Tidevannskraft

 

>> 1. Ressursgrunnlag
>> 2. Hvordan virker det?
>> 3. Teknologistatus
>> 4. Økonomi

 

 

 

1. Ressursgrunnlag

Tidevannsforskjeller skyldes at gravitasjonskreftene fra solen og månen fører til en endring av havnivået både på den delen av jorda som vender mot og fra månen. Det dannes da lange havbølger med bølgehøyde mindre enn 1 meter og med periode på 12 timer og 25 minutter, det vil si tiden mellom flo og fjære. Solen og månen i fellesskap resulterer i 14 dagers perioder med maksimum og minimum i tidevannsforskjeller. Topografiske forhold fører til at lokale tidevannsforskjeller kan bli betydelig større eller mindre enn havbølgen på 1 meter. I tillegg kan variasjoner av høytrykk og lavtrykk sammen med innvirkning av vindretning føre til betydelige avvik i tidevannsforskjellen. Høyden på bølgen varierer med månens påvirkningskraft.

På spesielt gunstige steder i streder og sund kan store vannmasser skyte fart og gi en energitetthet i området 500–1 000 W/m2.

Ressursen globalt                                                       
I følge det internasjonale energibyrået IEA er den økonomisk utnyttbare tidevannsressursen globalt på ca. 180 TWh per år.

Ressursen i Norge

Tidevannsforskjellen i Norge varierer mellom 0,3 meter (Oslo) og 2,1 meter (Kirkenes). Dette er i praksis for lite til å utnytte tidevannets potensielle energi. I stedet satser en i Norge på å utnytte tidevannets bevegelsesenergi da den norske kystlinjen består av mange trange og dype fjorder der tidevannsstrømmen kan bli sterk. Det utnyttbare potensialet i Norge er antatt å være 1- 2 TWh per år.

 

2. Hvordan virker det?

Det finnes to ulike konsepter for å produsere elektrisitet fra tidevann:

1. Tidevannsdemninger som utnytter tidevannets stillingsenergi som følger av nivåforskjeller på flo og fjære. Her vil tidevannet som kommer mot land stenges det ute av en demning, og slippes gjennom en vannturbin når passende nivåforskjell er oppnådd. Når tidevannet snur vil vannet gå gjennom turbinene i motsatt retning.   

2. Tidevannsturbiner som utnytter bevegelsesenergien i vannstrømmen mellom flo og fjære. Her plasseres turbiner under vann, forankret på havbunnen, og drives direkte av tidevannsstrømmen. Turbinene kan i utforming kan minne om vindturbiner, og har normalt et vingespenn på rundt 15-20 meter. Figurene under viser illustrasjon av tidevannsturbiner. 

 

En fordel ved tidevannsturbiner er at de kan "gjemmes" på havbunnen. Kilde: Atlantis

 

Illustrasjon av tidevannsturbiner på havbunnen. Kilde: Atlantis  

En fordel med tidevannskraft er at tidevannsstrømmene er forutsigbare, noe som innebærer at de øker og avtar helt jevnt, og i kjente sykluser. Dette gjør det enkelt å dimensjonere anlegget, samtidig som man på forhånd vet hvilke krefter utstyret kommer til å bli utsatt for. Ettersom energitettheten i vann er mye høyere enn i luft, kan tidevannsturbinene også være vesentlige mindre, men fortsatt ha tilsvarende effekt som en mye større vindturbin. Mindre størrelse er en fordel ved transport og generell håndtering ved utbygging. Samtidig har en tidevannsturbin helt andre begrensninger enn en vindturbin både når det gjelder fysisk størrelse og installert effekt. En annen ulempe er at strømvirvler fra havstrømmer kan føre til at større turbiner ødelegges ved at vingene utsettes for ulike krefter. På grunn av de store kreftene i vannmassene må rotorene i tidevannsturbinene også tåle mye større belastninger enn vindturbiner.

Effekten på en tidevannsturbin avhenger både av kraften i tidevannsstrømmen og dypet i sundet den er plassert. Turbinen må også lokaliseres dypt nok til at den ikke kommer i kontakt med trafikken på overflaten.  

3. Teknologistatus

Tidevann er foreløpig en lite benyttet energikilde på verdensbasis i dag, men det finnes en del mindre testanlegg samt noen større anlegg. Et utvalg av disse er beskrevet under.

Tidevannsdemninger

The Rance Tidal Power Station, Frankrike

Kraftverket ved munningen av elva Rance i Nord-Frankrike sto ferdig i 1966 og består av en 330 meter lang steinfyllingsdam der 24 såkalte bulb-turbiner, hver på 10 MW, er installert i luker i selve dammen. Bulb-turbinen er en Kaplan-variant, som utnytter tidevannstrømmen både ved flo (inn) og fjære (ut). Rance-kraftverket er i realiteten et pumpekraftverk, som kan holde tilbake vannet ved fjære og produsere elektrisitet når prisene er gunstige.

 

Rance tidevannskraftverk. Kilde: www.constructionweekonline.com

Annapolis Tidal Power Station, Canada

Annapolis Tidal Power Station er lokalisert på østkysten av Canada og stod ferdig i 1984. Det har en installert effekt på 20 MW, og produserer rundt 80-100 MWh per dag, avhengig av tidevannet.  

