Hvorfor bølgeenergi?

© Earth-vision.biz.

De fleste er efterhånden enige om, at vores fremtidige energi forsyning ikke kan være baseret på fossile brændsler, og vedvarende energikilder må gradvist tage over. Men hvad har bølgeenergi at byde på i denne forbindelse – hvad er status, og hvad er teknologiens forcer og ulemper?

Indledningsvist er det på sin plads kort at ridse banen for udnyttelse af bølgeenergi op. Motivationen herfor deles langt hen ad vejen med motivationen for de øvrige vedvarende energi kilder, det vil sige faktorer som de CO2 drevne klimaændringer samt det faktum at den de fossile brændsler vi i dag baserer vores civilisation på, er en endelig ressource.  

Men hvad er så problemerne? Ja, den primære hemsko er prisen. Dernæst spiller variationen i den vedvarende energi en rolle, idet vi jo også skal bruge el selvom det ikke blæser. Der vil derfor på længere sigt blive brug for et mix af de forskellige tilgængelige vedvarende energikilder. Idet bølgerne genereres af vinden, der føder energi heri over lange afstande, vil bølgeenergi kunne medvirke til at udjævne energiproduktionen i det samlede system, da denne er mere udjævnet og typisk også faseforskudt i forhold til vind. Endvidere lader bølgeenergien sig lettere forudsige end det er tilfældet for vind, hvilket er af væsentlig betydning planlægning af den øvrige energiproduktion i nettet.

Er der andet der taler for bølgeenergi i forhold til de andre vedvarende energikilder? Tænkes der fremad på storskala udnyttelse af både vind og bølger offshore, så vil en faktor energiproduktion pr. arealenhed hav blive en konkurrenceparameter systemerne imellem, og her vil offshore bølgeenergianlæg, for de attraktive placeringer mod åbent hav, typisk have en væsentlig fordel i forhold til offshore vindmøller. Dog kan sameksistens vise sig i visse situationer at være den allerbedste løsning, både med hensyn til udnyttelse af det tilgængelige areal, men også med hensyn til fælles udnyttelse af infrastruktur, service mv. Med hensyn systemernes påvirkning af miljøet er et af de største problemer for vindmøller deres visuelle påvirkning. Dette problem er for bølgeenergianlæg meget mindre.

Hvor stor en bølgeenergiressource er der så til rådighed? Et tal i størrelsesordenen 5 TW (TW: 1012 W), vurderes at være et realistisk bud, med udgangspunkt i de teknologier, der kendes i dag. For at sætte dette i relief kan det nævnes at det globale middelenergiforbrug i 2005 er opgjort til ca. 15 TW, hvoraf elektricitet udgjorde ca. 10 %. (Til sammenligning kan det nævnes at den mængde solenergi der rammer kloden udgør ca. 120.000 TW, eller 8.000 gange vores forbrug!) Globalt set er det altså teoretisk muligt at udvinde flere gange klodens elektricitetsforbrug af bølgerne. De europæiske kyster rammes i middel af en mængde bølgeenergi, der svarer til Europas forbrug af elektricitet. Den danske vestkyst har også et rimeligt potentiale, selvom vi ligger i 'læ' bag de brititske øer. Et realistisk bud er at bølgeenergi kan dække 5-10 % af Danmarks el-forbrug, og 30 % er teknisk realiserbart. På den anden side af de britiske øer er potentialet pr. m bølgefront 5 gange større. Over en bred kam viser dette at bølgeenergi har potentialet til at kunne bidrage væsentligt til el-produktionen lokalt, regionalt og globalt. For Danmarks vedkommende er det potentielle bidrag til vores egen el-produktion værd at tage med, men den helt store motivation må være eksportpotentialet.

Når så energien i bølgerne skal tappes, er det vigtigt at forstå nogle karakteristika ved havbølger. Når bølgerne bevæger sig henover havoverfladen transmitteres bølgeenergi ligeledes og dette kan på åbent hav ske over store afstand uden nævneværdigt energitab. Selve vandpartiklerne bølgebevægelsen flytter sig til gengæld ikke – på samme måde som tilskuerne ikke flytter sig, men blot ”skubber til” naboen når der laves ”bølge” på et stadion. De enkelte vandpartikler i bølgen bevæger sig således på dybt vand i cirkulære baner med aftagende radius som man kommer ned igennem vandsøjlen. På lavere vand, hvor vandpartikelbevægelsen rammer havbunden, ”komprimeres” den lodrette komposant, og vandpartikelbanerne bliver til ellipser. I denne situation øges energitabet ved bølgernes udbredelse ved bundfriktion og bølgebrydning. Bølgeforholdene vil veksle med vejr og vind. Det vil sige at de karakteristiske bølgeparametre ikke er konstante over tid, og man må derfor ved udformning af bølgeenergianlæg have detaljeret kendskab til den statistiske fordeling af disse for at tilpasse anlægget en given lokalitet. Der vil være en væsentlig variation i den tilgængelige energi over året - mest om vinteren og mindst om sommeren (på vore breddegrader), hvilket heldigvis passer godt med det overordnede forbrugsmønster.  Endvidere er bølgerne uregelmæssige og retningsspredte, hvilket vil sige at de enkelte bølger i en given bølgetilstand vil have varierende højde, periode og retning. Disse forhold betyder at energiindholdet på åbent hav langt større end på lavere vand (typisk tæt på land). Tilsvarende er forholdet mellem kraftpåvirkninger i produktionssituationer og i ekstremsituationer er langt større på åbent hav end på lavere vand. Dette betyder at det er svært at sige noget entydigt om, om det er økonomisk mest optimalt at placere sådanne anlæg på åbent hav eller på lavere vand, idet anlæg på åbent hav må forventes at kunne producere mest energi, men må også konstrueres til at modstå væsentligt større kræfter. Generelt kan siges at bølgeenergianlæg skal være effektiv til at optage bølgeenergien i mindre, men ofte forekommende bølger, men ineffektiv i store, sjældent forekommende, bølger, da det i disse situationer handler om overlevelse mere end energiproduktion.

