Mer kraft från lugnare hav

Tio kilometer utanför Kungshamn i Sotenäs kommun i Bohuslän ligger världens första nätanslutna vågkraftspark. Den 21 januari i år lyckades företaget Seabased koppla upp sina generatorer och sitt ställverk på havsbotten mot energibolaget Fortums transformatorstation på land, belägen strax bakom Abbas fiskbullefabrik.

Hittills har man placerat ut 36 generatorer, med en sammanlagd effekt av 1 megawatt (MW), vilket kan ge el till över hundra hushåll. Enligt avtal ska vågkraftsparken successivt byggas ut till det tiodubbla.

Den 21 januari var därför en märkesdag för den växande skara av uppfinnare, forskare och företag världen över som har gett sig i kast med att försöka tillvarata den energi som finns i havets rörelser.

Enligt en sammanställning gjord av European marine energy centre (EMEC) pågår just nu runt 370 havsenergiprojekt i 34 länder runt om i världen. I två tredjedelar av projekten försöker man utvinna elektricitet ur vågor och dyningar, och i en tredjedel är det energin i tidvatten och havsströmmar som ska tas till vara.

Potentialen bedöms vara enorm. Men också mycket svår att uppskatta. Det internationella energiorganet IEA har beräknat att det är teoretiskt möjligt att utvinna upp till 80 000 terawattimmar (TWh) elektricitet ur havet, det vill säga fyra gånger mer el än vad som förbrukas i hela världen i dag. När det sedan handlar om hur mycket av detta som är praktiskt möjligt att för närvarande utvinna är siffran lägre – men hela tiden ökande. Just nu är bedömningen maximalt 20 000 TWh.

Trots att Sverige varken har kraftiga vågor, tidvattenväxlingar eller havsströmmar, så håller sig svenska entreprenörer långt framme i teknikutvecklingen. Överlägset flest projekt har marina stormakter som USA, Storbritannien och Norge. Men hack i häl på dessa finns Australien, Kanada, Frankrike, Danmark, Irland, Spanien – och Sverige. Åtta svenska projekt finns listade i EMEC:s kartläggning.

I likhet med sina internationella kolleger har de fått lära sig att steget är mycket långt från skissbordet till väggkontakten.

Vid EMEC:s världsledande testanläggning för vågkraftsaggregat vid Billia Croo på skotska Orkneyöarna, har det ena projektet efter det andra kapsejsat. Ofta har kraftverkens bojar slitits loss från sina förtöjningar av de kraftiga stormvågor som med jämna mellanrum hemsöker detta energirika blåshål i Nordatlanten. En normal dag är vågorna 2–3 meter höga, men de kan bli nästan 20 meter. Ett av de mest omskrivna projekten som tvingats kasta in handduken vid Billia Croo är den skotska ”sjöormen” Pelamis.

Trots att verksamheten på Orkney varit igång i ett tiotal år – med stöd från EU och den brittiska regeringen – har inget av de testade vågkraftaggregaten ännu klarat av att under en längre tid leverera el till land via de sjökablar som finns nedlagda på platsen.

Men det har Seabased alltså lyckats med nu, utanför Kungshamn.

En förklaring är att vågorna är mycket mindre i Bohuslän än på Orkney. Vilket är precis vad företagets bojar är avpassade för, förklarar vd:n och upphovsmannen Mats Leijon när vi träffas på det spartanska huvudkontoret i Uppsala.

– Många andra teknologier bygger på att vågorna ska vara stora och ha ett energiinnehåll på upp till 120 kilowatt per längdmeter våg. För oss passar det bättre med mindre vågor i spannet 5–20 kilowatt. Vi har gjort detta val, eftersom kostnader och tekniska svårigheter ökar när vågorna blir kraftigare, säger han.

Vilket inte förhindrat att även Seabased nu brottas med både tekniska och ekonomiska problem.

När företaget år 2010 fick 139 miljoner kronor i projektstöd av Energimyndigheten för att bygga sin demonstrationsanläggning i Sotenäs, talades det om att parken skulle vara helt färdigbyggd framåt 2015. Nu är det högst oklart när detta kan bli av. Projektet har drabbats av ett antal fördröjningar.

