Lyst til å vinne en kraftig solcellelader?

Svar på våre 7 enkle spørsmål her.

Tidevannsenergi

20. september, 2016

Tidevann er en konstant bevegelse i vannmassene på jorda. Gravitasjonskreftene fra sola og månen trekker på vannet. Vi merker det som at havstanden stiger og synker, det blir flo og fjære. Enkelte plasser kan forskjellene mellom høyvann og lavvann være ekstreme. Dette skyldes store mengder energi, energi vi kan utnytte oss av.

Sammendrag

Tidevannsenergi er en fornybar energikilde som har den fordelen at den er svært forutsigbar. I dag er det mange pilotprosjekter underveis, men få tidevannskraftverk er i drift. Man kan utnytte høydeforskjellen i tidevannet, eller man kan utnytte farten i vannet mens det stiger og synker. Det er stor variasjon i konseptene, men det ledende går ut på å plassere undersjøiske turbiner på havbunnen som drives rundt av den sterke tidevannsstrømmen i smale sund. Det at dette foregår under vann skaper mange utfordringer. De forskjellige typene anlegg skader nærmiljøet og økosystemene rundt i ulik grad, tidevannsdemninger skader mest. Tidevannsenergi kommer til å nå et kommersielt nivå tidligst innen 2020.

Hva er tidevannsenergi?

Man kan utnytte tidevannet på to måter: Høydeforskjellen fra flo til fjære (og omvendt), eller hastigheten (bevegelsesenergien) i vann som strømmer fra høyvann til lavvann (og omvendt). Begge prinsippene går ut på å fange den kinetiske energien i vannet.

 

Det går omtrent 12 timer og 25 minutter fra en flo til neste flo. Det samme gjelder fra det er fjære til neste gang det blir fjære. Det vil si at det er høyvann ca. 2 ganger i døgnet. Når høyvannet er på sitt aller høyeste kalles det springflo. Dette skjer omtrent hver 14 dag, da ligger månen og sola på samme linje og vil trekke vannet i samme retning (Fig. 1). I tiden mellom en springflo til den neste er det springfjære, altså ekstra lav fjære.

Tidevann fig1
Fig. 1: Solen og månen trekker vannet i samme retning, de samler altså kreftene sine og skaper ekstra høyt vann. Det oppstår springflo.
Illustrasjon: Ole Gunnar Dahlhaug, NTNU
Tidevann fig2
Fig. 2: Solen og månen står i 90° vinkel. Man tror gjerne at det er månen som påvirker tidevannet, men solas gravitasjonskraft spiller også inn, selv om det ikke er like mye som månen. Dette kommer av at solens avstand til jorden er mye større en månens avstand til jorden. Det er flere faktorer som også påvirker tidevannet, som for eksempel rotasjonskreftene til jorda, månen og sola.
Illustrasjon: Ole Gunnar Dahlhaug, NTNU
Tidevann fig3
Fig. 3: Figuren viser at det tar omtrent sju dager mellom springflo og nippfjære. De korte blå buene markerer lavvann og de lange høyvann. På disse ser du at det er omtrent to høyvann og to lavvann i døgnet. Øverst ser man at månen og solen står i 90 ° vinkel ved nippen, og i rett linje ved springflo.
Illustrasjon: Ole Gunnar Dahlhaug, NTNU


Du finner enkle fysikkeksempler på tidevanskraft her (NTNU Havromsteknologi) under bok/læringsmateriell, kapittel 13.

Tidevannsforskjeller

Den gjennomsnittlige forskjellen mellom høyvann og lavvann i Norge er på 1 m. Tallene varierer for ulike deler av landet. I Nord-Norge kan forskjellen være mellom 2-3 m, lengst sør er den under 1 m. Dette er ikke særlig store forskjeller, og egner seg ikke til kraftproduksjon. I andre deler av verden kan mann finne store forskjeller, mellom 10-20 m. Fundybukta i Canada er kjent for å ha store forskjeller mellom flo og fjære, normalen ligger på hele 16 m! Frankrike og Storbritannia har også store tidevannsforskjeller, dermed har de gode vilkår for å satse på tidevannsenergi. Desto større forskjell man har, desto mer energi kan man hente ut.

Tidevannskraftverk

Det finnes ulike typer tidevannskraftverk. Tidevannsdemninger står på land, men de fleste kraftverkene finner du i selve vannet. Noen opererer på grunt vann, andre opererer på dypt vann, noen er plassert på havbunnen, mens andre flyter. Selv om hvert anlegg baserer seg på hver sin metode, er det mest vanlig å bruke turbiner for å utvinne energien i tidevannet. Under vil du se eksempler på noen av metodene som benyttes i et tidevannskraftverk.

