Vågornas kraft

Haven täcker cirka 70 procent av jordens yta, och ungefär tre fjärdedelar av solenergin tas emot av världshaven. Förutom att värma upp havsytan omsätts solstrålningen i vindar. Vindarnas rörelseenergi överförs till vattnet när vinden bromsas upp mot havets yta. Det sker genom den friktion som uppstår och genom tryckvariationer i vinden. Solstrålningens energi koncentreras och lagras i haven.

Vågenergi är mer komprimerad än andra förnybara energikällor och ger ofta 15-20 gånger mer tillgänglig energi per kvadratmeter än både vind och sol. Jämfört med vind är vågor ”trögare”. Förändringar i frekvens och höjd hos vågorna är mindre än förändringar hos vinden, och de inträffar inte lika ofta.

– När man tittar på möjliga förnybara bränslen får man inte stirra sig blind på energiinnehållet. Man måste också se till utnyttjandetiden. Det går ju inte att få ut energi ur vinden när det är stiltje, säger Anneli Jakobsson vid Avdelningen för energiteknik, Statens energimyndighet.

Ju större vågorna är, desto mer energi innehåller de. Varje gång höjden på en våg fördubblas, fyrdubblas dess lokala energi. Energin i vågorna transporteras långa sträckor över haven med små förluster.

Vågornas energi varierar från plats till plats. De energirikaste vågorna finns på södra halvklotet utanför Sydafrika, Australien, Nya Zeeland och Sydamerika. På norra halvklotet är vågorna i Atlanten särskilt energirika utanför Norge, Storbritannien och Irland.

Sedan energikrisen på 1970-talet har forskare runt om i världen försökt hitta metoder för att utvinna energi ur havsvågor. Utmaningen i att utveckla anläggningar för vågkraft ligger i kombinationen av långsamma rörelser med tidvis mycket höga vågor. Den långsamma rörelsen gör att stora krafter måste tas till vara på ett smart sätt för att uppnå tillräcklig effektnivå, medan stormar oftast ger alltför hög effekt. Anläggningarna måste alltså konstrueras så att de klarar av både stormar och orkaner men även utnyttjar energin maximalt i mindre vågor.

Det finns mängder av olika konstruktioner och metoder för att utvinna vågenergi, där några har visat sig fungera bättre än andra, men ännu finns ingen optimal lösning.

– De funktionstekniska problemen är lösta för flera typer av vågkraftverk. De nuvarande strandnära vågkraftverken av så kallad OWC-typ är dock inte ekonomiska, eftersom de bara kan byggas på några få platser. Och de havsförlagda kommer man inte till skott med, eftersom det saknas riskvilligt kapital, säger Lars Bergdahl, professor i vattenbyggnad vid institutionen Vatten Miljö Transport, Chalmers tekniska högskola.

Enligt Lars Bergdahl har kraftverk förlagda ute till havs bättre ekonomi, och de kan dessutom byggas på stora områden.

– De flesta konstruktioner har dock hittills inriktat sig på att få själva tekniken att fungera och har inte satt anläggningarna i ett ekonomiskt ljus, säger han.

Lars Bergdahl anser att Atlantkusten är ett attraktivt område för framtida användning av vågkraft, men att även Östersjön kan fungera bra.

Enligt beräkningar som gjorts vid Uppsala universitet skulle vågkraften i Sverige kunna bli något större än vad vindkraften är i dag, det vill säga runt 4-5 procent av den totala elproduktionen.

Man brukar räkna med att vågkraften har lika stor potential som vattenkraften, som i dag utgör hela 2 500 terawattimmar globalt sett och ännu inte är fullt utnyttjad. Men å andra sidan har vattenkraften haft hundra år på sig för att utvecklas tekniskt.

Ett EU-direktiv som syftar till att främja elproduktion från förnybara energikällor godkändes av ministerrådet i augusti 2001. Enligt direktivet ska el från förnybara energikällor inom EU öka från knappt 14 procent till drygt 22 procent fram till år 2010. Därför har Sverige infört ett system med så kallade elcertifikat som tvingar elleverantörerna att köpa in en bestämd mängd elenergi som kommer från förnybara energikällor. Förra året var kvoten 7 procent av elanvändningen.

Elfakta

Vid större energimängder används också prefixen kilo, mega, giga och tera. En terawattimme (TWh) är en biljon (10 upphöjt till 12) Wh.

Vågkraft för färskvatten

Redan på 1940-talet konstruerade japanen Yoshio Masuda en vågdriven navigationsboj. Små ljusbojar som får el av vågor finns nu världen över. Energikrisen på 1970-talet, med höjda oljepriser, ledde till att vågkraftsforskningen kom i gång på allvar runt om i världen.

