Energi

Maritim vedvarende energi: Udnyttelse af havets kraft til en ren fremtid

mm
Udgivet den
Opdateret den
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Oplysning: Securities.io kan modtage betaling, når du bruger links til produkter, vi anmelder. Det påvirker ikke vores redaktionelle vurderinger. Vi er ikke registreret investeringsrådgiver; dette er ikke investeringsrådgivning. Læs vores affiliateoplysning.

Det uudnyttede potentiale for havenergi

As the Earth is 70% ocean and sea by surface, it is no surprise that a lot of the Earth’s resources are found offshore. However, this is an inherently more difficult environment for a land-based creature like humans. As a result, ocean energy has so far been poorly harvested, mostly limited to offshore oil & gas exploitation and offshore wind farms.

Men der er langt mere potentiale for energiproduktion til havs i andre former. Fra de næsten ubegrænsede overfladearealer til tidevand, bølger og forskellen i højde og temperatur, arbejder forskere over hele verden på at finde nye måder at udnytte vedvarende energi fra de endeløse bølger.

Og dette kunne blive en enorm kilde til ny vedvarende energi, med 2050 potentielt at se 352 GW installeret kapacitet, eller næsten hele den nuværende globale atompark (399 GW).

Kilde: IRENA

Hvorfor udviklingen af havenergi har været langsom

It might surprise you that energy production in the ocean started only a few decades ago, while other forms of energy, from hydropower to onshore fossil fuel production, are centuries old.

En vigtig grund er, at det åbenlyst er lettere at bygge på land. Hav og oceaner kræver derimod, at enhver infrastruktur flyder og/eller er forankret til havbundens bund, hvilket øger omkostninger og ingeniørmæssige begrænsninger. Regelmæssige storme, eller endda orkaner i tropiske områder, forværrer vanskeligheden ved at skabe strukturer, der kan overleve havene.

En anden væsentlig faktor er havsalt. Havets salinitet gør havvand ekstremt korroderende for metaldele, inklusive energiproduktionssystemer som turbiner. Dette kræver anvendelse af en kompleks række skræddersyede løsninger af belægninger, olier og andre beskyttelsesforanstaltninger for at undgå, at energiinfrastrukturen bliver spist væk af korrosion. Væksten af skadelige havorganismer som alger og skaller (“biofouling”) kan også bidrage til skader til havs, da det organiske materiale tilstopper og dækker maskinerne.

Endelig, selvom de er enorme, er havets latente energi også meget diffus. På land koncentrerer geologi og geografi naturligt ressourcer i mineralforekomster, floder og vindkorridorer, noget den flade havoverflade ikke giver.

Offshore vindenergi: Skalering til havs

As with virtually every sea-based energy platform, offshore wind tends to be more capital-intensive. Distance from inhabited areas and saltwater corrosion also increase maintenance costs and can reduce the lifespan of the wind turbine and its components.

There are, however, quite a few advantages to offshore wind as well:

  • Mere effektiv produktion: offshore vinde er mere stabile, kraftigere og blæser hyppigere end på land.
    • Dette fører ikke kun til mere produktion, men også til en mere forudsigelig, tættere på baseload‑strømproduktion end den mere intermitterende onshore vindproduktion.
    • I mange regioner topper offshore vind i eftermiddag og aften, når efterspørgslen er på sit højeste.
    • Da størstedelen af verdens befolkning bor nær kysten, er offshore‑steder ofte meget tæt på forbrugerne.
    • Et godt vindsted til havs kan være meget større end på land. Dette muliggør større skala.
  • Mindre miljøpåvirkning. Ved at reducere jordforbrug og ikke forstyrre det lokale økosystem med adgangsveje og trafik i fjerntliggende områder, kan offshore vind være mere miljøvenlig end onshore vind.
    • Det begrænsede område af vindparker kan endda hjælpe marine økosystemer.
  • Mindre modstand: afstanden til befolkningscentre og synsbegrænsning begrænser i høj grad modstanden mod vindprojekter, når de er offshore. NIMBY‑reaktionerne (Not In My Back Yard) er derfor langt mindre indflydelsesrige.

