Havtermisk energi (OTEC)

28. oktober, 2016

Det forskes mye på hvordan vi kan utvinne energi fra havet. For eksempel kan kinetisk energi i havet i form av bølger og havstrømmer drive turbiner, eller forskjellen i saltinnhold og kjemiske reaksjoner kan få strøm til å gå gjennom ledninger. Men også varmeenergien i havet har potensiale. Ved å bruke temperaturforskjellene mellom overflatevann og dypvann kan vi få generert strøm, med overraskende bivirkninger.

Sammendrag

Havtermisk energi kalles også OTEC. Her utnytter vi forskjellen mellom overflatevarmen og bunntemperaturen i havet til å generere elektrisitet. Forutsetningene for at anlegget skal fungere er at overflatevannet holder minst 25 °C og har en helårig temperatur forskjell på 20 °C eller mer. OTEC er dermed best tilpasset tropiske og subtropiske strøk.

 

De to hovedtypene OTEC anlegg kalles lukket anlegg og åpent anlegg.  I et lukket anlegg bruker vi en binærvæske. Den varme temperaturen i overflate vannet varmer opp væsken slik at den går over til damp. Dampen brukes til å drive en turbin.  Deretter bruker vi kaldt vann fra dypet til å kjøle ned igjen dampen, slik at syklusen kan repetere seg selv. I et åpent anlegg bruker vi vanlig sjøvann til å drive turbinen. Vannet strømmer kontinuerlig inn i et kammer med lavt trykk. Det lave trykket senker vannets kokepunkt betraktelig, slik at noe av vannet fordamper. Vanndampen driver turbinen og vi får elektrisitet. Vannet kjøles og syklusen gjentar seg.

 

Et OTEC anlegg gir oss ikke bare elektrisk strøm, men også andre produkter vi kan nyttiggjøre oss av som rent drikkevann og næringsrike salter fra dyp-vannet. OTEC er også en stabil energikilde som kan produsere døgnet rundt. Håpet er at OTEC skal kunne frigjøre tropiske og subtropiske øyer fra import av fossilt brensel.

 

En negativ konsekvens av OTEC er at det må bygges mange og store anlegg for at teknologien skal lønne seg. OTEC kan også føre til lokale miljøforandringer. Kaldt dyp-vann tas opp, og blir sluppet med en lunken temperatur i områder der fiskene er vant med varmt vann. Dette kan føre til at fisken begynner å sky området, noe som kan få ringvirkninger for økosystemet i området.

Hva er havtermisk energi?

Havtermisk energi eller havvarmekraft, internasjonalt kalt OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion), går ut på å utnytte forskjellen mellom overflatevarmen og bunntemperaturen i havet til å generere elektrisitet. Denne energikilden er mest relevant i tropiske og subtropiske strøk, hvor overflatetemperaturen er ca. 20-25 °C, og bunntemperaturen på 1000 meters dyp er ca. 5 °C.

 

Det finnes forskjellige OTEC-anlegg. De to hovedtypene er beskrevet under. De kan være flytende eller landfaste konstruksjoner, ikke så langt fra havet.

Lukket OTEC-anlegg (closed-cycle)

I et lukket OTEC-anlegg bruker vi en væske med lavt kokepunkt, for eksempel ammoniakk eller propan. Vi bruker den varme temperaturen i overflatevannet til å varme opp væsken. Dette gjør at den går over til damp, som kan brukes til å drive en turbin. For at denne syklusen skal repetere seg selv, må væsken kjøles ned. Det gjør den ved hjelp av kaldt vann fra dypet som pumpes opp av pumper som går på elektrisitet. Animasjonen under forklarer prinsippet.

 

Animasjon: UngEnergi

Åpent OTEC-anlegg (open-cycle)

I et åpent OTEC-anlegg brukes sjøvann til å drive turbinene. Men hvordan får vi vann på 20-25 °C til å koke? Det får vi til ved å senke trykket, for vann fordamper ved en lavere temperatur når det er lavt trykk. Vannet strømmer kontinuerlig inn i et kammer med lavt trykk, og etter at vanndampen har passert turbinen er trykket enda lavere. Akkurat som i lukkede anlegg får vi elektrisitet når turbinen blir drevet rundt, bare at denne gangen er stoffet vanndamp, ikke f. eks. ammoniakk.

