Gigantiske stålklaffer vugger i takt med bølgene noen få hundre meter ute i havet. Det har de gjort siden det finske firmaet AW-Energy i 2019 senket dem mellom ti og tjue meter ned på havbunnen utenfor den portugisiske kystbyen Peniche.
Testanlegget heter WaveRoller og produserer 1 MW elektrisitet til kystbyen via et hydraulisk system som omsetter energien i bølgene til strøm. Det svarer til å levere strøm til omtrent 500 boliger i et år. Flere WaveRollere skal snart testes i Mexico og Sørøst-Asia – og det finske firmaet som står bak, er slett ikke alene om å kaste seg over bølgenes grønne energipotensial i disse dager.
Uendelig uberørt energikilde ligger under havet
Det er mest energi i bølgene ute på åpent hav, men en stor del av kraften kan utnyttes nær land, der elektrisiteten er lettere å transportere via kabler. Havbølgene beveger seg både på langs og på tvers, noe som presser vannmolekylene rundt i sirkler med klokken. Jo nærmere land, jo mer blir sirkelbevegelsene presset sammen.
Langt ute til havs er bølgene fulle av energi – 60 kW pr. meter. Under vannn og tettere på land falder tettheten med cirka 30 prosent, men til gjengjeld vil et bølgeanlegg bygget her være tryggere for uvær.
En bølge skubber vannmolekylene i sirkelbevegelser som forplanter seg nedover. Nær kysten presser havbunnen sirklene sammen og øker molekylenes vannrette bevegelser, som er mest energirike på 8-20 meters dybde.
Bølgene blir høstet av kystnære undervannsanlegg, som er lett tilgjengelige og samtidig beskyttet mot stormvær. Samlet sett er energien fra bølgene ved kysten ca. 13 prosent lavere enn ute på havet.
Et nytt kull bølgekraftteknologier forsøker alle å knekke koden for å tappe bølgenes enorme energiressurser ved å holde seg på havbunnen – i sikkerhet for de ubarmhjertige herjingene nær overflaten. Nå venter spranget fra testanlegg til en markant bidragsyter til energiproduksjonen – et sprang som ingen havenergikonsepter enda har tatt.
Lykkes det, kan verdens første store bølgefarmer sikre miljøvennlig energi til isolerte øyer og rent drikkevann i golde områder.
Verdenshavene bugner av energi
Alle som har stått ved kysten i uvær, vet hvilke krefter som bor i havet. Bølgene har potensiale til å levere 500 gigawatt (GW) – noe som er på høyde med den nåværende kapasiteten til alle verdens vindmøller og solceller, henholdsvis 564 og 486 GW.
Men foreløpig er bølgekraft stort sett uutnyttet. I hele Europa utnytter bølgeanlegg bare en del av energipotensialet – 1,5 megawatt.
VIDEO: Se WaveRoller bli sjøsatt utenfor Portugal
Bølgeenergianlegget WaveRoller ble i november 2019 senket ned på bunnen utenfor kysten av Portugal. Bølgene får platen til å vippe fra side til side, før energien fra bevegelsene blir ført til en stempelpumpe.
Bølgene er tettpakkede med energi sammenlignet med sol og vind. Energien i bølgene i kystnære områder er 20–50 kW per meter bølge i gjennomsnitt per år ved de store havene.
For eksempel kan et bølgekraftanlegg på 15 meter levere 100 kW hele året, noe som svarer til det 25 husstander i gjennomsnitt bruker i strøm. Samtidig er bølger mer pålitelige, siden de kan generere strøm 90 prosent av tiden, mens vind og sol bare er 20–30 prosent effektive.
En armada av ulike bølgeenergikonsepter har de siste to tiårene vist lovende takter i å omsette de energirike bølgene til strøm i stikkontakten. Anleggene kan tappe opptil 50 prosent av energien. Det er fem ganger så effektivt som for eksempel solpaneler, som anses som økonomisk lønnsomme hvis de kan gjøre om ti prosent av energien fra solen til elektrisitet. Men tross de gode resultatene har bølgefarmer i stor skala så langt møtt motbør.
