A vízi technológiák számos olyan rendszert foglalnak magukban, amelyek az óceáni vagy édesvizet használják villamos vagy hőenergia előállítására. A legismertebb vízi technológia a vízenergia, amelyben a mozgó víz ereje egy turbinát hajt meg, amely viszont egy generátort működtetve áramot termel. A vízenergia és más vízi technológiák megújuló energiaforrások, mivel üzemanyaguk a víz körforgása révén természetes módon újratermelődik; tiszta alternatívát jelentenek az éghajlatváltozást okozó fosszilis tüzelőanyagok elégetésével szemben. A vízenergia nem igényel tüzelőanyagot a termeléshez, ellentétben a földgáz-, szén- és más tüzelőanyag-égető erőművekkel. Az egyetlen költség a termelő létesítmények építése és üzemeltetése.

A vízenergia világszerte a villamosenergia-termelés mintegy 15 százalékát teszi ki. 2014-ben az amerikai vízerőművek kapacitása mintegy 101 000 megawatt (MW) volt, és az Egyesült Államokban az összes energia 6 százalékát, valamint a megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia 48 százalékát állították elő. Bár az Egyesült Államokban és világszerte a legtöbb nagyméretű gátakra alkalmas helyszínt már kialakították, számos lehetőség van arra, hogy a meglévő, jelenleg energiatermelő képességgel nem rendelkező gátakra vízenergia-rendszereket telepítsenek, valamint hogy más vízenergia-technológiákat alkalmazzanak a folyókon, az árapályzónákban és a nyílt óceánon. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának két 2012-es tanulmánya szerint a meglévő, jelenleg nem termelő gátak 12 000 MW többletkapacitást biztosíthatnának, és ha új létesítmények épülnek (beleértve a hullámokat és árapály-áramlatokat hasznosító létesítményeket is), a vízenergia 2030-ra potenciálisan az amerikai villamos energia 15%-át biztosíthatná (vs. 6 százalékkal szemben ma).

A vízerőművek telepíthetők folyókra, óceánokra vagy tavakra.

Folyók

Gátak

A vízenergia legfejlettebb termelői a nagy folyókon lévő nagy vízerőművek. A szivattyús vagy tározós erőművek vizet tárolnak egy víztározóban, hogy a folyó lassabb folyása vagy az energiaigény csúcsidőszakában felhasználásra engedjék. Ez lehetővé teszi a megbízható alapterhelésű energiatermelést. A nevadai Hoover-gát és a washingtoni Grand Coulee-gát példák e nagy létesítményekre. A nagy gátak több társadalmi igényt is kielégítenek, mint például az öntözés, az árvízvédelem és a rekreáció.

A tározóműveknek számos hátránya van. Tanulmányok szerint a boreális és trópusi éghajlatú nagy víztározók ugyanannyi üvegházhatású gázt bocsátanak ki, mint egy fosszilis tüzelőanyaggal működő erőmű. Az elárasztott növényzet lebomlik, metánt és szén-dioxidot bocsátva ki nagy robbanásszerűen a gát élettartamának kezdetén, és kisebb mennyiségben folyamatosan a gát használata során. További hatások közé tartozik a vízhőmérséklet, az oldott oxigén és más tápanyagok változása, a folyó ökoszisztémájának károsodása, a közösségek kiszorulása a folyó áramlásának megváltozása miatt, valamint a folyópartok instabilitása, ami erdőirtáshoz, áradáshoz és erózióhoz vezet. A vízenergia érzékeny az éghajlatváltozásra. A hosszan tartó aszályok csökkenthetik a folyó vízszintjét, csökkentve ezzel a villamosenergia-termelést, míg a gleccserek olvadása, a hótakaró gyors olvadása vagy a hóról esőre váltó csapadékminták megváltozása jelentősen megváltoztathatja a folyó vízhozamát.
Folyóvízi erőművek