– Vi vill inte säga något om tidsplaner just nu. Vi befinner oss i en utvärderingsfas. Det här är inte så lätt som folk kan tro. Ingen har lyckats göra det förut, konstaterar Mats Leijon, som de senaste två åren har varit tjänstledig från sin professur i elektricitetslära vid Uppsala universitet för att kunna ägna sig på heltid åt vågkraftprojektet.

En av de största missräkningarna var när man i fjol tappade minst ett halvår på grund av en felaktigt ihopsatt exportkabel. Nu, när en fullgod kabel äntligen kommit på plats, tampas man med ett annat problem.

– Våra aggregat går helt enkelt för bra. De producerar för mycket, säger Mats Leijon.

De gula bojarna, som ligger på vattenytan och alstrar energi genom att dra en magnetkolv upp och ner inuti generatorn på havsbotten, har visat sig reagera bättre på vågornas rörelser än beräknat.

– De riskerar att skjuta sönder generatorerna så att isoleringen smälter. Därför ska vi nu ta fram mindre bojar med runt 16 kubikmeters volym i stället för 25, berättar han.

Tillverkningen av de nya bojarna kommer, precis som allting annat inom projektet, att ske i företagets egen fabrik i Norra hamnen i Lysekil. Där har man nu ett fyrtiotal anställda och en snittkapacitet för att tillverka en generator per dag.

Just nu jobbar de med en order på 50 aggregat till ett energibolag i Ghana, som har testkört några av de svenska aggregaten sedan tidigare.

– Den nya ordern ska skeppas ut i mars nästa år. Vågkraftsparken i Ghana ska till en början vara på 5 megawatt, men på tio års sikt räknar de med att komma upp i en effekt på 1 000 megawatt. De håller just nu på med finansieringen, säger Mats Leijon.

Även andra har visat intresse för Seabased. Inte minst i Indiska oceanen, där energibolag på örepublikerna Mauritius, Seychellerna och Maldiverna och också de indiska ögrupperna Andamanerna och Nikobarerna tror sig ha goda förutsättningar för att dra nytta av vågkraftverken från Lysekilsfabriken.

– De är alla öar med höga elpriser och lagom höga dyningar. Vågorna skulle på sikt kunna ersätta diesel som energikälla, säger Mats Leijon.

Mycket tycks vara på gång i det lilla vågkraftsföretaget. Men om man ska klara av en ökad orderingång krävs också en större fabrik och starkare finansiella muskler. Därför var det ett bakslag när en affär med det norska konsortiet NHAS nyligen gick om intet. Enligt avtalet skulle norrmännen köpa en majoritetspost i Seabased och i ett första skede skjuta till 80 miljoner kronor för nödvändiga investeringar.

Mats Leijon säger sig vara förhindrad att säga vad som fick honom att häva köpet.

– Men det kommer säkert att ta ett bra tag att reparera skadan, konstaterar han.

Bättre framgång med finansieringen har ett annat svenskt havsenergiföretag haft. Göteborgsbaserade Minesto introducerades i höstas på börslistan First North. I samband med noteringen genomfördes två parallella nyemissioner som tillförde företaget 147 miljoner kronor.

Eftersom Minesto i fjol också fick 122 miljoner kronor från EU:s regionala utvecklingsfonder och 33 miljoner kronor från det europeiska forskningsprogrammet KIC Innoenergy, har de nu tillräckligt med pengar för att bygga sitt första fullskaliga tidvattenkraftverk utanför Holyhead i nordvästra Wales.

Kraftverket, som kallas Deep green, kan liknas vid en undervattensdrake. Den är förankrad i botten med en vajer, rör sig med hjälp av vingarna i en åttaformig bana i det strömmande vattnet och fångar på så vis upp rörelseenergin i en turbin som är fäst på undersidan.

Själva poängen med konstruktionen, som tagits fram av Saab-ingenjören Magnus Landberg, är att draken kan röra sig upp till tio gånger så snabbt som vattenströmmarna. Därmed kan den alstra betydligt mer rörelseenergi än en stationär turbin som står still på havsbotten.

Tekniken har hittills med framgång prövats i kvartsskala vid en demonstrationsanläggning vid Strangford Lough i Nordirland.

– Men nu är vi beredda att flyga på allvar, konstaterar teknikchefen Heije Westberg, när vi träffas på Minestos svenska huvudkontor, som är inhyst i en kontorslimpa vid Göteborgs gamla örlogsvarv med utsikt mot Älvsborgsbron. 