 

Animasjon: UngEnergi

Nyttige biprodukter

Et OTEC-anlegg gir oss ikke bare elektrisk strøm, men også andre produkter vi kan nyttiggjøre oss av.

  • Ferskvann: Etter at sjøvannet har fordampet i et open-cycle anlegg, blir vannet kondensert. Da er saltet borte, og restproduktet er ferskvann. Dette er et veldig nyttig biprodukt, siden mange tropiske områder mangler ferskvann.
  • Alger: Vannet i dypet er rikt på næringssalter som ikke finnes ved overflaten. Disse stoffene blir med kaldtvannet til OTEC-anleggene opp til overflaten. Her kan vi bruke næringsstoffene til å gro alger og få en stor biomasse-produksjon. Det er snakk om både mikroalger og makroalger (tang og tare).
  • Hydrogen: Vi kan se for oss at det i fremtiden finnes så mange OTEC-anlegg at vi genererer mer energi enn det vi trenger. Da kan vi bruke overskuddsenergien til å produsere hydrogen som kan brukes som miljøvennlig drivstoff i biler og andre kjøretøy.

Hvordan er forholdene for dette?

Havtermisk energi krever overflatevann på 25 °C og en helårig temperaturforskjell på 20 °C eller mer. Slike forhold finner man i tropiske og subtropiske strøk. OTEC-anlegg kan fungere ved lavere temperaturforskjeller, men det er ikke økonomisk. Jo større temperaturforskjell, jo høyere virkningsgrad. Et OTEC-anlegg er altså ikke økonomisk i Norge, selv om det kan fungere her om sommeren. Dessuten er det slik at jo færre meter man trenger å gå ned i dypet for å finne kaldtvann, jo bedre. Da trenger man ikke like lange rør, og det blir billigere.

Hvilke OTEC-anlegg finnes i verden i dag?

Per i dag er det bare installert pilot-anlegg, selv om vi har tilgang på all teknologien som trengs for å installere OTEC til kommersielt bruk. Det eneste som gjenstår er å få politikere og folket til å innse at dette er noe å satse på. I tillegg er OTEC dessverre nokså dyrt.

 

På Hawaii ble det på 90-tallet satt opp et OTEC-anlegg på 200-250 kW på land. I havet rundt Hawaii behøver man ikke å dra så langt ut før det blir veldig dypt, så anlegget fikk kaldtvann fra et rør som lå langs havbunnen. Det var et open-cycle anlegg, og det produserte også ferskvann. Som en fun-fact har Hawaii faktisk gått så langt som å eksportere destillert dypvann på flaske. Dette har blitt veldig populært i Japan. OTEC-anlegget var ment som et test-prosjekt, så det er nå avsluttet av økonomiske grunner og fordi utstyret som var brukt ikke var ment å vare så lenge. Anlegget står der enda.

Framtidsvisjoner

OTEC er perfekt for tropiske strøk, i disse områdene finner man mange fattige land. Fremtidsmålet vil være at havtermisk energi skal kunne frigjøre de tropiske og subtropiske øyene fra import av fossilt brensel.

 

OTEC-anlegg kan kombineres med oppdrettsfiske og akvakultur. Det næringsrike dypvannet som blir tatt opp av anleggene kan brukes til å produsere planteplankton, som blir brukt som mat for zooplankton. Zooplankton brukes som mat til fisk i offshore fiskeoppdrett. Dette er en miljøvennlig måte å drive oppdrettsfiske på. Prosessen for å designe disse anleggene er i gang i USA, Japan og Norge.

 

Tidligere i teksten nevnte vi at havtermisk energi ikke er særlig relevant i Norge, men vi har fortsatt mye vi kan bidra med innen forskning. Vi har en ganske flink offshore-industri, så det gjenstår bare å få dem til å tenke nytt. Selv om teknologien som trengs til OTEC allerede er utviklet, finnes det forbedringspotensialer på f.eks. rørene som skal ned til 600-1000 meters dyp.