Afhængigt af dybden kan forskellige ankre anvendes til offshore vindturbiner.

Kilde: DoE

Efterhånden som vindteknologien udvikler sig, er en ny mulighed ikke at bygge en gigantisk søjle til en gigantisk turbine, men en endnu større “væg af turbiner”. Nogle enheder er under udvikling til 40 MW modeller og kan nå op på så meget som 126 MW.

Et sådant system ville passe bedst til områder med meget stærk og næsten konstant vind, som Nordsøen.

Koncetration af offshore vindprojekter i megaprojekter, som den 10 GW North Sea Energy Island, overvejet af industriens gigant Orsted (D2G.DE ), vil sandsynligvis blive en dominerende trend i fremtiden, da det reducerer vedligeholdelses- og installationsomkostninger ved at dele dem over flere vindturbiner.

Offshore vind vil sandsynligvis forblive den primære ikke‑fossile energikilde til maritim energi i det kommende årti, takket være den rigelige vindenergi til havs og den allerede ret modne teknologi.

Nogle analytikere anslår, at offshore vind kan blive 12 gange større inden 2040, med 2030’erne, der ser mange nye flydende typer af vindturbiner blive installeret.

(Du kan læse mere om vindkraftens potentiale i vores dedikerede rapport “Can Wind Power The World?”)

Tidekraft: Forudsigelig vedvarende energi fra månen

Despite wind being the dominant form of maritime energy, it is actual tidal power that is the most ancient. This is the harvesting of the energy generated by the Moon’s gravity which create the rise and fall of sea level with the tide.

Dette blev oprindeligt udnyttet med et vandmølle, der brugte havets bevægelse i stedet for en flod til at dreje møllens hjul. Den første store tidevandskraftstation blev bygget i 1966, med den 240 MW Rance Tidal Power Station, i Brittany, i Nordvestlige Frankrig.

En vigtig fordel ved tidevandskraft er, at den er ekstremt stabil og forudsigelig, hvilket muliggør meget pålidelig baseload‑vedvarende strøm. Den producerer også om natten og om vinteren uden nogen nedgang, hvilket gør den til et godt supplement til solenergi.

Dog er dette en vanskelig måde at udnytte energi på. Det kræver typisk at være placeret i et høj‑tide område eller med en stærk strøm, der kanaliserer tidevandet ind i en smal stræde. Dette har historisk begrænset de potentielle steder for denne energiform. Det betyder også, at det i de fleste tilfælde kræver opførelse af en tidevandsdæmning.

Den sjældenhed, tidevandsprojekter har, har hæmmet sektoren, da den fjerner mulige stordriftsfordele fra masseproduktion og erstatter dem med skræddersyede løsninger, der kræver dyrt design.

Vi er på det punkt, hvor vi pålideligt demonstrerer teknologien, og vi skalerer den op til kommerciel nyttegrad. Det, vi skal gøre, er at se på relativt små projekter, blot for at demonstrere, at teknologien er pålidelig, overvinde miljømæssige forhindringer, og også opbygge momentum og den skala, vi har brug for.

Seumas Mackenzie – Chief operating officer for tidal developer Nova Innovation

Den dag i dag er der mange design overvejet, men ingen der er masseproduceret.

Kilde: IRENA

Kravet om, at turbinerne konstant bevæger sig i havvand, øger også vanskelighederne med korrosion og biofouling.

Alt i alt er det usandsynligt, at tidevandskraft snart vil blive en væsentlig energibidragyder til vores elnet.

Dog kan det være en meget god løsning for isolerede øer og kystregioner, som demonstreret af pilotprojekter på Shetland- og Orkney-øerne. Disse øer kræver enten en dyr netforbindelse eller import af fossile brændstoffer.