Annapolis tidevannskraftverk. Kilde: www.annapolis-valley-vacation.com/

Swansea Bay Tidal Lagoon, Wales

Swansea Bay Tidal Lagoon med en installert effekt på 240 MW er for tiden under planlegging og har en antatt idriftsettelse i 2018 gitt at alle nødvendige tillatelser kommer på plass. Det er planlagt å installere Kaplan bulb-turbiner produsert av Andritz Hydro og GE Power Conversion. En demning vil etableres for å regulere tidevannsstrømmen som igjen brukes til å produsere elektrisitet både ved flo og fjære. 

Incheon Tidal Power Station, Sør-Korea

Verdens største tidevannskraftverk er for tiden under bygging ved Incheon nordvest i Sør-Korea. Kraftverket er planlagt å stå ferdig i juni 2017 og vil ha en installert effekt på 1320 MW. Totalt 44 vannturbiner á 30 MW anslås å kunne produsere inntil ca. 2,4 TWh årlig.

Tidevannsturbiner

Det finnes flere ulike turbinvarianter for utnyttelse av tidevann. Grovt sett kan disse deles inn i to kategorier: i) de som opererer i grunt vann langs kysten og ii) de som opererer i dype kanaler der tidevannet beveger seg med stor hastighet. De fleste løsningene som nærmer seg kommersialisering finner man i den siste kategorien. Noen eksempler er angitt under.  

SeaGen, Nord-Irland

Det britiske selskapet Marine Current Turbine (MCT) har utviklet en tidevannsteknologi kalt SeaGen. Konseptet består av to propeller på hver side av et tårn, montert på havbunnen. MCT installerte den første generatoren i Stangford Narrows (Nord-Irland), og i 2008 ble denne knyttet til nettet. Anlegget genererer 1,2 MW mellom 18 og 20 timer i døgnet.  

 


Marine Current Turbines tidevannsturbin. Ill: MCT  

Flumill, Norge

Det norske selskapet Flumill AS planlegger å bygge et tidevannskraftverk i Rystraumen utenfor Tromsø, basert på egenutviklet teknologi. Flumill har utviklet sitt eget patenterte konsept for tidevannskraft som basert på to store skruer som skal rotere ved hjelp av havstrømmer fra tidevannet. De to skruene har en diameter på 8 meter og en lengde på 32 meter, og installert effekt vil være inntil 5 MW. Kraftverket er testet ut i Storbritannia i mindre skala. Planen nå er å teste turbinen i full skala under reelle driftsforhold. I 2012 fikk selskapet både konsesjon av NVE og 57 millioner kroner i støtte fra Enova til å bygge ut anlegget i Rystraumen. Teknologien er illustrert i figuren under. 

 

Flumill sitt konsept som er planlagt testet ut i full skala i Rystraumen utenfor Tromsø. Illustrasjon: Flumill AS

Hydra Tidal, Norge

Hydra Tidal sin tidevannsturbin på 1,5 MW er kalt Morild II, og ble satt i drift i Gimsøystraumen i Lofoten i 2010. Teknologien er basert på en flytende struktur som forankres til havbunnen via sugeanker i kombinasjon med et nytt og patentsøkt bøyesystem. Kraftverket har fire toblads turbiner som er nedsenket i vannet og utnytter energien i både tidevanns- og havstrømmer. Energien driver to synkrongeneratorer ved hjelp av hydraulisk overføring. Turbindiameter er 23 meter og bladene kan vris 180 grader rundt (pitches) for å utnytte energien i vannstrømmen i begge retninger.

Etter den første testperioden hvor det oppstod en feil på anlegget, jobbes det nå med å gjøre oppgraderinger av prototypen med det formål å fortsette uttestingen av teknologien. 

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=tT1CEqSEzdQ  

  

Illustrasjonsfoto av Morild II. Anlegget vil være lite synlig over vannflaten. Ilustrasjon: Statkraft

Sound of Islay/ Kvalsundet, Skottland/Norge

Scottish Power Renewables er meddelt konsesjon for å teste ut en tidevannsturbin på vestkysten av Skottland. En av de aktuelle tidevannsturbinene er Andritz Hydro Hammerfest sin 1 MW turbin (HS1000). Denne turbinen er en videreutvikling av den opprinnelige 0,3 MW turbinen som ble testet ut i Kvalsundet i Finnmark. 

 

Turbinen til Andritz Hydro Hammerfest som er testet ut blant annet i Kvalsundet i Finnmark. Kilde: Andritz Hydro. 

 

4. Økonomi 

Det finnes få eller ingen større kommersielle anlegg av kraftproduksjon fra tidevannsstrømmer internasjonalt. Eksisterende kostnadsunderlag er basert på prototyper og testanlegg, og er derfor sprikende og utilstrekkelig. Beregninger av LCOE har de siste årene gitt høyere tall enn tidligere angitt. Dette skyldes at nå som noen testanlegg er kommet i drift har man sett at opprinnelige estimater var for optimistiske. Utfordringene og de reelle kostnadene ved drift og vedlikehold viser seg også å være høyere enn tidligere antatt.

Bloomberg New Energy Finance (2013) har utarbeidet en oversikt over kostnader ved ulike energiteknologier. Her anslår de investeringskostnadene (CAPEX) før tidevannskraft til å være mellom 6,7 og 16 MUSD/MW, og levetidskostnadene (LCOE) til å være mellom 263-1 049 USD/MWh.