A folyóvízi erőművek nem rendelkeznek víztároló létesítményekkel, de alacsony szintű gátakat használhatnak a vízkivételi szint és a turbina közötti különbség növelésére. Ebben az esetben a folyó természetes áramlása termel villamos energiát, és a termelt energia mennyisége a folyó ciklusától függően ingadozik. Bár a folyóvízi technológia nagyszabású energiatermelésre is alkalmazható, általában 30 MW-nál kisebb teljesítményű, egyedi közösségek villamosenergia-ellátására alkalmazzák. Az energiatermelésnek ez a formája Kína vidéki területein népszerű, de számos helyen, többek között az Egyesült Államokban is alkalmazható. A folyóvízi technológia jellemzően sokkal kevésbé zavarja a folyó áramlását, mint a nagy vízerőművek.
Áramlás

Az áramtermelés a szélturbinához hasonlóan működik, de a víz alatt. Mivel a víz sűrűbb, mint a levegő, az adott sebességgel mozgó víz sokkal több energiát termel, mint a hasonló sebességű szél. Magának a turbinának azonban erősebbnek kell lennie, és ezért drágább. A jelenlegi turbinák környezeti hatása nem egyértelmű. Károsíthatja a halállományt, de már kifejlesztettek halbiztos turbinákat.

Az Egyesült Államokban számos potenciális helyszín van, ahol áramtermelésre kerülhet sor, és több projekt is folyamatban van, többek között a New York-i East Riverben és a San Franciscó-i öbölben. A Szövetségi Energiaszabályozó Bizottság 2012-ben adta ki az első amerikai kereskedelmi célú árapályenergia-kísérleti projekt engedélyét. A 10 évre szóló engedély az East River (Roosevelt Island Tidal Energy) projektet a 30 turbina megépítése felé vezető úton indítja el, amelyek 1 MW-ot termelnek.

Oceans

Tidal Barrage

Az óceáni árapályenergia az árapály által termelt energia kiszámítható körforgását hasznosítja. Az árapálygát hasonlóan működik, mint egy nagy vízenergia-tározó gát, de egy öböl vagy torkolat bejáratánál helyezik el. Az öbölben visszatartott vizet a duzzasztógát turbináin keresztül engedik ki, és ezzel energiát termelnek. Ahhoz, hogy a duzzasztómű gazdaságosan működhessen, a dagály és az apály között elég nagy, körülbelül tíz lábnyi különbségnek kell lennie. A legjobb potenciális helyszínek Észak-Európában és az Egyesült Államok nyugati partvidékén találhatók. A franciaországi La Rance-ban 1967 óta működik egy 240 MW kapacitású árapálygát. A gátak potenciális környezeti hatása jelentős lehet, mivel érzékeny torkolati ökoszisztémákban épülnek, de kevésbé beavatkozó tervek, például kerítések vagy úszó uszályok vannak fejlesztés alatt.
Tidális áramlás

A folyami áramlási technológiákhoz hasonlóan az óceánfenékre lehorgonyzott vagy az óceáni áramlás útjában lévő bójákra felfüggesztett turbinákat lehetne energiatermelésre használni. Bár ez a technológia még a fejlesztés fázisában van, az Egyesült Államokban néhány lehetséges helyszín a Maine-öböl, Észak-Karolina, a Csendes-óceán északnyugati része és a Floridánál lévő Golf-áramlat.
Hullám

Amint a szél az óceán felszíne felett mozog, energiát ad át a víznek, és hullámokat hoz létre. Bár a hullámok mérete és sebessége változó, kiszámíthatóak és folyamatosan keletkeznek. Csak az Egyesült Államok part menti vizeiben a hullámenergia éves összmennyisége 2100 terawattóra.