Udnyttelse af havstrømme til vedvarende energi

Udnyttelse af dybhavstrømme, som bevæger en enorm mængde vand jævnt, kunne levere en meget kraftfuld energikilde, endda større end tidevandskraft, er også en teoretisk mulighed for nu.

Dog gør den ekstreme dybde og afstanden fra kysterne for installation af sådanne anlæg, samt den potentielle risiko for at forstyrre disse strømme, som er meget vigtige for klimaregulering, det til en urealistisk mulighed i den nærmeste fremtid.

Dog mindre kraftfulde, men nærmere kysten strømme kunne måske udgøre en mere realistisk mulighed for dette koncept.

Bølgeenergi: Omdannelse af havbølger til elektricitet

Endnu mere udbredt end tidevand er bølger en naturlig del af havet og en teoretisk ubegrænset energikilde, som udgør næsten halvdelen af havets energipotentiale (eksklusive vind).

Kilde: IRENA

Her også overvejes mange design, uden at nogen har vist en klar overlegenhed over de andre eller er masseproduceret. Overordnet set er idéen enten at udnytte energi gennem vandniveauets op- og nedgang, eller gennem en bøjes oscillation, eller gennem rotationen af en bøje.

Kilde: IRENA

Selvom den teknologiske parathed er endnu lavere end tidevandskraft, kunne bølgeenergi blive en væsentlig energibidragyder inden 2040, med EU, der forestiller sig 1 GW havbaseret produktion inden 2030 og 40 GW inden 2040.

“Bølgeenergi‑enheder skal designes til at modstå og overleve stormforhold, og det kan være en stor bekymring i en opvarmende verden, hvor storme bliver stadig mere ekstreme.

Der er masser af bølgeenergi derude, men den er bestemt dyrere og teknisk sværere at udnytte.”

Conchúr Ó Brádaigh – Vice president of the Faculty of Engineering at the University of Sheffield

Dette vil være en energiløsning, der i høj grad afhænger af lokale bølgestørrelser, hvor nogle regioner er mere egnede end andre. Nordatlanten, Nordpacifikken og Sydlige Australien synes at være de bedste kandidater.

Oceanisk termisk energi: Udnyttelse af varmen under overfladen

(OTEC) udnytter temperaturforskellen mellem varmt overfladevand og meget koldere vand i dybden. En termisk gradient som denne er teoretisk meget kraftfuld til energiproduktion.

Kilde: Britannica

For at være økonomisk praktisk bør temperaturdifferencen være mindst 20 °C (36 °F) i de første 1.000 meter (ca. 3.300 fod) under overfladen.

Da jo større gradienten er, jo større er potentialet for energiproduktion og jo lavere er omkostningerne, er dette sandsynligvis en bedre løsning for varme tropiske farvande kombineret med hurtigt faldende havbund, især Sydøstasien og ud for kysterne i Mexico og Brasilien.

OTEC‑anlæg kan enten være onshore (med rør, der går ud i havet) eller flydende. Mens flydende overflader har mange flere potentielle steder, vil de være dyrere at bygge og vedligeholde. Offshore energiproduktion skal sendes tilbage onshore, enten via kraftkabler eller gennem in‑situ produktion af brint, methanol eller ammoniak, som sendes tilbage til befolkningscentre.

En potentielt positiv bivirkning af OTEC kan også være at bringe næringsrige dybvande til overfladen. Dette kan udnyttes til miljøvenlig maritim akvakultur og endda hjælpe med at fange kulstof gennem fytoplanktonvækst.

Flydende solfarme: Maksimering af havoverfladen til ren energi

Udover at bruge energien fra selve oceanerne giver havene os en anden rigelig ressource: overfladeareal.

Modsat land, som ofte bruges til landbrug eller naturlige habitater og er relativt dyrt per kvadratmeter, er størstedelen af havoverfladen relativt uproduktiv, især i tropiske områder med høj solstråling.

