Vandteknologier omfatter en række forskellige systemer, der anvender hav- eller ferskvand til produktion af elektricitet eller varmeenergi. Den mest velkendte vandteknologi er vandkraft, hvor kraften fra vand i bevægelse driver en turbine, som igen driver en generator til at skabe elektricitet. Vandkraft og andre vandteknologier er vedvarende, fordi deres brændstof genopfyldes naturligt gennem vandets kredsløb; de er rene alternativer til afbrænding af fossile brændstoffer, der forårsager klimaændringer. Vandkraft kræver ikke køb af brændsel til produktion, i modsætning til naturgas, kul og andre brændselsforbrændingsanlæg. De eneste omkostninger er opførelsen og driften af produktionsanlæggene.

Vandkraft tegner sig globalt set for ca. 15 % af elproduktionen. I 2014 havde amerikanske vandkraftværker en kapacitet på ca. 101.000 megawatt (MW) og producerede 6 procent af den samlede energi og 48 procent af den vedvarende elektricitet i USA. Selv om de fleste egnede steder til store dæmninger er blevet udviklet i USA og globalt, er der mange muligheder for at installere vandkraftsystemer på eksisterende dæmninger, der i øjeblikket ikke har produktionskapacitet, og for at anvende andre vandkraftteknologier i floder, tidevandsområder og åbne havområder. Ifølge to undersøgelser fra 2012 foretaget af det amerikanske energiministerium kan eksisterende dæmninger, der i øjeblikket ikke producerer strøm, levere 12 000 MW ekstra kapacitet, og hvis der bygges nye anlæg (herunder anlæg, der udnytter bølger og tidevandstrømme), kan vandkraft potentielt levere 15 % af USA’s elektricitet i 2030 (vs. 6 procent i dag).

Vandkraftanlæg kan installeres på floder, oceaner eller søer.

Floder

Dæmninger

Store vandkraftdæmninger ved større floder er de mest udviklede generatorer af vandkraft. Pumpelagrings- eller reservoirværker lagrer vand i et reservoir, som frigives til brug, når floden løber langsommere eller i perioder med spidsbelastning af energiefterspørgslen. Dette giver mulighed for pålidelig elproduktion ved grundbelastning. Hoover-dæmningen i Nevada og Grand Coulee-dæmningen i Washington er eksempler på disse store anlæg. Store dæmninger opfylder også flere samfundsmæssige behov som f.eks. kunstvanding, oversvømmelseskontrol og rekreation.

Der er flere ulemper ved reservoiranlæg. Undersøgelser tyder på, at store reservoirer i boreale og tropiske klimaer udleder lige så mange drivhusgasser som et kraftværk med fossilt brændstof. Oversvømmet vegetation nedbrydes og frigiver metan og kuldioxid i et stort udbrud i begyndelsen af en dæmnings levetid og fortsætter i mindre mængder i hele dæmningens brugsperiode. Yderligere virkninger omfatter ændringer i vandets temperatur, opløst ilt og andre næringsstoffer, skader på flodens økosystem, flytning af samfund som følge af ændringen af flodens strømning og ustabilitet på flodbredden, der fører til skovrydning, oversvømmelse og erosion. Vandkraft er sårbar over for klimaændringer. Længerevarende tørke kan mindske vandstanden i floden og dermed reducere elproduktionen, mens smeltende gletsjere, hurtig afsmeltning af snedækket eller ændringer i nedbørsmønstre fra sne til regn kan ændre flodstrømmen betydeligt.
Run-of-the-River

Run-of-the-River-anlæg har ingen vandopbevaringsfaciliteter, men kan bruge dæmninger med lavt niveau for at øge forskellen mellem vandindtagsniveauet og turbinen. I dette tilfælde genererer den naturlige flodstrøm elektricitet, og den producerede mængde elektricitet svinger afhængigt af flodens cyklus. Selv om run-of-the-river-teknologien kan anvendes til elproduktion i stor skala, anvendes den almindeligvis til at forsyne enkelte samfund med elektricitet med en kapacitet på mindre end 30 MW. Denne form for elproduktion er populær i landdistrikterne i Kina, men kan også anvendes mange andre steder, herunder i USA. Run-of-the-river-teknologien forstyrrer typisk meget mindre af flodstrømmen sammenlignet med store vandkraftdæmninger.
Kraftvarme

Kraftvarmeproduktion fungerer på samme måde som en vindmølle, men under vandet. Fordi vand er tættere end luft, vil vand, der bevæger sig med en given hastighed, producere meget mere strøm end den, der genereres ved en tilsvarende vindhastighed. Selve turbinen skal dog være stærkere og er derfor dyrere. Miljøvirkningerne af de nuværende vindmøller er uklare. Den kan skade fiskebestande, men der er udviklet fiskesikre møller.

Der er mange potentielle steder i USA, hvor der kan produceres strøm, og der er flere projekter i gang, bl.a. i East River i New York og i San Francisco-bugten. Federal Energy Regulatory Commission udstedte den første amerikanske licens til et kommercielt pilotprojekt for tidevandsenergi i USA i 2012. Den 10-årige licens sætter East River-projektet (Roosevelt Island Tidal Energy) i gang med at bygge 30 turbiner til at generere 1 MW.