Hvordan ser et sådan bølgeenergianlæg så ud? Svaret herpå er langt fra entydigt. Idérigdommen er enorm – der findes i hundredevis af koncepter og mindst ligeså mange patenter på området, og endnu er der ikke opstået nogen entydig konvergens. Dog lader de fleste anlæg sig klassificere som enten ”point absorbere”, ”terminators” og ”attenuators”. Ved point absorbere forstås flydende legemer med en udbredelse der kun udgør en brækdel af den typiske bølgelængde den skal virke i. Det vil sige legemet vil bevæges sig op/ned/frem/tilbage under påvirkning fra bølgerne, og forbindes dette legeme til en fast eller relativ reference kan der ekstraheres energi heraf. Eksempler herpå er AquaBuoy, WaveBob og mange andre. Ved terminators forstås anlæg, der ligger på tværs af bølgeretningen, og som så at sige ”sluger” bølgeenergien. Eksempler herpå er kystnære anlæg der står på havbunden, som for eksempel OWC’ere og overskylsbaserede anlæg såsom det norske SSG, men også flydende anlæg som det danske Wave Dragon (se billede) hører til denne gruppe. Attenuators er anlæg, der ligger på langs af bølgeretningen. Eksempler herpå er det skotske koncept Pelamis, der er 4 rør, der er sammen koblet i 3 led, hvori der er placeres hydrauliske stempler til at tappe energien fra den relative bevægelse mellem de enkelte rør. Det danske anlæg Wave Star kan også opfattes som hørende til denne kategori, selvom de egentlig består af en samling af point absorbers. Det er endnu et åbent spørgsmål om der, som for vindmøllernes vedkommende, vil ske en konvergens henimod én bestemt type anlæg. Personligt tror jeg det ikke, da der så mange parametre i spil i forbindelse med udvælgelse af bølgeenergianlæg til en given projektlokalitet, men det er samtidig klart at ikke alle anlæg der er bragt på banen vil nå til fuldskalastadiet.

Hvor i udviklingen befinder vi os så idag? Som allerede indikeret er bølgeenergi stadigt på et meget tidligt udviklingstrin. Der findes idag et par håndfulde anlæg der er under afprøvning i noget der ligner fuld skala, men meget få af dem har mange drifttimer og store mængder produceret energi på loggen. Der findes en meget bred vifte af teknologier, og det store problem er idag at sige hvilke, om nogen, der i sidste ende vil kunne genere strøm i rigelige mængder til konkurrencedygtige priser. Man kan således med nogenlunde sikkerhed sige noget om hvor meget et givet anlæg forventes at kunne producere på en given lokalitet, men der er endnu meget svært at svare på hvad prisen bliver. Realistiske bud på kWh-prisen for kendte anlæg idag, for de første egentlige kommercielle installationer indikerer priser der ligger på 2-5 kr/kWh, hvilket er højt, men ikke højere end fx for el fra solceller eller for el fra vindmøller for 20-30 år siden. Forventningen er klart at man gennem masseproduktion og optimeringer kan komme ned på kWh priser svarende til offshore vind, men dette er endnu uopdaget land - eller vand! For at komme videre og tættere på et svar på hvad el produceret fra bølgeenergi koster, må man have fuldskala demonstrationsanlæg ud at ligge i lange tidsperioder, således man mere præcis viden om hvad det koster at bygge disse anlæg, og ikke mindst hvad der koster at drive og vedligeholde dem. Og denne demonstrationsfase er temmelig bekostelig med en stor tidsskala. Men den er nødvendig at komme igennem for at man med rimelighed kan afgøre om bølgeenergi på langsigt har en plads i fremtidens energimix.

ovennævnte er skrevet af Jens Peter Kofoed, Aalborg Universitet