Bølgekraft går til bunds

Forskerne har opfundet en metode til effektivt at hive energi ud af oceanernes ruskende bølger. Dybt under overfladen skal en bølge af kraftanlæg udnytte havets evige uro til at forsyne kloden med strøm.

Forskerne har opfundet en metode til effektivt at hive energi ud af oceanernes ruskende bølger. Dybt under overfladen skal en bølge af kraftanlæg udnytte havets evige uro til at forsyne kloden med strøm.

AW-Energy Oy

Gigantiske stålflapper vugger i takt med bølgerne få hundrede meter ude i havet. Det har de gjort, siden det finske firma AW-Energy i 2019 nedsænkede dem på havbunden ud for den portugisiske kystby Peniche, 10-20 meter under vandoverfladen.

Testanlægget hedder WaveRoller og producerer 1 MW elektricitet til kystbyen via et hydraulisk system, som omsætter bølgernes energi til strøm. Det svarer til at levere strøm til omtrent 500 boliger i et år. Flere WaveRollere skal snart testes af i Mexico og Sydøstasien – og det finske firma bag er langtfra ene om at kaste sig over bølgernes grønne energipotentiale i disse år.

Uendelig uberørt energikilde ligger under havet

/ 3

Langt ude til havs er bølgerne fulde af energi – helt eksakt 60 kW pr. meter. Under vandet og tættere på land falder energitætheden med cirka 30 procent, men til gengæld vil et bølgeanlæg bygget her være i sikkerhed for havets rasen.

1

En bølge skubber vandmolekylerne i cirkelbevægelser, der forplanter sig nedad. Nær kysten presser havbunden cirklerne sammen og øger molekylernes vandrette bevægelser, der er mest energirige på 8-20 meters dybde.

2

Bølgerne bliver høstet af kystnære undervandsanlæg, der er lettilgængelige og samtidig beskyttet mod havoverfladens rasen. Samlet set er energien fra bølgerne ved kysten ca. 13 procent lavere end ude på havet.

3
© Ken /illustreret Videnskab

Et nyt kuld bølgekraftteknologier forsøger alle at knække koden til at tappe bølgernes enorme energiressourcer ved at gemme sig på havbunden – i sikkerhed for havoverfladens ubarmhjertige rusken. Forude venter springet fra testanlæg til en markant bidragyder til energiproduktionen – et spring, som ingen havenergikoncepter endnu har taget.

Lykkes det, kan verdens første store bølgefarme sikre miljøvenlig energi til isolerede øer og rent drikkevand i golde egne.

Verdenshavene bugner af energi

Enhver, der har stået langs kysten i stormvejr, kender havets kraft. Bølgerne har potentiale til at tilføje 500 GW til elnettet – på højde med den nuværende kapacitet for hele verdens arsenal af vindmøller og solceller på hhv. 564 og 486 GW.

Men lige nu ligger bølgekraften stort set uudnyttet hen. I hele Europa udfylder bølgeanlæg kun en del af energipotentialet i form af 1,5 MW.

VIDEO: Se WaveRoller blive søsat ud for Portugal

Havenes bølger er tætpakkede med energi sammenlignet med sol og vind.

Energien i bølgerne ved de store oceaner er 20-50 kW pr. meter bølge i gennemsnit pr. år, mens et bølgekraftanlæg tættere på land kan levere 5-20 kW pr. meter bølge. Samtidig er bølger mere pålidelige, da de kan generere strøm 90 procent af tiden, mens vind og sol kun er 20-30 procent effektive.

En flåde af forskellige bølgeenergikoncepter har de seneste to årtier vist lovende takter i at omsætte de energirige bølger til strøm i stikkontakten. Anlæggene kan tappe op til 50 procent af energien. Det er fem gange så effektivt som fx solpaneler, der anses som økonomisk rentable, hvis de kan omdanne ti procent af energien fra Solen til elektricitet. Men trods de gode resultater er bølgefarme i stor skala alle blevet bremset.