A hullámenergia villamos energiává alakítására különféle technológiákat tesztelnek. A legtöbb rendszer a hullámok felszínén gyűjti be az energiát, vagy a közvetlenül a felszín alatti nyomáskülönbségeket használja ki. Ezek a rendszerek a hullámok hullámzását használják arra, hogy nyomást hozzanak létre, és hidraulikus szivattyúkat vagy nyomás alatt lévő levegőt mozgassanak, ami viszont generátorokat hoz mozgásba. A hullámgenerátorok környezeti hatásai nem teljesen ismertek, de feltételezhetően minimálisak és helyspecifikusak.

A hullámgenerátorok legjobb lehetséges helyszínei az erős széláramlatokkal rendelkező óceáni területek. Ilyen területek a 30° és 60° szélesség közötti területek, a gyakori viharokkal sarkvidéki területek, az egyenlítői passzátszelek közelében lévő területek és a kontinensek nyugati partjai. A tengeri energiafarmok számára a szél- és hullámerőművek hibrid technológiája fejlesztés alatt áll. Az Egyesült Államokban a hibrid szél-hullám energiafarmok lehetséges helyszínei közé tartoznak a keleti partvidék és a Csendes-óceán északnyugati partvidékei.
Oceáni termikus energiaátalakítás

Az óceáni termikus energiaátalakítás (OTEC) a meleg felszíni vízből előállított gőzt használja a termelő turbinák forgatására. A hideg mélytengeri víz a gőzt visszasűríti vízzé, és újra felhasználhatóvá teszi. A felszíni és a mély víz között 36 °F hőmérsékletkülönbségre van szükség. A lehetséges helyszínek közé tartoznak a trópusi szigetek. Az OTEC a fejlesztés korai szakaszában van, és még nem költséghatékony, mivel a mély víznek a felszíni erőművekbe való szivattyúzása magas költségekkel jár. Az OTEC párosítható óceáni termikus légkondicionáló rendszerekkel (lásd alább). Ezenkívül a tápanyagban gazdag mélyvíz segítheti az akvakultúrát. A mélyvízzel szivattyúzott felszíni tavakban lazacot, homárt és más tenger gyümölcseit, valamint planktont és algákat lehet termeszteni.
Oceán/tavak termikus légkondicionálása

A villamosenergia-termelés mellett a víz közvetlen hőenergia-termelésre is felhasználható. A tavak vagy óceánok vize épületek légkondicionálását biztosíthatja. A hideg mélyvizet friss víz hűtésére használják, amely egy zárt csőrendszerben kering az épületen keresztül, így a hagyományos módszereknél alacsonyabb költséggel biztosítva a légkondicionálást. Az elhasznált vizet visszavezetik az óceánba vagy a tóba, hogy megújítsák a körforgást. A hideg mélyvíznek 39°F és 45°F között kell lennie, és közel kell lennie a parthoz ahhoz, hogy gazdaságos legyen. Óceáni termikus hűtőrendszerekre van példa Hawaiin (OTEC-létesítményekkel együtt) és Torontóban, ahol az Ontario-tó vizét használják a belvárosi épületek légkondicionálására. Az olyan szigetközösségekben, mint Puerto Rico, Hawaii vagy Guam, található nagyméretű OTEC-projektek (100 MW+) gazdaságilag életképesek lehetnek.

Tudjon meg többet a vízenergiáról:

• 9. epizód: A vízenergia legbefolyásosabb nője:
• Új szövetkezet tervezi az energiabiztonság és az ellenálló képesség növelését Puerto Ricóban
• EXPO 2020: Új határok a tiszta energia kutatásában és fejlesztésében
• Hogyan nézhet ki a konzervatív éghajlatvédelmi fellépés?
• 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 | Jobs in Renewable Energy, Energy Efficiency, and Resilience (2019)
• Renewable Energy Has Did Exceeded Coal in Electrical Generating Capacity!
• Vízenergia – Amerika első megújuló energiaforrásának lehetőségeinek újragondolása

További bejegyzések a vízenergia címszó alatt