Oceans

Tidal Barrage

Oceanisk tidevandsenergi udnytter den forudsigelige cyklus af energi, der produceres af tidevandet. En tidevandsspærre fungerer på samme måde som en stor dæmning til vandkraftreservoirer, men den er placeret ved indgangen til en bugt eller flodmunding. Det tilbageholdte vand i bugten frigives gennem turbiner i dæmningen og genererer strøm. Tidevandet skal have en tilstrækkelig stor spændvidde mellem højvande og lavvande, omkring ti fod, for at dæmningen kan fungere økonomisk. De bedste potentielle steder findes i Nordeuropa og på USA’s vestkyst. En tidevandsspærre i La Rance i Frankrig har været i drift siden 1967 med en kapacitet på 240 MW. Den potentielle miljøpåvirkning fra dæmninger kan være betydelig, fordi de bygges i sarte økosystemer i flodmundinger, men mindre indgribende konstruktioner som f.eks. hegn eller flydende pramme er under udvikling.
Tidalstrømme

Som i forbindelse med flodstrømsteknologier kan der anvendes turbiner, der er forankret på havbunden eller hænger fra en bøje i havstrømmenes bane, til at generere strøm. Selv om denne teknologi er på udviklingsstadiet, omfatter nogle potentielle steder i USA bl.a. Maine-bugten, North Carolina, det nordvestlige Stillehavsområde og Golfstrømmen ud for Florida.
Bølge

Når vinden bevæger sig over havets overflade, overfører den energi til vandet og skaber bølger. Selv om bølger varierer i størrelse og hastighed, er de forudsigelige og skabes konstant. Alene i de amerikanske kystfarvande er den samlede årlige bølgeenergi på 2.100 terawatttimer.

Der afprøves en række forskellige teknologier til at omdanne bølgeenergi til elektricitet. De fleste systemer opfanger energi på bølgernes overflade eller udnytter trykforskelle lige under overfladen. Disse systemer bruger bølgernes dønninger til at skabe tryk og bevæge hydrauliske pumper eller trykluft, som igen sætter generatorer i bevægelse. Bølgegeneratorers miljøpåvirkninger er ikke fuldt ud kendt, men men menes at være minimale og stedspecifikke.

De bedste potentielle steder for bølgegenerering er havområder med stærke vindstrømme. Disse områder ligger mellem 30° og 60° bredde, polarområder med hyppige storme, områder nær de ækvatoriale passatvinde og kontinenternes vestkyster. Hybrid vind- og bølgeteknologi til offshore-energiparker er under udvikling. Potentielle steder i USA til hybride vind- og bølgeenergiparker omfatter kystområderne på østkysten og i det nordvestlige Stillehavsområde.
Ocean Thermal Energy Conversion

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) anvender damp produceret fra varmt overfladevand til at dreje generatoriske turbiner. Det kolde dybe havvand kondenserer dampen tilbage til vand, som kan genbruges. Det er nødvendigt med en temperaturforskel på 36°F mellem overfladevand og dybt vand. Potentielle steder omfatter tropiske øer. OTEC befinder sig i den tidlige udviklingsfase og er endnu ikke omkostningseffektiv på grund af de høje omkostninger ved at pumpe dybt vand til overfladestationer. OTEC kan kombineres med havtermiske luftkonditioneringsanlæg (se nedenfor). Desuden kan det næringsrige dybe vand være til gavn for akvakultur. Overfladebassiner, der pumpes med dybt vand, kan dyrke laks, hummer og andre fisk og skaldyr samt plankton og alger.
Ocean/Lake Thermal Air-Conditioning

Ud over at generere elektricitet kan vand også anvendes til direkte termisk energi. Vand fra søer eller oceaner kan bruges til at klimatisere bygninger. Det kolde dybe vand bruges til at afkøle ferskvand, der cirkulerer gennem en bygning i et lukket rørsystem, hvilket giver airconditionering til lavere omkostninger end traditionelle metoder. Det brugte vand ledes tilbage til havet eller søen for at forny kredsløbet. Det kolde dybe vand skal have en temperatur på mellem 39°F og 45°F og være tæt på kysten for at være økonomisk rentabelt. Eksempler på havtermiske kølesystemer findes på Hawaii (sammen med OTEC-anlæg) og i Toronto, hvor vand fra Ontariosøen bruges til at klimatisere bygninger i centrum af byen. OTEC-projekter i stor skala (100 MW+) i øsamfund som Puerto Rico, Hawaii eller Guam kan være økonomisk rentable.

Læs mere om vandkraft:

• Episode 9: Den mest indflydelsesrige kvinde inden for vandkraft: Linda Church-Ciocci reflekterer over sin karriere i branchen
• Nyt samarbejde planlægger at øge energisikkerheden og modstandsdygtigheden i Puerto Rico
• EXPO 2020: Nye grænser inden for forskning og udvikling af ren energi
• Hvordan kunne en konservativ klimaindsats se ud?
• Q&A: Innovation inden for havenergi og overvågning med DOE’s Water Power Technologies Office
• Innovationer inden for River Renewable Energy Power Remote Alaskan Communities
• Turkey Hill Dairy Runs on 100 Percent Renewable Energy
• Fact Sheet | Jobs in Renewable Energy, Energy Efficiency, and Resilience (2019)
• Renewable Energy Has Exceeded Coal in Electrical Generating Capacity!
• Hydropower – A New Look at Opportunities for America’s First Renewable Energy Resource

Vis flere poster tagget som Hydropower