Vesiteknologiat kattavat erilaisia järjestelmiä, jotka käyttävät merta tai makeaa vettä sähkön tai lämpöenergian tuottamiseen. Tutuin vesiteknologia on vesivoima, jossa liikkuvan veden voima liikuttaa turbiinia, joka puolestaan pyörittää generaattoria sähköä tuottaen. Vesivoima ja muut vesiteknologiat ovat uusiutuvia, koska niiden polttoaine täydentyy luonnollisesti veden kiertokulun kautta; ne ovat puhtaita vaihtoehtoja ilmastonmuutosta aiheuttavien fossiilisten polttoaineiden poltolle. Vesivoima ei edellytä polttoaineiden ostamista tuotantoa varten, toisin kuin maakaasua, hiiltä ja muita polttoaineita käyttävät voimalat. Ainoat kustannukset ovat tuotantolaitosten rakentaminen ja käyttö.

Yleismaailmallisesti vesivoiman osuus sähköntuotannosta on noin 15 prosenttia. Vuonna 2014 Yhdysvaltojen vesivoimalaitosten kapasiteetti oli noin 101 000 megawattia (MW), ja ne tuottivat 6 prosenttia kokonaisenergiasta ja 48 prosenttia uusiutuvasta sähköstä Yhdysvalloissa. Vaikka suurin osa suurten patojen rakentamiseen soveltuvista paikoista on kehitetty Yhdysvalloissa ja maailmanlaajuisesti, on monia mahdollisuuksia asentaa vesivoimajärjestelmiä olemassa oleviin patoihin, joilla ei tällä hetkellä ole tuotantokapasiteettia, ja käyttää muita vesienergiatekniikoita joissa, vuorovesivyöhykkeillä ja avomerellä. Yhdysvaltain energiaministeriön vuonna 2012 tekemien kahden tutkimuksen mukaan nykyiset padot, jotka eivät tällä hetkellä tuota sähköä, voisivat tarjota 12 000 MW:n lisäkapasiteetin, ja jos uusia laitoksia (mukaan lukien aaltoja ja vuorovesivirtoja hyödyntävät laitokset) rakennetaan, vesivoimalla voitaisiin tuottaa 15 prosenttia Yhdysvaltojen sähköstä vuoteen 2030 mennessä. 6 prosenttia nykyisin).

Vesivoimalaitoksia voidaan asentaa jokiin, valtameriin tai järviin.

Jokiin

Padot

Suurten jokien suuret vesivoimapadot ovat kehittyneimpiä vesienergian tuottajia. Pumppuvoimalaitoksissa tai tekoaltaissa varastoidaan vettä tekoaltaaseen, josta se vapautetaan käytettäväksi, kun joki virtaa hitaammin tai energiantarpeen huippuaikoina. Tämä mahdollistaa luotettavan peruskuormitussähköntuotannon. Hooverin pato Nevadassa ja Grand Couleen pato Washingtonissa ovat esimerkkejä näistä suurista laitoksista. Suuret padot vastaavat myös moniin yhteiskunnallisiin tarpeisiin, kuten kasteluun, tulvasuojeluun ja virkistyskäyttöön.

Säiliölaitoksissa on useita haittoja. Tutkimusten mukaan suuret tekoaltaat boreaalisessa ja trooppisessa ilmastossa päästävät yhtä paljon kasvihuonekaasuja kuin fossiilisia polttoaineita käyttävä voimalaitos. Tulvavaikutteinen kasvillisuus hajoaa, jolloin metaania ja hiilidioksidia vapautuu padon käyttöiän alussa suurina erinä ja edelleen pienempinä määrinä koko padon käytön ajan. Muita vaikutuksia ovat veden lämpötilan, liuenneen hapen ja muiden ravinteiden muutokset, joen ekosysteemin vahingoittuminen, jokivirtauksen muuttumisesta johtuva yhteisöjen siirtyminen muualle ja jokivarsien epävakaus, joka johtaa metsäkatoon, tulviin ja eroosioon. Vesivoima on altis ilmastonmuutokselle. Pitkään jatkuva kuivuus voi laskea joen vedenkorkeutta, mikä vähentää sähköntuotantoa, kun taas jäätiköiden sulaminen, lumipeitteen nopea sulaminen tai muutokset sademäärissä lumesta sateeksi voivat muuttaa joen virtausta merkittävästi.
Jokivoimalaitokset