Nå for tiden blåser vindene imidlertid bølgekraftanleggenes vei. Utviklingen viser en stabil vekst over det siste tiåret, ettersom både USA og Asia begynner å investere i bølgeenergi. Den siste oversikten fra EU viser at kapasiteten til å generere energi fra bølger vokste med 25 prosent i 2019 i forhold til året før.
Det internasjonale energibyrået mener at bølgeenergi kan dekke ti prosent av jordens samlede energiforbruk i 2050. Forskningen skyter derfor fart, og en rekke prosjekter synker ned på havets bunn for å ta hånd om en av bølgekraftens helt store utfordringer: storm.
Fire bølgeanlegg sikrer framtidens energi
Fluesmekkere vugger på havbunnen
Det danske firmaet Exowave har utviklet et bølgeenergianlegg som står på bunnen og utnytter den turbulensen bølgene skaper. På havbunnen har bølgene mindre energi, men til gjengjeld overlever anlegget i lengre tid. Exowave regner med at de første demonstrasjonsanleggene kan bli installert i 2021.
Robotmanet bølger med havet
Siden 2015 har tre undervannsbøyer som kalles CETO, fra Carnegie Clean Energy, forsynt en flåtebase i det vestlige Australia med elektrisitet og rent vann. Bøyene følger bølgenes bevegelser opp og ned og driver en pumpe som setter sjøvann under trykk. Sjette generasjon av systemet er under utvikling.
Nedsenket gummimembran danner lufttrykk
Det australske firmaet Bombora har utviklet et nedsenket bølgeanlegg. Når bølgene ruller forbi, danner en tykk gummimembran et lufttrykk som driver en turbin. Teknologien skal i 2021 testes i et 15 meter langt demonstrasjonsanlegg i Wales og senere utenfor Lanzarote.
Klaff pumper strøm ut av bølger
I 2019 senket det finske firmaet AW Energy sin Waveroller-teknologi ned på havbunnen utenfor Portugal. De store stålklaffene henter energi fra havkreftene og leverer 1 MW strøm til kystbyen Peniche. Flere Waveroller-anlegg er på vei i både Portugal, Mexico og Sørøst-Asia.
Horisontal rulling driver bølgeanlegg
De enorme naturkreftene på åpent hav kan både ødelegge havkraftanleggene og medføre perioder der de må stenges av sikkerhetshensyn. Blant annet derfor har tidligere lovende prosjekter blitt skrinlagt før de kunne levere så mye som en kilowattime.
I motsetning til vindmøller og solceller består bølgekraft av en masse ulik teknologi som for eksempel bøyer, slanger og flyteputer montert på land – alle med hver sine fordeler og ulemper – men kanskje kommer den optimale løsningen fra såkalte oscillating wave surge converters eller OWSC-er.
Tidligere anlegg utnytter typisk de loddrette bevegelsene i bølgene. En OWSC tapper derimot den energien som oppstår når bølger vugger fram og tilbake. Her blir vannmolekylenes sirkulære bevegelser presset sammen til ellipser i møtet med den stigende havbunnen.
Bølgene skyver en eller flere klaffer som presser sammen en sylinderpumpe som i sin tur skaper et trykk i enten olje eller sjøvann. Trykket kan drive en generator på havbunnen eller på en plattform, eller det kan overføres til land.
Anleggene blir forankret rett på havbunnen i kystnære områder 10–40 meter under vann, der de ikke forstyrrer utsikt og dyreliv. To eksempler på OWSC-er er WaveRoller i havet utenfor Peniche og danske Exowave, som står på bunnen av Nordsjøen. Exowave består av en rekke gule fluesmekkerlignende vifter som vipper fra side til side og utnytter de enorme kreftene som også raser dypt nede under den brusende havoverflaten.