I disse år blæser vindene dog bølgekraftanlæggenes vej. Udviklingen viser en stabil vækst over det seneste årti, hvor både USA og Asien begynder at investere i bølgeenergi. Den seneste opgørelse fra EU viser, at den energigenerende kapacitet fra bølgeenergi voksede med 25 procent i 2019 i forhold til året før.

Det Internationale Energiagentur vurderer, at bølgeenergi kan dække ti procent af Jordens samlede energiforbrug i 2050. Forskningen tager derfor fart, og en stribe projekter synker ned på havets bund for at tage hånd om én af bølgekraftens helt store udfordringer: stride stormvejr.

Fire firmaer giver her hver deres yderst forskellige bud på, hvordan bølgeenergi kan omdannes til elektricitet.

© Exowave

Fluesmækkere vugger på havbunden

Det danske firma Exowave har udviklet et bølgeenergianlæg, der står på bunden og udnytter den turbulens, bølgerne skaber. På havbunden er bølgernes energi svagere, til gengæld overlever anlægget i længere tid. Exowave regner med, at de første demonstrationsanlæg kan blive installeret i 2021.

© Carnegie Clean Energy

Robotvandmand bølger med havet

Siden 2015 har tre undervandsbøjer kaldet CETO fra Carnegie Clean Energy forsynet en flådebase i det vestlige Australien med elektricitet og rent vand. Bøjerne følger bølgernes bevægelser op og ned og driver en pumpe, der sætter havvand under tryk. Sjette generation af systemet er under udvikling.

© JamesMCP

Nedsænket gummimembran danner lufttryk

Det australske firma Bombora har udviklet et nedsænket bølgeanlæg. Når bølgerne driver forbi, danner en tyk gummimembran et lufttryk, der driver en turbine. Teknologien skal i 2021 testes i et 15 meter langt demonstrationsanlæg i Wales og senere ud for Lanzarote.

© AW-Energy Oy

Flap pumper strøm ud af bølger

I 2019 nedsænkede det finske firma AW Energy sin Waveroller-teknologi på havets bund ud for Portugal. De store stålflapper høster havets kraft ved at producere 1 MW strøm til den lokale kystby Peniche. Flere Waverollers er på vej i både Portugal, Mexico og Sydøstasien.

Horisontalt rul driver bølgeanlæg

De enorme naturkræfter på åbent hav kan både smadre havkraftanlæggene og medføre perioder, hvor de må lukkes ned af sikkerhedshensyn; bl.a. derfor er tidligere lovende projekter blevet skrinlagt, før de kunne levere den første kilowatt-time.

Modsat vindmøller og solceller består bølgekraft af en masse forskellige teknologier som fx bøjer, slanger og flydepuder monteret på land – alle med hver deres fordele og ulemper – men måske kommer den optimale løsning fra såkaldte oscillating wave surge converters eller OWSC’er.

Tidligere anlæg udnytter typisk bølgers lodrette bevægelser op og ned. En OWSC tapper derimod den energi, der opstår, når vandrette bølger vugger frem og tilbage. Her bliver vandmolekylernes cirkulære bevægelser presset sammen til ellipser i mødet med den stigende havbund.

Bølgerne skubber en eller flere flapper, som trækker og sammenpresser en cylinderpumpe, der skaber et tryk i enten olie eller havvand. Trykket kan drive en strømproducerende generator på havbunden, på en platform eller overføres til land.

Anlæggene bliver forankret direkte på havbunden i kystnære egne 10-40 meter under vandet, hvor de ikke forstyrrer udsigter og dyreliv. To eksempler på OWSC’er er WaveRoller i havet ud for Peniche og danske Exowave, som står på bunden af Nordsøen. Exowave består af en række gule, fluesmækkerformede vifter, som vipper fra side til side og udnytter de enorme kræfter, der også raser dybt nede under havets brusende overflade.