Prinsippet til en tidevannsdemning. Turbinen som er inni selve demningen trenger ikke nødvendigvis å ha vannrett akse.
Animasjon: Aqua-RET
En tidevannsturbin med vannrett akse ser ut som en undersjøisk vindmølle. Den fungerer omtrent som en vindturbin, ved at vann i bevegelse roterer bladene på den horisontale aksen og generer strøm. Dette er den vanligste og mest miljøvennlige teknologien.
Animasjon: Aqua-RET
En tidevannsturbin med vertikal akse virker på samme måte som den horisontale. Forskjellen er at turbinen roterer rundt den vertikale aksen og generer strøm. Denne kan brukes i grunt vann.
Animasjon: Aqua-RET
Pendlende vinge eller oscillerende hydrofoil (eng: oscillating hydrofoil) fungerer ved at tidevannet får en slags vinge til å bevege seg opp og ned. Vingen er festet til en arm som inneholder en hydraulisk væske som igjen driver en motor som er koblet til en [act post_id="3935"].
Animasjon: Aqua-RET
Venturiprinsippet fungerer ved at tidevannet går gjennom en slags sjakt, sjakten er smalere en åpningen dermed øker hastigheten på vannet. Jo større fart vannet har gjennom turbinen midt i sjakten, desto mer strøm vil bli produsert.
Animasjon: Aqua-RET
Archimedes-Screw
Arkimedes’ skrue fungerer ved at vannet beveger seg opp gjennom den korketrekkerformede spiralen. Den har en sentral akse som den beveger seg rundt. Innretningen er basert på Arkimedes’ skrue, som er en trykkløs pumpe som transportere vann oppover, fra et lavtliggende sted til et mer høytliggende sted. Det norske selskapet Flumill AS har satset på denne teknologien. Les mer om dette her (UngEnergi.no).
Animasjon: Aqua-RET
Tidal-Kite
En tidevannsdrage er forankret til havbunnen og har en turbin festet under vingen. Dragen «flyr» i en åttetallsfigur i tidevannsstrømen. Dette er for å øke hastigheten på vannet som strømmer gjennom turbinen.
Animasjon: Aqua-RET
TidalSails
Tidal Sails har fått inspirasjon fra seil. Den fungerer ved at mange seil er festet på en kjetting som blir dratt rundt av tidevannsstrømmen. Se video fra det norske firmaet Tidal Sails AS.
(Foto publisert med tillatelse fra Are Børgesen, Tidal Sails AS)

La Rance tidevannskraftverk

La Rance tidevannskraftverk
La Rance tidevannsdemning.
Foto: Wikipedia, bruker: Dani 7C3

En av de største tidevannskraftverkene i verden befinner seg i Frankrike ved utløpet av elven La Rance, der tidevannsforskjellen er 8,5 meter. Dette kraftverket er en tidevannsdemning. Disse demningene blir oftest plassert over elvemunninger. Tidevannet blir sluset gjennom demningens 24 turbiner, og holdt tilbake på den andre siden til det blir sluppet ut igjen gjennom turbinene ved lavvann. Årlig produserer den 550 GWh strøm. For å sammenligne: Norges største vindpark på Smøla produserer 432 GWh strøm i året. Demningen fungerer i tillegg som en bro for biler.

Tidevannskraftverk i Norge

I Norge satser vi på å utnytte vannhastigheten mellom vannet som strømmer fra høyvann til lavvann eller omvendt. Norges første tidevannskaftverk finner vi i Kvalsundet i Nord-Finnmark. Det ble satt i gang i 2003 som et pilotprosjekt, og viste seg å være det første tidevannskaftverket i verden som leverte strøm til strømnettet. Nå finnes det flere små kraftverk i Norge, blant annet i Lofoten og Tromsø, men de er mest til testing. For å nevne noen norske selskaper: Andritz Hydro HammerfestNorwegian Ocean PowerTideTecAqua Energy Solution ASTidal Sails AS.

Teknologistatus

Slik ting står i dag er tidevannsenergi er en relativt liten energikilde. Det finnes få tidevannskraftverk i verden og de fleste er i testfasen. Man tror likevel (i 2012) at tidevannsenergi vil nå et kommersielt nivå mellom 2015-2020. Blant de ulike energikildene fra havet er dette det tidligst anslåtte kommersielle nivå. Tidevannsenergi kommer trolig aldri til å bli noen storproduksjon slik som vannkraft, men er estimert til å dekke 1 % av verdens energibehov innen 2050.