Tillverkningen av aggregat sker inte i Sverige, utan är helt förlagd till Wales. I ett första steg ska man konstruera och installera en drake med en effekt av 0,5 megawatt. Sedan ska parken successivt byggas ut till sin fulla kapacitet av 10 megawatt.

– Vi räknar med att vara i vattnet under andra kvartalet nästa år. I augusti 2017 ska vi börja testflyga vår första fullskaliga drake och framåt 2019 hoppas vi att Wales har hunnit bygga en infrastruktur med exportkabel och transformatorstation, säger Heije Westberg, som tror att parken i så fall kan vara fullt utbyggd till 2021.

Precis som med vågkraftsparken i Sotenäs är bygget av tidvattenkraftsparken utanför Holyhead ett vågspel – i dubbel bemärkelse. Det finns mycket att ta hänsyn till i planeringen.

– Rent tekniskt handlar det ju inte direkt om någon rocket science, utan bygger på en kombination av många konventionella och relativt välkända delar. Utmaningen består i stället i att klara den svåra miljön och att få fram fungerande aggregat som är lätta och billiga att producera, säger Heije Westberg, som tidigare har jobbat med energiomvandling på Volvo och nu alltså leder ett projekt vars patent ägs av Saab.

En omständighet som talar för Minesto är att företaget, i likhet med Seabased, valt en teknik som är optimal vid lägre krafter. Till skillnad från många av konkurrenterna strävar man inte efter att utsätta aggregaten för de allra tuffaste och mest energirika villkor som naturen kan bjuda.

– Det finns ju inte så många platser med högt tidvatten och kraftiga havsströmmar, men desto fler med låga. En övre gräns för oss just nu är när vattnet flödar mer än 2,5 meter per sekund. På sikt kommer vi i vår teknikutveckling att söka oss mot ännu lägre flöden, kanske så långt ner som till 0,5 meter. Kan vi få draken att flyga då, har vi verkligen lyckats, säger Heije Westberg.

I takt med att projektet utanför Holyhead materialiseras börjar Minesto nu se sig om efter nya satsningar. De mest gynnsamma marknaderna tycks just nu vara Storbritannien och Östasien.

– De politiska ambitionerna i Storbritannien är solklara. Det är marin energi man vill ha, snarare än ännu fler vindkraftverk. De generösa subsidierna med två till tre gånger högre priser än för vanlig elproduktion kommer nog att vara kvar. Inte minst i Wales är förhoppningarna också stora på att den här typen av satsningar kan bidra till en återindustrialiering av landsändan, konstaterar Minestos tillförordnade vd, Martin Edlund.

I Östasien är intresset också stort för elproduktion från havsströmmar och tidvatten. Inte minst i Sydkorea, som 2011 lät bygga världens hittills största tidvattenkraftverk i Sihwasjön. Det har en effekt av 254 megawatt och är en fast fördämning försedd med turbiner som alstrar kraft när tidvattnet strömmar in och ut. Flera liknande projekt planeras, i både stor och liten skala.

– I Taiwan har man stora förhoppningar på att kunna utnyttja Stillahavsströmmen Kuroshio, som beräknats kunna stå för uppemot hälften av landets energiförsörjning. Vår teknologi skulle kunna bidra till att frigöra denna nya naturresurs, säger Martin Edlund.

Minestos inriktning på låga flöden är en av förklaringarna till att det aldrig har varit aktuellt för företaget att testa Deep green på Orkney, där EMEC också har en testanläggning för tidvattenkraft. Testplatserna ligger i ett sund mellan Atlanten och Nordsjön där tidvattnets rörelser kan nå upp till 4 meter per sekund.

Till skillnad från de strapatsrika testerna av vågkraftverk, har tidvattenkraftverken slagit väl ut på Orkney. De åtta testplatserna är ständigt uppbokade av en växande skara projekt, allt oftare med riktigt stora teknikföretag som ägare eller delägare, däribland Alstom, Voith, ABB, Andritz och Kawasaki.