De anläggningar som byggs i dag sätts upp i närheten av platsen där energin behövs. På öar där elförsörjningen sköts av dieseldrivna kraftverk har det exempelvis visat sig lönsamt att använda vågkraft.

Det pågår även viss forskning om mer direkta användningsområden som produktion av färskvatten och vätgas eller för att förbättra vattencirkulationen i fjordar och havsbassänger.

I bland annat Indien har man också provat att integrera vågkraftverk i vågbrytare.

Vågbrytarna byggs för att skydda fiskelägen från vågorna, och många vågkraftverk skapar lugnt vatten bakom sig.

Flöten och atoller

Hydrauliska system som låter vattnet driva turbiner kopplade till en generator. Turbinerna kan monteras på bottnen i grunda havsområden, på pålar eller på pontoner ute till havs. Den vanligaste typen kallas kilränna.
I pneumatiska system utnyttjas en vattenpelare och luft. Vattnet trycksätter luft genom en ”huv” eller ett rör som är nedsänkt i vattnet. Vid stigande vattennivå drivs luften ur röret och vid sjunkande sugs luft in i den. Luftströmmen driver turbiner. Den vanligaste typen av dessa anläggningar kallas OWC, oscillating water column.
Mekaniska system är en annan anläggningstyp för vågkraft. Den enklaste mekaniska omvandlaren är flottören, som kan vara en boj eller kon. Flottören lyfter eller sänker en kolvpump för luft eller vatten eller en pistong för elektriska generatorer.

Flöte

Flöteskonstruktioner bygger på att en boj rör sig upp och ner då en våg passerar aggregatet. Denna upp- och nerrörelse får sedan stå för driften av en generator eller en turbin. De vanligaste flytanordningarna brukar kallas Archimedes gunga.

OWC (oscillating water column)

När vågen kommer mot cylindern höjs vattnet inuti, varpå luften trycks ut genom en turbin. Vid vågdalar strömmar luft in i cylindern.

Slangpump

Slangpumpen är en svensk idé. På ytan flyter en bred boj. Slangen är fäst i bojen i ena änden, medan den andra är förankrad i bottnen. När bojen går ner i en vågdal sugs vattnet in i slangen genom backventiler. När bojen höjs sträcks slangen och dess innervolym minskar. Vattnet pressas då ut i en samlingsslang. Trycket ökar efter hand, och vattnet driver en turbin med tillhörande generator.

Salter’s ducks

När en våg kommer rör sig ”ankorna” kring sin egen axel. Denna rörelse accelererar luft som ligger i bojarnas axel som sedan får passera en turbin, varvid ström genereras. Ankorna tar till vara både horisontell och vertikal energi.

Sjöorm – Pelamis

Består av en serie cylindriska element sammankopplade i rörliga delar. När vågor rör sig längs ormen och får den att böja sig, pumpas olja genom alla utrustningens ”böjar” till hydrauliska generatorer.

Cockerelles flotte

En anläggning som liknar Pelamis men med två flytande pontoner.

Flytande atoller

Vattnet svallar över runda mynningar och rinner ner förbi en turbin som ligger ovan vattenytan. Denna variant har bl.a. vidareutvecklats i Norge med flera kanter som kan ta emot olika höga vågor.

Wash in

De så kallade wash in-konstruktionerna bygger på skovelformade hjul. Vattenströmmen i vågen driver skovelhjulet, och hjulets rörelse leds sedan vidare till en generator.

Luftkuddar

Konstruktionen går ut på att vågor trycker ihop luftkuddar, varvid luften i kuddarna får passera en turbin som alstrar strömmen.

Pendelkonstruktion

En pendel får hänga en liten bit över vattenytan. När vågen kommer flyttar den pendeln. Rörelsen driver en generator.

Gigantisk bassäng

Det svenska företaget Seapower har skrivit kontrakt med en skotsk energiproducent om att tillverka och sätta ut ett stort vågkraftverk utanför Shetlandsöarna. Verket ska bestå av en 80 meter lång bassäng, fastankrad med elastiska kättingar. Kraftverket har en uppskattad medeleffekt av 800 kW. Anläggningen bygger på den så kallade kilrännetekniken. När vågorna klättrat över kanten och in i bassängen leds vattnet ut i havet igen via turbiner som genererar elektricitet. Under åtta månader har Seapower testat en liknande mindre pilotanläggning utanför den svenska västkusten.

Miljö & klimat

Forskarkommentar Stina Stenquist

”Deklarera byggnaders resiliens mot extremväder”

Ett system för att deklarera varje byggnads tålighet mot extremväder skulle leda till att fastighetsägare tar större ansvar, skriver forskaren Stina Stenquist.