Jokivoimalaitoksissa ei ole veden varastointilaitteistoja, mutta niissä saatetaan käyttää matalan tason patoja, joilla voidaan kasvattaa vedenottotason ja turbiinin välistä eroa. Tällöin joen luonnollinen virtaus tuottaa sähköä, ja tuotetun sähkön määrä vaihtelee joen syklin mukaan. Vaikka joen juoksutustekniikkaa voidaan käyttää laajamittaiseen sähköntuotantoon, sitä käytetään yleisesti yksittäisten yhteisöjen sähköntuotantoon, ja sen kapasiteetti on alle 30 MW. Tämä sähköntuotantomuoto on suosittu Kiinan maaseutualueilla, mutta sitä voidaan soveltaa monissa paikoissa, myös Yhdysvalloissa. Run-of-the-river -tekniikka häiritsee tyypillisesti paljon vähemmän joen virtausta verrattuna suuriin vesivoimapatoihin.
Virtavoima

Virtavoimatuotanto toimii samalla tavalla kuin tuuliturbiini, mutta veden alla. Koska vesi on tiheämpää kuin ilma, tietyllä nopeudella liikkuva vesi tuottaa paljon enemmän tehoa kuin vastaava tuulennopeus. Itse turbiinin on kuitenkin oltava vahvempi ja siksi kalliimpi. Nykyisten turbiinien ympäristövaikutukset ovat epäselvät. Se voi vahingoittaa kalakantoja, mutta kaloille turvallisia turbiineja on kehitetty.

Yhdysvalloissa on monia potentiaalisia paikkoja, joissa virran tuottaminen voisi tapahtua, ja useita hankkeita on käynnissä, muun muassa New Yorkin East Riverissä ja San Franciscon lahdella. Federal Energy Regulatory Commission myönsi Yhdysvaltain ensimmäisen kaupallisen vuorovesienergian pilottihankkeen luvan vuonna 2012. Kymmenvuotinen lupa asettaa East Riverin (Roosevelt Island Tidal Energy) hankkeen tielle kohti 30 turbiinin rakentamista 1 MW:n energiantuotantoa varten.

Oceans

Tidal Barrage

Ocean vuorovesivoima valjastaa vuorovesien tuottaman energian ennustettavan kierron. Vuorovesipato toimii samalla tavalla kuin suuri vesivoimapato, mutta se sijoitetaan lahden tai suiston suulle. Lahteen pidättynyt vesi vapautuu padon turbiinien kautta ja tuottaa sähköä. Nousuveden ja laskuveden välillä on oltava riittävän suuri vaihteluväli, noin kolme metriä, jotta pato toimii taloudellisesti. Parhaat mahdolliset sijoituspaikat sijaitsevat Pohjois-Euroopassa ja Yhdysvaltain länsirannikolla. Ranskassa La Rancen kaupungissa sijaitseva vuorovesipato on ollut toiminnassa vuodesta 1967, ja sen kapasiteetti on 240 MW. Sulkupatojen mahdolliset ympäristövaikutukset voivat olla merkittäviä, koska ne rakennetaan herkkiin jokisuistojen ekosysteemeihin, mutta vähemmän häiritseviä malleja, kuten aitoja tai kelluvia proomuja, ollaan kehittämässä.
Hulevesivirtaukset

Jokivirtaustekniikoiden tapaan energiantuotannossa voitaisiin käyttää merenpohjaan ankkuroituja tai poijuun ripustettuja turbiineja, jotka ovat valtameren virtauksen reitillä. Vaikka tämä tekniikka on vasta kehitysvaiheessa, potentiaalisia sijoituspaikkoja Yhdysvalloissa ovat muun muassa Mainenlahti, Pohjois-Carolina, Tyynenmeren luoteisosa ja Floridan edustalla sijaitseva Golfvirta.
Aaltovirta

Kun tuuli liikkuu valtameren pinnan yli, se siirtää energiaa veteen ja synnyttää aaltoja. Vaikka aallot vaihtelevat kooltaan ja nopeudeltaan, ne ovat ennustettavissa ja niitä syntyy jatkuvasti. Pelkästään Yhdysvaltojen rannikkovesillä aaltoenergian vuotuinen kokonaismäärä on 2 100 terawattituntia.