Der er heller ingen naboer eller folk, der er fornærmet over det æstetiske aspekt af disse offshore solfelter. Dette gør muligheden for offshore flydende solfelter attraktiv.

Kilde: RWE

Derudover øger refleksionen af sollys fra havoverfladen den samlede isolering. Dette fænomen kan måske endda udnyttes til mere energiproduktion takket være bifaciale solpaneler.

Det relativt kolde vand hjælper også med at holde panelerne kølige, hvilket forbedrer deres holdbarhed og maksimale udbytte.

Flere andre lande, fra Afrika, Caribien, Sydamerika og Centralasien, kunne dække mellem 40 og 70 % af deres årlige elbehov ved at implementere FPV’er. Selv udviklede lande som Finland og Danmark kunne trække henholdsvis 17 % og 7 % af deres årlige forbrug fra sådanne kilder.

Der er dog nogle risici forbundet med dette solfarmdesign.

Den første udfordring er tilstedeværelsen af salt. Ikke kun kan dette forårsage de sædvanlige korrosionsrisici på følsomme elektriske systemer og understøttende strukturer, men aflejringer af saltkrystaller fra havsprøjt kan ophobe sig på panelerne og reducere deres fotoelektriske konverteringseffektivitet. En potentiel løsning kan være at placere solpanelplatformen højere over havoverfladen, som i pilotprojektet Yellow Sea No. 1 af den kinesiske udvikler Huaneng Group.

En anden potentiel problemstilling er storme og orkaner, som kan ødelægge flydende solanlæg længe før de overhovedet formår at ‘betale tilbage’ den energi, der kræves for at bygge dem.

Så samlet set, i stedet for at strukturen flyder direkte på vandet som i en ferskvandssø, er havbaserede solanlæg måske mere tilbøjelige til at blive monteret på flydende platforme, der ikke er så forskellige fra mini‑olieplatforme.

Dybhavsgeotermisk energi: En fremtidig grænse

Kun på et teoretisk stadium er dette en energiform, der på meget lang sigt kan blive vigtig for mange lande, især dem der ligger langs den såkaldte ‘Ring of Fire’ omkring Stillehavet.

Da den oceaniske skorpe er meget tyndere end den kontinentale (4 miles tynd i stedet for 10‑43 miles), kan meget høje temperaturer nås med mindre dyb boring.

Kilde: GeologyIn

For at udnytte denne potentielle energi vil det kræve yderligere fremskridt inden for geotermisk energi, et emne vi diskuterede i detaljer i “Geothermal Power: Green Energy That is Red-Hot”.

Det er sandsynligt, at den endelige form af denne energikilde vil være en kombination af ultradyb havboring (aktuelt brugt til olieproduktion) og åben eller lukket kredsløb geotermisk energiproduktion.

Kilde: BGS

Uran fra havvand: En ny nuklear brændstofkilde

Udover vind, sol, tidevand og bølger kan havet også være en kilde til lav‑kulstofenergi på en overraskende måde: ved at være den største uranmine på planeten.

Havvand indeholder spor af opløst uran, og den enorme volumen af havet betyder, at enhver effektiv proces til at udvinde denne ressource ville gøre den til en praktisk ubegrænset forsyning af radioaktivt brændstof, med op til 4,5 milliarder tons, næsten 1000 gange større end terrestriske uranreserver.

Vi skrev for nylig, at et teknisk gennembrud ved brug af behandlet kulfiberstof med tilstrækkelig overfladeareal til at fange uran‑ioner kunne muliggøre udvinding af uran gennem en elektrokemisk reaktion.

Kombineret med flydende atomkraftværker, med en model allerede drevet af Rusland og prototyper eksperimenteret af virksomheder som Danish Saltfoss, kunne dette gøre havene til fremtiden for atomkraft.