Under senare år har tidvattenkraftens teknikutveckling varit snabbare än vågkraftens. Mycket tack vare att man oftast använder sig av befintlig teknik – vindkraftens. Medan vågkraftens innovatörer drar åt alla möjliga håll i sina teknikval, tycks deras kolleger inom tidvattenkraften ha enats om att en turbin nedstucken i vattnet är bästa metoden. I synnerhet om den befinner sig på betryggande avstånd från de våldsamma vindarna och vågorna uppe på havsytan.

För att förbättra sina testmöjligheter av vågkraftverk har EMEC nu byggt upp en ny och mindre utsatt anläggning för nedskalade aggregat. Den är placerad vid den tidigare marinbasen Scapa Flow, naturligt skyddad av omkringliggande öar strax söder om Orkneys huvudö.

Här ska det svenska företaget Corpower ocean nästa år testa sitt vågkraftverk i halv skala.

Förberedelserna inför resan pågår som bäst i ett kontor vid Kungliga tekniska högskolan, KTH, i Stockholm. Företagets vd Patrik Möller och uppfinnaren Stig Lundbäck har där samlat ett tjugotal handplockade ingenjörer från flera länder som ska utveckla, vad man hoppas, ett andra generationens vågkraftverk – mindre, smartare och billigare än föregångarna.

– Vårt kraftverk, som är helt inrymt i en boj, ska kunna leverera fem gånger mer energi per ton utrustning till en tredjedel av kostnaderna, säger Patrik Möller.

En bärande idé är att man med hjälp av tryckluft, fjädrar och en effektivare växellåda kan få aggregatet att röra sig 2–3 gånger högre än själva vågen och därmed alstra mer energi.

Tekniken bakom kraftverket ska ha inspirerats av hjärtats funktioner. Stig Lundbäck, som också är hjärtläkare och hjärtforskare, förklarar:

– Hjärtat är ju en otrolig konstruktion med en fantastisk mekanik. Det är det enda organ vi känner till som enbart styrs av tillflödet. Alla muskelceller jobbar i en och samma pumpande riktning, medan hjärtats mekaniska återgång görs med hjälp av hydrauliskt lagrad energi. På samma sätt använder vi en gasfjäder som med pneumatiskt lagrad energi får kraftverket att bli dubbelverkande, så att det alstrar lika mycket energi när bojen rör sig neråt som uppåt i vågen.

Den första prototypen utvecklades 2010. Successivt har nya kompontenter lagts till som förfinat tekniken. Bland annat har man tagit fram en ny växellåda som kan kombinera höga laster med höga hastigheter. Den kallas kaskadväxel och har redan knoppats av i ett nytt bolag som delar lokal med Corpower ocean.

Kontinuerliga tester har sedan genomförts, i både simulator, torra testriggar och bassänger. Goda resultat ledde hösten 2014 till att gruppen fick motta ett prestigefyllt pris på Massachusetts institute of technology, MIT.

Och nu har det alltså blivit dags att ta nästa steg: att konstruera det nya kraftverket i halvskala, i en av KTH:s verkstäder. Tillverkningen av de olika delarna sker på olika håll i Europa. I en torr testrigg ska bojen provköras mot alla upptänkliga vågtyper, så att den är väl anpassad för vad som väntar den på Orkney.

Satsningen, som är ett samarbete med den spanska vindkraftsjätten Iberdrola, har fått 18,8 miljoner kronor i projektstöd från Energimyndigheten och ungefär lika mycket från KIC Innoenergy. Även statliga Wave Energy Scotland har gått in med motsvarande summa, på villkor att testriggen lämnas kvar på Orkney efteråt.

– Vad vi vet är detta första gången som ett vågkraftverk kan testas fullt ut på land under kontrollerade former innan det sjösätts, säger Patrik Möller.

Om sedan det halvårslånga testet i den skotska ögruppens lugnare vatten faller väl ut, kan det bli dags att ta tjuren vid hornen. Att bygga ett fullskaleverk och boka en plats på projektkyrkogården vid Billia Croo.

– Givetvis har vi otroligt stor respekt för den där platsen. Vi vet att ingen hittills har klarat sig där. Men förutsatt att testerna i Scapa Flow går enligt plan, kommer vi att ha bevis för att vår unika metod att överleva hårt väder fungerar. Vi kan nämligen stänga av faskontrollen när det blir storm. Då svarar bojen inte längre mot inkommande vågor, slipper utsättas för deras fulla kraft och löper mindre risk att slitas loss från sin förtöjning, konstaterar Patrik Möller.