gezeitenamplituden hat, also wie hoch die Flut tatsächlich steigt, wenn ein Staudamm die natürliche Form der Küste verändert.
Dass auch noch Probleme, wie die Höhe der Strompreise für Spitzenenergie und für Überschußenergie, die Beschränkungen des Energiebezugs beim Pumpen, die Wasserstandsgarantien für Schiffahrt, der Stillstand einzelner Maschinen usw. in die Berechnung einbezogen wurden, macht für den Außenstehenden die wahren Dimensionen der vorrausplanenden Arbeiten und die Komplexität eines solchen Vorhabens ersichtlich.
All diese Bedingungen sind aber im Kraftwerkbetrieb an der Rance erfolgreich eingehalten worden..
Technische Probleme gab es vor allem bei den Abdichtungen (Simmerringe) der Wellen und dem Abnutzen der Schaufeln durch das Salzwasser. Die Dichtringe allein knnten das Eindringen des Wassers nicht verhindern, deshalb erzeugte man in den Lagern noch ein Öldruck gegen das Wasser. Außerdem gab es noch Verformungen, welche in dieser Größenordnung zuerst unbekannt waren und durch Änderungen der Lagerbedingungen unschädlich gemacht werden mussten. Des weiteren mussten neuartige Kohlebürsten entwickelt werden, weil die ursprünglichen zu schnell abschliffen.
Die größte Schwierigkeit ist jedoch der Schutz vor Korrosionen. Die empfindlichen elektrischen Apparate wurden in geschlossenen Schränken isoliert und Oberflächen aus normalem Baustahl, ob sie mit Wasser in Berührung oder nicht, wurden durch Anstriche geschützt. Zum anderen prüfte man eingehend die Materialien, woraus resultierte, dass für besonders kritische Maschinenteile Stähle mit hohem Chromgehalt oder Kupferlegierungen gewählt wurden. Diese nichtrostenden Stähle bilden an der Oberfläche eine Oxydschicht, die weitere Korrosionsangriffe verhindert. Ebenso erwiesen sich Kunststoffe als wertvolle und korrosionsbeständige Materialien. Um die Bildung galvanischer Ströme zu vermeiden, wurde der direkte Kontakt zwischen Bauteilen aus verschiedenartigen Metallen, wie hoch- und niedriglegierten Stählen oder Stahl und Kupferlegierungen, möglichst vermieden. Einen weitereren Schutz bot der kathodische Korrosionsschutz. Hier wird durch Abgabe von Elektronen aus einem äußerem Stromkreis (200.000-300.000W) an die Metalloberfläche das Loslösen von Metallionen verhindert und so die Korrosion gesteuert bzw. aufgehalten.

Elektromechanische Ausstattung
Das Kraftwerk enthält 24 Rohr-Pumpenturbinen zu je 10 MW nominaler Leistung; je 4 Gruppen sind zu einer Einheit zusammengefasst. Die luftgekühlten Synchron-Generatoren geben eine Ausgangsspannung von 3,5 kV ab; sie sind direkt an die Pumpenturbinen gekuppelt und befinden sich in einer wasserdichten Kapsel. Immer 2 Einheiten geben ihren Strom an eine der beiden Primärspulen der drei Blocktransformatoren ab, welche eine Ausgangsspannung von 225 kV abgeben und eine Leistung von 80 MVA bringen. (Das entspricht einer Leistung von 80 Windrädern der neuesten Bauart zu je 1 MVA .)
Das Kraftwerk besitzt für den Fall eines Stromausfalls zur Energieversorgung zwei Dieselmotoren mit 600kVA. Normalerweise wird das Kraftwerk aber über das Kabel Dinard- St.Malo mit Strom versorgt. Die Turbinen arbeiten bei der Füllung des Speicherbeckens bei Flut wie auch bei der Entleerung bei Ebbe, sowie beim Einsatz als Pumpwerk. Die Aggregate erzeugen jährlich rund 540 Mio kWh. Kabel bringen die gewonnene elektrische Energie zu drei Aussenstationen. Diese übernehmen die Teilversorgung der Gebiete von Basse-Normandie, Basse-Seine und Paris, Rennes, die Region Nantes und Brest.
Die Pumpenturbinen
Bei den Turbinen handelt es sich um Rohr-Pumpenturbinen mit horizontaler Welle. Ihre Achse liegt 5,75m unter dem Wasserspiegel des Staubeckens.Das Turbinenrad ist vom Typ Kaplan und weist einen Aussendurchmesser von 5,35 m auf. Die Laufradschaufeln sind von -5° bis +35° verstellbar und müssen extremen Bedingungen genügen. (Die Drehzahl bertägt 93,75 1/ min, die Durchbrenndrehzahl 260 min /1.) Die Maschinen können in 6 verschiedenen Betriebsarten arbeiten. Sie können in Turbinen-, Pumpen- und Schiebebetrieb arbeiten, wobei hier zu beachten ist, daß die drei Betriebsarten in beiden Fließrichtungen arbeiten können, und so zu sechs Betriebsarten werden. Durch diese vielen Kompromisse sind die Wirkungsgrade, verglichen mit reinen Pumpen oder Turbinen, nicht sehr hoch.