Systemet fra det danske firma udtrækker kinetisk energi fra havets bølger.

© Claus Lunau

Bølgeflapper rækker opefter og bliver påvirket af de cirkulære bevægelser i vandet, som bølgerne skaber.

© Claus Lunau

Flappen er forbundet til en drejemekanisme, som sørger for, at fladen vender mod bølgerne.

© Claus Lunau

Når flappen bevæger sig, driver den en aksel, der er forbundet til en cylinder i en stempelpumpe.

Mekanisk pumpe har lang levetid

Anlæggene på havbunden har den ulempe, at de er sværere tilgængelige end visse andre typer bølgeenergianlæg. Samtidig skal de have en levetid på 20 år for at være økonomisk rentable.

Udfordringerne imødekommer firmaet Exowave ved at holde konceptet simpelt. Anlægget er udelukkende mekanisk og fungerer ved, at et kugleled lukker havvand ind og ud i et pumpehus, som bølgeflappen sætter under tryk. Samtidig drejer viften, så anlægget effektivt udnytter energien, uanset hvor bølgerne kommer fra.

Exowave skal operere i 10-40 meters dybde, hvor den gennemsnitlige energigennemstrømning er på omkring 17 kW pr. meter bølge. I havet under vindmøllerne kan bølgeanlæggene supplere strømproduktionen med 20MW og kan samtidig benytte de samme kabler til at sende strømmen i land som vindmøllerne.

© Claus Lunau

Vifter tapper el og vand fra bølger

Det danske bølgekraftanlæg Exowave vil med simpel, langtidsholdbar mekanik omdanne havenes enorme kræfter til strøm. Men anlæggets gule bølgeflapper skal også levere rent drikkevand i kystnære egne.

1. Flydende vifteblade følger altid bølgerne

Tæt på havbunden bevæger vandmolekylerne sig i ellipser, der skubber Exowaves store stålflapper frem og tilbage. Drejelige led sikrer, at flapperne altid orienterer sig efter bølgernes retning.

2. Pumpe sætter højtryk på havvandet

Viften er koblet på en hydraulikpumpe, der med et kugleled i bunden tager havvand ind. Pumpen sætter vandet under et tryk på 35-75 bar, dvs. 35-75 gange højere end atmosfærisk luft. Vandtryk på 20-40 bar driver typisk en turbine og en elgenerator.

3. Ventiler leder vandet mod land

Evnen til at omdanne bølgernes energi til hydraulisk energi stiger med trykket. Pumpehuset har derfor ventiler, der sikrer et konstant minimumstryk og samtidig, at trykket ikke bliver for højt. Andre ventiler fører vandet til en turbine på havet eller i land, hvor det producerer strøm.

4. Vandtryk giver rent drikkevand

På land kan trykket også presse saltvandet gennem et finmasket filter, der fjerner de større saltmolekyler – en proces kaldet omvendt osmose. Det mindste Exowave-anlæg, WEC10, kan levere ca. 2000 liter drikkevand i timen.

Bølgefarme kan blive usynlige

Undervejs i udviklingen kan bølgekraftanlæg blive brugt på en lang række andre områder, fx til såkaldt off grid-elektricitet til private og som strømforsyning til mindre øer, der normalt er afhængige af importeret kul og olie.

Derudover kan anlæggene forsyne tørstige egne af kloden med rent drikkevand. Exowave fungerer for eksempel ved hjælp af tryk og kan derfor omstilles til at afsalte havvand til drikkevand via filtreringsteknikken omvendt osmose. Her presses vandet gennem et filter, som kun tillader vandmolekyler at passere, mens de større saltmolekyler filtreres fra.

Dermed kan bølgeanlæggene ikke blot sikre en evig strøm af grøn energi, men potentielt også levere rent vand til nogle af de op imod en milliard mennesker, der lever i kystnære områder uden adgang til rent drikkevand.