Tulevaisuudessa testataan erilaisia tekniikoita aaltoenergian muuntamiseksi sähköksi. Useimmat järjestelmät keräävät energiaa aaltojen pinnalta tai hyödyntävät paine-eroja aivan pinnan alapuolella. Nämä järjestelmät käyttävät aaltojen aallokkoa luomaan painetta ja liikuttamaan hydraulipumppuja tai paineistettua ilmaa, joka puolestaan laittaa generaattorit liikkeelle. Aaltogeneraattoreiden ympäristövaikutuksia ei täysin tunneta, mutta niiden uskotaan olevan vähäisiä ja paikkakohtaisia.

Parhaat potentiaaliset paikat aaltogeneraattoreille ovat merialueet, joilla on voimakkaita tuulivirtauksia. Tällaisia alueita ovat 30°:n ja 60°:n leveyspiirin väliset alueet, polaarialueet, joilla esiintyy usein myrskyjä, päiväntasaajan pasaatituulten läheisyydessä olevat alueet ja mantereiden länsirannikot. Merellä sijaitsevien energiapuistojen hybridituuli- ja aaltoteknologia on kehitteillä. Mahdollisia kohteita Yhdysvalloissa hybridi-tuuli-aaltoenergiapuistoille ovat itärannikon ja Tyynenmeren luoteisosan rannikkoalueet.
Ocean lämpöenergian muuntaminen

Ocean lämpöenergian muuntamisessa (OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion) käytetään lämpimästä pintavedestä tuotettua höyryä turbiinien pyörittämiseen. Kylmä syvänmeren vesi lauhduttaa höyryn takaisin vedeksi uudelleenkäyttöä varten. Pintaveden ja syvän veden välillä on oltava 36 asteen lämpötilaero. Mahdollisia sijoituspaikkoja ovat trooppiset saaret. OTEC on varhaisessa kehitysvaiheessa, eikä se ole vielä kustannustehokas, koska syvän veden pumppaaminen pintavoimaloihin on kallista. OTEC voidaan yhdistää meren lämpöilmastointijärjestelmiin (ks. jäljempänä). Lisäksi ravinteikasta syvää vettä voidaan hyödyntää vesiviljelyssä. Syvän veden avulla pumpatuissa pintavesilammikoissa voidaan viljellä lohta, hummeria ja muita mereneläviä sekä planktonia ja leviä.
Ocean/Lake Thermal Air-Conditioning

Sähkön tuottamisen lisäksi vettä voidaan käyttää myös suoraan lämpöenergiaan. Järvistä tai valtameristä saatavalla vedellä voidaan ilmastoida rakennuksia. Kylmää syvää vettä käytetään jäähdyttämään makeaa vettä, joka kiertää rakennuksen läpi suljetussa putkistossa, jolloin ilmastointi on perinteisiä menetelmiä edullisempaa. Käytetty vesi palautetaan takaisin mereen tai järveen kierron uusimiseksi. Kylmän syvän veden lämpötilan on oltava 39°F-45°F ja sen on oltava lähellä rantaa, jotta se olisi taloudellista. Esimerkkejä merilämpöisistä jäähdytysjärjestelmistä on Havaijilla (yhdessä OTEC-laitosten kanssa) ja Torontossa, jossa Ontariojärvestä saatavaa vettä käytetään keskustan rakennusten ilmastointiin. Puerto Ricon, Havaijin tai Guamin kaltaisilla saarilla sijaitsevat suuret OTEC-hankkeet (yli 100 MW) voivat olla taloudellisesti kannattavia.

Learn more about Hydropower:

• Episode 9: The Most Influential Woman in Hydropower: Linda Church-Ciocci pohtii uraansa vesivoima-alalla
• Uusi osuuskunta suunnittelee energiaturvallisuuden ja -kestävyyden lisäämistä Puerto Ricossa
• EXPO 2020: New Frontiers in Clean Energy Research and Development
• What Could Conservative Climate Action Look Like?
• Q&A: Ocean Energy and Monitoring Innovation with DOE’s Water Power Technologies Office
• Innovations in River Renewable Energy Power Remote Alaskan Communities
• Turkey Hill Dairy Runs on 100 Percent Renewable Energy
• Fact Sheet | Työpaikat uusiutuvassa energiassa, energiankäytön tehokkuudessa ja kestävyydessä (2019)
• Uusiutuva energia ylitti kivihiilen sähkökapasiteetin!
• Hydropower – A New Look at Opportunities for America’s First Renewable Energy Resource

Näytä lisää merkintöjä avainsanalla Hydropower