Watertechnologieën omvatten een verscheidenheid van systemen die gebruik maken van oceaan- of zoetwater voor de opwekking van elektriciteit of thermische energie. De meest bekende watertechnologie is waterkracht, waarbij de kracht van bewegend water een turbine aandrijft, die op zijn beurt een generator aandrijft om elektriciteit te produceren. Waterkracht en andere watertechnologieën zijn hernieuwbaar omdat hun brandstof op natuurlijke wijze wordt aangevuld via de watercyclus; het zijn schone alternatieven voor de verbranding van fossiele brandstoffen die klimaatverandering veroorzaken. Waterkracht vereist geen aankoop van brandstoffen voor de opwekking, in tegenstelling tot aardgas, steenkool en andere brandstofverbrandende centrales. De enige kosten zijn de bouw en de exploitatie van de opwekkingsinstallaties.

Waterkracht is wereldwijd goed voor ongeveer 15 procent van de elektriciteitsopwekking. In 2014 hadden Amerikaanse waterkrachtcentrales een capaciteit van ongeveer 101.000 megawatt (MW) en produceerden ze 6 procent van de totale energie en 48 procent van de hernieuwbare elektriciteit in de Verenigde Staten. Hoewel de meeste geschikte locaties voor grootschalige dammen in de Verenigde Staten en wereldwijd zijn ontwikkeld, zijn er veel mogelijkheden om waterkrachtsystemen te installeren bij bestaande dammen die momenteel geen opwekkingscapaciteit hebben, en om andere water-energietechnologieën te gebruiken in rivieren, getijdengebieden en open oceanen. Volgens twee studies uit 2012 van het Amerikaanse ministerie van Energie zouden bestaande dammen die momenteel geen stroom produceren, 12.000 MW aan extra capaciteit kunnen leveren, en als er nieuwe installaties worden gebouwd (waaronder installaties die gebruikmaken van golven en getijdenstromingen), zou waterkracht in 2030 15 procent van de elektriciteit in Amerika kunnen leveren (tegenover 6 procent nu).

Waterkrachtinstallaties kunnen worden geïnstalleerd op rivieren, oceanen of meren.

Rivieren

Stuwdammen

Grote waterkrachtdammen op grote rivieren zijn de meest ontwikkelde generatoren van waterenergie. Centrales met pompaccumulatie of reservoirs slaan water op in een reservoir om het vrij te geven voor gebruik wanneer de rivier langzamer stroomt of in tijden van piekvraag naar energie. Dit maakt een betrouwbare basisbelastingsenergieopwekking mogelijk. De Hoover Dam in Nevada en de Grand Coulee Dam in Washington zijn voorbeelden van deze grote installaties. Grote dammen voorzien ook in meerdere maatschappelijke behoeften, zoals irrigatie, overstromingsbeheer en recreatie.

Er zijn verschillende nadelen aan stuwmeerinstallaties. Uit studies blijkt dat grote stuwmeren in boreale en tropische klimaten evenveel broeikasgassen uitstoten als een elektriciteitscentrale op fossiele brandstoffen. Ondergelopen vegetatie ontbindt, waarbij methaan en kooldioxide vrijkomen in een grote uitbarsting aan het begin van de levensduur van een dam en in kleinere hoeveelheden gedurende het gebruik van de dam. Andere gevolgen zijn veranderingen in de watertemperatuur, opgeloste zuurstof en andere voedingsstoffen, schade aan het ecosysteem van de rivier, verplaatsing van gemeenschappen door de verandering van het debiet van de rivier, en instabiliteit van rivieroevers wat leidt tot ontbossing, overstromingen en erosie. Waterkracht is kwetsbaar voor klimaatverandering. Langdurige droogte kan het waterpeil van de rivier doen dalen, waardoor minder elektriciteit wordt opgewekt, terwijl smeltende gletsjers, snel smeltende sneeuwpakketten of veranderingen in neerslagpatronen van sneeuw naar regen het debiet van de rivier aanzienlijk kunnen wijzigen.
Run-of-the-River

Run-of-the-river-centrales hebben geen wateropslagfaciliteiten, maar kunnen gebruik maken van dammen op laag niveau om het verschil tussen het waterinnamepeil en de turbine te vergroten. In dit geval wekt de natuurlijke rivierstroming elektriciteit op en schommelt de hoeveelheid opgewekte stroom naar gelang van de cyclus van de rivier. Hoewel de stroomopwekkingstechnologie kan worden gebruikt voor grootschalige elektriciteitsopwekking, wordt zij meestal toegepast om individuele gemeenschappen van elektriciteit te voorzien, met een vermogen van minder dan 30 MW. Deze vorm van elektriciteitsopwekking is populair in landelijke gebieden in China, maar kan op veel plaatsen worden toegepast, ook in de Verenigde Staten. Run-of-the-river-technologie verstoort doorgaans veel minder de rivierstroom in vergelijking met grote waterkrachtdammen.
Stroom

