Ny teknik hämtar energi i havet

Stora mängder förnyelsebar energi finns att hämta i havet. Men hitintills har en fungerande metod saknats. Nu testar forskare vid Uppsala universitet en ny typ av generator som anpassats till vågornas karaktär.

– Vågor rör sig uppåt och nedåt. Därför är det lättare att använda en generator som rör sig linjärt, till skillnad från standardgeneratorer som roterar, säger Mats Leijon, projektledare och professor i elektricitetslära vid Uppsala universitet.
Under tio år, med start i våras, kommer forskning på vågkraft att ske utanför Lysekil på västkusten. Både tekniska, ekologiska och ekonomiska omständigheter kommer att undersökas.

Klarar vågornas rytm
Storm eller stiltje. Den teknik som ska utvinna energi från havet måste klara påfrestningar och att vågornas storlek skiftar.
– Som ingenjör vill man göra en så enkel konstruktion som möjligt. Komplicerad teknik ger fler felkällor, och då vet man att det inte fungerar, säger Mats Leijon.
Jämfört med forskning på andra förnyelsebara energikällor har forskning på vågkraft varit av mycket mindre omfattning. De första försöken att omvandla energin i havets vågor till elektricitet gjordes för 30 år sedan. Sedan dess har ett tiotal försöksanläggningar byggts världen över. Olika tekniker att ta tillvara vågorna har provats, men ingen har fungerat kommersiellt. Mekaniken har varit för komplicerad och de generatorer som har använts har varit standardgeneratorer, anpassade till hundra gånger högre hastigheter än vad vågor kan åstadkomma. De nya linjära generatorerna klarar däremot vågornas långsammare rytm.

Rörelse skapar el
En inkapslad generator kommer att placeras på havsbotten, fäst i ett betongblock. På havsytan guppar en boj som fångar upp vågornas rörelse.
Via en vajer som hela tiden är spänd förs rörelsen från bojen till generatorn. I generatorn rör sig en magnetpelare uppåt när bojen befinner sig på en vågtopp och nedåt när bojen är i en vågdal. En fjäder fäst under magnetpelaren dras ut när bojen rör sig uppåt, för att sedan dra ihop sig. När magnetpelaren flyttas genom de mycket kraftiga magnetplattor den omges av uppstår en spänning.
Generatorn är byggd för så kallad trefaseffekt, ojämn liksom havets rörelser. Därför likriktas effekten så att den kan föras in till land via kablar på havsbotten. När likströmmen når land görs den om till 50 hertz växelström och blir då användbar i elnätet.

Projekt Islandsberg
På 25 meters djup utanför Islandsberg vid Lysekil ligger idag fem betongfundament, bojar som markerar deras plats, och en vågmätare. Via mobiltelefonnätet förs information om hur vågorna rör sig till laboratoriet i Uppsala, där den första generatorn håller på att byggas.
– På så vis kan vi göra tester. Den första generatorn läggs ut när alla beräkningar stämmer med verkligheten, troligen i höst, säger Mats Leijon.
En första boj som lades ut i mars har tagits upp igen. Den visade sig fungera bra, men troligen kommer olika material och utformningar på bojar att testas. Successivt kommer försöksanläggningen att byggas ut fram till år 2008, och den kommer att vara i drift till år 2013-2014 då tillståndet för prövningarna går ut och då all utrustning ska avlägsnas.
Sammanlagt kommer tio bojar med generatorer och trettio bojar för ekologisk forskning läggas ut. Bojarna kommer att ligga med 30 meters mellanrum, så att det finns en fri yta där nya vågor kan bildas.
Fyra bojar för att studera samspelet med miljön kommer att läggas ut inom kort.

Påverkan på miljön
I projektet sker teknisk och biologisk forskning parallellt. Olivia Langhamer, doktorand i marinbiologi vid Uppsala universitet, gör fältarbeten vid Kristinebergs marinbiologiska station, som ligger i närheten av bojområdet. Hon kommer att undersöka hur miljön och vågkraftsparken påverkar varandra.
– När man sätter stora betongblock på botten kan arter försvinna, men det måste inte vara så, vissa arter gynnas också. Jag ska titta på hur antalet av en art och mängden arter ändras de närmaste åren, säger hon.
Det kan tänkas att betongfundamenten kommer att fungera som ett konstgjort rev så som man tidigare sett vid vrak. Där har djur som lever i grannområden sökt sig till vraken och hittat nya gömställen.
Bojområdet kan alltså fungera som naturskyddsområde och bli ett bra skydd för ungfiskar.
I dag är det sand och lera på områdets botten, och vid provtagningar har man hittat havsborstmaskar, mollusker och sjöstjärnor. Prover har även tagits från ett kontrollområde i närheten för att kunna göra jämförelser. För att se hur fisklivet påverkas kommer man att dyka och lägga nät.
På bojarna förväntas en påväxt av havstulpaner, alger, musslor och sjöstjärnor. Påväxten kan tänkas tynga ner bojarna så att de inte fångar upp lika mycket kraft.
– Det är möjligt att musslorna trillar bort av sig själva, men olika material kommer att testas för att se om påväxten fäster sämre på vissa material än på andra, säger Olivia Langhamer.

Energi byter skepnad
Fysikens energiprincip säger att energi varken kan skapas eller förstöras, bara omvandlas från en form till en annan. Alltså försvinner inte den energi som finns, utan den antar olika former.
Jordens alla energiresurser ingår i ett enormt system med solen som drivkraft. När energi rör sig från sol till vind och från vind till havets vågor blir den allt mer koncentrerad.
– Vågor kan användas fler timmar under året än sol och vind. Förutsättningarna för vågkraft är mycket goda, säger Mats Leijon.
Alla länder som har kuster runt omkring sig har förutsättningar att använda vågkraft. Potentialen är stor, för havet täcker 70 procent av jordens yta. Sjöfarten kommer inte att störas då tillräckligt med plats finns.
Kraft ur vågor kan utvinnas där det inte finns is. För Sveriges del är Östersjön söder om Stockholm och hela västkusten möjliga områden.
– Vågkraften skulle kunna producera 10 TWh per år i Sverige, och hela Skandinaviens energibehov skulle kunna tillgodoses om vågkraft utvanns längs Norges kust.
De perioder när vi har färre vågor och när förbrukningen under dygnet ändras skulle kunna balanseras upp med en annan energikälla, som vattenkraft, som vi kan styra. För vatten kan lagras, till skillnad från el som används direkt när den produceras.
– Alla fysiska förutsättningar finns att klara vår energiförsörjning med enbart förnyelsebara källor, men omställningen kommer att ta tid, kanske hundra år. Dessutom är de tekniska lösningarna inte riktigt där än. I realiteten kommer nog energiförsörjningen att ske genom en blandning av olika källor, säger Mats Leijon.

Charlotte Wikholm

En terawattimme (TWh) är en biljon wattimmar (1012 Wh). Vågkraft beräknas kunna producera 10 TWh per år i Sverige. Sveriges totala Energiförbrukning är 140 till 150 TWh per år. Med dagens teknik beräknar man att vågkraft ska kunna utvinnas ner till 100 meters djup, och att bojarna ska ligga så långt från kusten att de inte syns från land.