 

En av konsekvensene av global oppvarming er mer ekstremvær. I de tropiske områdene vil det danne seg enda kraftigere orkaner og tropiske stormer. Det er fordi havet varmes opp, og orkanene får mer energi. OTEC frakter kaldt vann til overflaten. Det er kanskje mulig at OTEC-anlegg i Mexicogolfen kan være med å forhindre sterke orkaner. Dette er absolutt ikke sikkert, og vil nok kreve anlegg i stor skala. Dessuten vil det muligens få følger for økosystemer i nærheten.

Miljøkonsekvenser

Havtermisk energi er en fornybar energikilde, men som de andre energikildene er den ikke 100 % miljøvennlig. Akkurat som for de andre energikildene, vil OTEC-anlegg ha noen konsekvenser for miljøet. Som regel handler disse konsekvensene om at økosystemet i vannet forandrer seg. Eksempel på noen lokale miljøkonsekvenser er at fiskene kan bli påvirket av temperaturforskjellene. Kaldt dypvann tas opp, og blir sluppet med en lunken temperatur der fiskene vanligvis er vant med varmt vann. Resultatet er lokale miljøforandringer, og fiskene kan sky unna disse områdene. For at OTEC skal lønne seg, vil den bli bygd ut i stor skala, og da vil miljøkonsekvensene også bli større.

OTEC Africa

OTEC Africa er et prosjekt som skal gi afrikanske land både elektrisitet fra fornybar energi og ferskvann. Land som dette kan være relevant for er Kenya, Tanzania, og land i det vestlige Afrika. Dette prosjektet har potensiale til å være en god hjelp for utviklingsland i tropiske og subtropiske strøk. Les mer på http://otecafrica.org/

 

I forbindelse med en konferanse OTEC Africa holdt i Sverige i 2013 intervjuet vi den svenske OTEC-forskeren Petter Dessne. Intervjuet kan du lese her!

Fordeler

  • Fornybart: OTEC har et stort potensiale, og det er en fornybar energikilde.
  • Utømmelig kilde: OTEC-anlegg kan produsere energi hele døgnet. Det er en stabil kilde, i motsetning til vind og bølger som kommer og går.
  • Tropiske strøk: Selv om OTEC bare gir kraftoverskudd noen bestemte deler av verden, er det i akkurat disse delene som trenger fornybar energi.

Ulemper

  • Rør: Den største utfordringen med OTEC-anleggene er rørene. De skal ned til 600-1000 meters dyp, og er ofte veldig dyre. Det kan tenkes at offshore-industrien kan ha kompetanse og teknologi som kan hjelpe.
  • Økonomi: OTEC er dyrt. Per i dag er det dyrere enn olje, noe som gjør det mindre populært å velge fornybart.
  • Organismer og begroing: Når man henter inn grunt vann kan det komme med diverse organismer som setter seg på kjølerne og varmevekslerne. Enten må vi finne teknologier til å rense, eller så må vi bytte ut delene.
  • Lokale miljøforandinger: Når dypvannet fraktes til overflaten, medfører det lokale miljøforandringer, f.eks. temperaturendringer.
  • Pumpen: 20 %-40 % av elektrisiteten som genereres går til å pumpe vann. Dette er negativt for virkningsgraden.
  • Vakuum: Å operere med vakuum (lavt trykk) i open-cycle anlegg kan være en utfordring.
  • Materialer: Alle offshore anlegg møter utfordringene som havet byr på. OTEC-anleggene må kunne motstå det aggressive saltvannet og tropiske stormer.
Kilder Nyttige lenker
Bruk som kilde
Denne artikkelen skrevet av UngEnergi er lisensiert under en Creative Commons Navngivelse-Ikkekommersiell-DelPåSammeVilkår 3.0 Norge Lisens.
UngEnergi.no benytter informasjonskapsler for å gjøre brukeropplevelsen bedre Lukk Les mer
Bevegelsesenergi: Ethvert legeme i bevegelse har kinetisk energi. Energimengden er bestemt av massen og farten til legeme etter formelen Ek = ½mv²
Væske med lavt kokepunkt.
når ett stoff går fra væske til gass fordamper det.
Elektroner i bevegelse. Husk at elektronene beveger seg i motsatt retning av den definerte strøm-retningen.