 

De tidevannskraftverkene som brukes mest i dag er tidevannsturbiner. Dette kommer av at disse er de billigste og mest miljøvennlige metodene. Angående turbinenes utseende finnes det mange ulike ideer. Hvordan skal den se ut for at vi skal få maksimalt utbytte? Vi har ikke funnet den ideelle modell, men det som ser ut til å fungere best i dag er turbiner med horisontal akse.

Prototyper

Det finnes mange små og store selskaper med forskjellige ideer innen tidevannskraft. Den største i Norge er Hammerfest Strøm, som har begynt et samarbeid med et skotsk firma. Det kan være vanskelig å satse på tidevannsenergi i Norge i forholdt til Storbritannia. Dette kommer av at strømprisene i UK er høye i forhold til Norge, og at myndighetene her satser sterkt på fornybar energi fra havet og tilbyr statlig støtte. Dette gjør at Storbritannia er et populært sted for dyre pilot-testinger. Storbritannia har selv et godt potensiale innen tidevannsenergi, så her finnes mange prototyper som er montert ned i vannet. Det er stor variasjon i prototypenes design. Et mye omdiskutert tema er hvordan man skal feste anleggene til havbunnen.

Fordeler

  • Fornybar: Tidevannsenergi er en fornybar energikilde.
  • Usynlig: Turbinene virker ikke sjenerende på naturen ved at de er såkalt usynlige (de står under vann).
  • Forutsigbart: Tidevannsenergi er svært forutsigbart i forholdt til f. eks. vind og solenergi, siden man vet når tidevannet vil inntreffe og hvilke krefter utstyret vil bli utsatt for.
  • Effektivt: Vann har 850 ganger større tetthet enn luft og det skal bare en hastighet på 0,5 m/s til før tidevannsturbinen produserer strøm. Dette gjør at man ikke trenger like lange blader på en tidevannsturbin som på en vindturbin med samme effekt.
  • Dyreliv: Mange turbiner roterer så sakte at dyrelivet ikke blir særlig påvirket.

Ulemper

  • Dyrt: Teknologien er fortsatt ny og dyr. Før man kan koble noe til strømnettet må man gjennom en mengde testing som er tidskrevende og dyr. Tidevannsprosjekter er avhengige av statlig finansiering og støtte.
  • Produserer ikke strøm hele tiden: Tidevannsturbiner produserer bare strøm i det vannet går fra flo til fjære og omvendt.
  • Båttrafikk: Turbinene må plasseres såpass dypt at de ikke påvirker båttrafikken ved overflaten.
  • Sterke materialer: Saltvann forårsaker rust, dermed må man finne materialer som kan unngå dette. Havstrømmer har strømvirvler som kan ødelegge turbinene ved at det blir ulik kraft på hvert blad. Bølgene kan dessuten skape trykkforskjeller som kan resultere i slitasje på turbinene.
  • Utfordringer med offshore: Noen typer tidevannsanlegg er såkalte offshoreanlegg. Dette krever lange og kraftige kabler for å kobles på strømnettet, noe som er veldig dyrt. Her i Norge er de mest relevante stedene for utvinning av tidevannsenergi i trange sund der tidevannstrømmen er sterk (nærme land), så for oss vil ikke dette være noe problem.
  • Utfordringer med tidevannsdeminger: Tidevannsdemninger har miljømessige ulemper. Å sette opp en stor konstruksjon over en elv kan få konsekvenser for naturen og dyre- og plantelivet. Vann, sedimenter (små partikler som vanligvis vil bli ført med vann og andre medium) og annet som vanligvis ville blitt med elven ut i havet blir holdt tilbake. Søppel kan hope seg opp foran tidevannsdemningen. Fugler som lever på gjørmebanken langs elven, får problemer når tidevannet oppholder seg lenger bak demningen enn det ville gjort naturlig.
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
Ethvert legeme i bevegelse har bevegelsesenergi. Energimengden er bestemt av massen og farten til legeme etter formelen Ek = ½mv²
Bevegelsesenergi: Ethvert legeme i bevegelse har bevegelsesenergi. Energimengden er bestemt av massen og farten til legemet etter formelen Ek = ½mv². Kalles også kinetisk energi.