Kilde: Saltfoss

Algal biobrændstoffer: Vækst af energi fra havet

Endelig, en måde for havet at direkte producere energi kunne være ved udnyttelse af væksten af mikroalger til at producere biobrændstoffer og andre biomaterialer som plast.

Ved at bruge havvand kan algal biobrændstof løse problemet med vandforsyning til biobrændstoffaciliteter, med de bedste områder som semi‑ørkenområder med meget sollys, men begrænsede ferskvandsressourcer.

For at blive kommercielt levedygtig skal denne teknologi fortsætte med at optimere algernes udbytte, håndtere risikoen for kontaminering af kulturerne, og forbedre effektiviteten af konverteringen til brugbare brændstoffer som biodiesel.

Brint, ammoniak og methanol

Havvand kan også være en kilde til råmateriale til brintproduktion, især gennem elektrolyse. Generelt kan produktion af brint fra havvand være problematisk, da salt kan beskadige elektrokatalysatorerne. Så ideelt set skal havvandet først omdannes til ferskvand via afsaltning.

De processer, der involverer energiproduktion, afsaltning og elektrokatalyse, kan kombineres, som vi for nylig diskuterede om et design, der kombinerer solpanel, afsaltning via fordampning og lokal brintproduktion.

Den producerede brint kan derefter omdannes til ammoniak eller methanol for lettere lagring og transport af den grønne brændstof.

Produktion af brint og grønne brændstoffer fra havvand

Afsaltning med sol: Grønnere ferskvandsløsninger

Ud over at producere energi direkte fra havet, kan havene også hjælpe med at erstatte aktiviteter, der i øjeblikket er massive energiforbrugere, hvilket resulterer i lavere emissioner.

Den første er den førnævnte afsaltning, som bliver en afgørende kilde til ferskvand for mange lande. Forbedrede afsaltningsmetoder ved brug af direkte sollys, der rammer havet kunne reducere energiefterspørgslen til ferskvandsproduktion.

Kølesystemer med havvand: Effektiv kystnær klimaanlæg

Dette koncept ligner Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) ved, at det udnytter den meget køligere temperatur i dybt vand. Det kan dog være meget mere effektivt, da det ikke kræver omdannelse til elektricitet, men blot bruger det kolde vand som kølemiddel i klimaanlæg.

Dette system kan spare omkring 42 % af energien sammenlignet med et konventionelt AC‑system (2,6km af rørføring ind i havet for at nå et 930 m dybt område).

Flagship‑eksperimentelle projekter inkluderer ENGIE’s (GZF.DE ) 20 MW Thassalia og EDF’s 21 MW Massileo projekter.

Begrænsningen ved dette system er, at det kræver et forud etableret, centraliseret klimaanlæg at blive tilsluttet. Det kræver også, at kystområdet har en tilstrækkeligt stejl havbund, så den nødvendige dybde kan nås med et kort nok rør.

Undervands energilagring: Pumped hydro og gravitationsbatterier

Dybhavs pumped hydro lagring

En anden mulighed for at bruge havet til energi er at bruge det som et batteri.

Den første metode til dette er dybhavs pumped hydro lagring. Det er et lignende system som pumped hydro lagring ved brug af dæmninger og bjerge, men udnytter i stedet havdybden.

Dette kunne løse et stort problem med pumped hydro lagring, nemlig manglen på tilgængelige steder af tilstrækkelig størrelse til at skalere teknologien. Dette er et uheldigt problem, da hydro‑lagring er en dokumenteret og skalerbar teknologi, der kan lagre energi i uger eller måneder med lille tab, og har en bemærkelsesværdig lagringseffektivitet på 70‑80 %.

Et pilotprojekt udforsker denne idé: StEnSea, eller “Stored Energy in the Sea”.

En række hule betonsfærer på havbunden i dybder på 600 til 800 meter, hvor trykket allerede er betydeligt.

Når elefterspørgslen er lav, tømmes disse sfærer for vand ved hjælp af elektriske pumper, hvilket lagrer overskydende elektricitet. Når efterspørgslen stiger, fyldes de igen, hvor trykket leverer energien.