Exowaves fluesmekkervifter driver pendel
Bølgeklaffer står loddrett i vannet og blir påvirket av de sirkulære bevegelsene som som bølgene skaper i vannet.
Klaffen er montert på en svingemekanisme som sørger for at flatsiden vender mot bølgene.
Når klaffen beveger seg, driver den en aksel som er forbundet med en sylinder i en stempelpumpe.
Mekanisk pumpe har lang levetid
Anleggene på havbunnen har den ulempen at de er vanskeligere tilgjengelige enn visse andre typer bølgeenergianlegg. Samtidig må de ha en levetid på tjue år for å være økonomisk lønnsomme.
Utfordringene imøtekommer firmaet Exowave ved å holde konseptet enkelt. Anlegget er utelukkende mekanisk og fungerer ved at enkle enveisventiler slipper sjøvann inn og av et pumpehus som bølgeklaffen setter under trykk. Samtidig beveger viften seg slik at anlegget effektivt utnytter energien uansett hvor bølgene kommer fra.
Exowave skal operere i 10–40 meters dybde, der den gjennomsnittlige energigjennomstrømningen er på omkring 17 kW per meter bølge. I havet under vindmøllene kan bølgeanleggene supplere strømproduksjonen med 20 MW og samtidig bruke de samme kablene som vindmøllene til å sende strømmen i land.
Vifter tapper elektrisitet og vann fra bølger
Det danske bølgekraftanlegget Exowave vil med enkel, langtidsholdbar mekanikk gjøre de enorme kreftene i havene om til strøm. Men de gule bølgeklaffene i anlegget skal også levere rent drikkevann i kystnære områder.
1. Flytende vifteblader følger alltid bølgene
Nær havbunnen beveger vannmolekylene seg i ellipser som skyver Exowaves store stålklaffer fram og tilbake. Ledd sikrer at klaffene alltid orienterer seg etter bølgeretningen.
2. Pumpe setter høytrykk på vannet
Viften driver en pumpe som tar inn vannet gjennom en enkel enveisventil i bunnen. Pumpen setter vannet under et trykk på 35–75 bar, altså rundt 35–75 atmosfærers trykk. Vanntrykk på 20–40 bar driver typisk en turbin og en generator.
3. Ventiler leder vannet mot land
Evnen til å gjøre om bølgeenergi til hydraulisk energi stiger med trykket. Pumpehuset har derfor ventiler som sikrer et konstant minimumstrykk og samtidig at trykket ikke blir for høyt. Andre ventiler fører vannet til en turbin på havet eller i land, der det produserer strøm.
4. Vanntrykk gir rent drikkevann
På land kan trykket også presse saltvannet gjennom et finmasket filter som fjerner de større saltmolekylene – en prosess som kalles omvendt osmose. Det minste Exowave-anlegget, WEC10, kan levere om lag 2000 liter drikkevann i timen.
Bølgefarmer kan bli usynlige
Underveis i utviklingen kan bølgekraftanlegg bli brukt på en lang rekke andre områder, for eksempel til såkalt off grid-elektrisitet til private og som strømforsyning til mindre øyer som normalt er avhengige av importert kull og olje.
Dessuten kan anleggene forsyne tørste områder på kloden med rent drikkevann. Exowave fungerer for eksempel ved hjelp av trykk og kan derfor omstilles til å avsalte sjøvann til drikkevann via filtreringsteknologien omvendt osmose. Her presses vannet gjennom et filter som bare tillater vannmolekyler å passere, mens de større saltmolekylene filtreres vekk.
Dermed kan bølgeanleggene ikke bare sikre en evig strøm av grønn energi, men potensielt også levere rent vann til noen av de opp mot en milliard menneskene som lever i kystnære områder uten adgang til rent drikkevann.