Disse systemer kan implementeres sammen med offshore vindfarme, så de kan buffer den intermitterende vindenergi, mens de bruger det samme strømkabel til at overføre energien tilbage til kysten.

Den techno‑økonomiske vurdering viser, at StEnSea‑systemet er omkostningsmæssigt konkurrencedygtigt med konventionel pumped hydro energilagring (PHES).

En anden fordel er den modulære opsætning, der opnås ved at kombinere flere StEnSea‑enheder til en anlæg. Dette øger anlæggets fleksibilitet og dermed rækkevidden af mulige anvendelser.

Ocean gravitationsbatterier: Lagring af strøm med dybde

En lignende idé til at udnytte havets dybde er at bygge offshore gravitationsbatterier. Gravitationbatteri er et koncept blandt andre, vi diskuterede i “Non-Chemical Alternatives To Batteries For The Energy Transition“: ultra‑tunge objekter som sten, betonblokke eller jernmalmaggregat løftes op og ned for at lagre eller generere elektricitet.

De vigtigste komponenter i gravitationsbatterier er også ret simple og allerede masseproducerede: ankre, metalcabler, alternatorer og elektriske motorer. Gravitionsbatterier har en energilagringseffektivitet på 80‑85 %, og kan holde i op til 50 år uden brug af sjældne materialer eller metaller. Strømproduktion kan også være meget fleksibel, reaktiv og langtidsholdbar.

Begrænsningen ved “solid energilagring” med gravitation er, at den energi, der lagres kun på nogle få titusinder eller hundrede meter, ikke er så stor. Så du har ideelt set brug for meget af det, og så længe en minedrift eller klippe, hvis muligt.

Et flydende platform kunne stå over et område med dyb havbund, og sænke eller løfte en vægt over flere tusinde meter. Dette koncept kaldes Deep Ocean Gravitational Energy Storage (DOGES). Et firma, der arbejder på dette koncept, er den franske startup Sink Float Solutions.

“I øjeblikket kan offshore kraner med den største løftekapacitet løfte masser på 4000 ton, hvilket, ved en vertikal hastighed på 20 km/t, svarer til en effekt på 200 MW. Flere vinsjer på samme sted kan bruges parallelt.”

En fordel ved denne metode er, at de dele, der udsættes for havvand, kan være meget simple, blot metalcable og sten/beton, mens de følsomme elektriske og elektroniske komponenter placeres langt over havoverfladen på den flydende platform.

Afsluttende tanker: Vend tidevandet for ren energi

Jordens have og oceaner er måske de største uudnyttede energiresurser, fra offshore vind til udnyttelse af den dybe vandtermiske gradient, tidevand og bølger. De samme egenskaber ved havvand kan også bruges til afsaltning eller køling.

Sollys, der rammer havet, kan også bruges til produktion af brint eller biobrændstof, hvilket hjælper med at afkarbonisere sektorer, der er svære at elektrificere.

Oceanerne kan også være en vigtig kilde til ressourcer eller fremtidig energiproduktion, med for eksempel uranrensning fra havvand og dyb offshore geotermisk energi.

Endelig kan de være en kraftfuld og skalerbar mulighed for energilagring, især med gravitationsbatterier og dyb‑hav pumped hydro.

Dog skal alle disse muligheder tages i betragtning med de meget reelle vanskeligheder skabt af saltskorrosion, saltaflejringer, biofouling og voldsomme storme & orkaner.

Paradoxalt nok vil løsninger på disse problemer sandsynligvis drage stor fordel af den langvarige erfaring fra olie‑&gas‑industrien med at bygge offshore platforme og vedligeholde komplekst og skrøbeligt maskineri til havs.

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der arbejdede med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu aktieanalytiker og finansskribent med fokus på innovation, markedscyklusser og geopolitik i sin publikation 'The Eurasian Century'.