Stroomopwekking werkt ongeveer hetzelfde als een windturbine, maar dan onder water. Omdat water dichter is dan lucht, zal water dat met een bepaalde snelheid beweegt veel meer stroom produceren dan de stroom die door een vergelijkbare windsnelheid wordt opgewekt. De turbine zelf moet echter sterker zijn en is dus duurder. Het milieueffect van de huidige turbines is niet duidelijk. Het zou schade kunnen toebrengen aan vispopulaties, maar er zijn visveilige turbines ontwikkeld.

De Verenigde Staten hebben veel potentiële locaties waar stroomopwekking zou kunnen plaatsvinden, en er zijn verschillende projecten in uitvoering, waaronder die in de East River in New York en de San Francisco Bay. De Federal Energy Regulatory Commission heeft in 2012 de eerste Amerikaanse commerciële proefprojectvergunning voor getijdenenergie afgegeven. De vergunning met een looptijd van 10 jaar zet het East River-project (Roosevelt Island Tidal Energy) op het spoor van de bouw van 30 turbines die 1 MW kunnen opwekken.

Oceans

Tidal Barrage

Ocean tidal power benut de voorspelbare cyclus van energie die door de getijden wordt geproduceerd. Een getijdenstuw werkt op dezelfde manier als een grote stuwdam in een waterkrachtreservoir, maar hij wordt geplaatst aan de ingang van een baai of estuarium. Het water dat in de baai wordt vastgehouden, wordt door turbines in de stuwdam vrijgelaten en wekt stroom op. Het verschil tussen eb en vloed moet groot genoeg zijn, ongeveer tien voet, wil de vloedkering economisch kunnen functioneren. De beste potentiële locaties bevinden zich in Noord-Europa en aan de westkust van de VS. In La Rance, Frankrijk, is sinds 1967 een getijdenstuwdam in bedrijf met een vermogen van 240 MW. De potentiële milieu-effecten van stuwdammen kunnen aanzienlijk zijn omdat zij worden gebouwd in kwetsbare ecosystemen van estuaria, maar minder ingrijpende ontwerpen zoals hekken of drijvende schuiten zijn in ontwikkeling.
Tidal Current

Gelijkaardig aan rivierstroomtechnologieën kunnen turbines worden gebruikt die aan de oceaanbodem zijn verankerd of aan een boei zijn opgehangen in het pad van een oceaanstroom om stroom op te wekken. Hoewel deze technologie zich nog in een ontwikkelingsstadium bevindt, zijn enkele potentiële locaties in de Verenigde Staten de Golf van Maine, Noord-Carolina, het noordwesten van de Stille Oceaan en de Golfstroom bij Florida.
Golven

Als de wind over het oppervlak van de oceaan beweegt, brengt hij energie over op het water en creëert golven. Hoewel variabel in grootte en snelheid, zijn golven voorspelbaar en ontstaan ze voortdurend. Alleen al in de kustwateren van de V.S. bedraagt de totale jaarlijkse golfenergie 2100 terawattuur.

Er worden verschillende technologieën getest om golfenergie in elektriciteit om te zetten. De meeste systemen vangen energie op aan het oppervlak van de golven of maken gebruik van drukverschillen vlak onder het oppervlak. Deze systemen gebruiken de deining van de golven om druk te creëren en hydraulische pompen of perslucht in beweging te brengen, die op hun beurt generatoren in beweging brengen. De milieu-effecten van golfgeneratoren zijn niet volledig bekend, maar worden verondersteld minimaal en plaatsgebonden te zijn.

De beste potentiële locaties voor golfgeneratoren zijn oceaangebieden met sterke windstromingen. Deze gebieden liggen tussen 30° en 60° breedtegraad, polaire gebieden met frequente stormen, gebieden in de buurt van de equatoriale passaatwinden, en de westkusten van continenten. Hybride wind- en golftechnologie voor offshore-energieparken zijn in ontwikkeling. Potentiële locaties in de Verenigde Staten voor hybride wind-golfenergieparken zijn onder meer de kustgebieden van de oostkust en de noordwestkust van de Stille Oceaan.
Ocean Thermal Energy Conversion

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) maakt gebruik van stoom die wordt geproduceerd uit warm oppervlaktewater om genererende turbines te laten draaien. Koud diep oceaanwater condenseert de stoom terug tot water voor hergebruik. Er is een temperatuurverschil van 36°F nodig tussen het oppervlaktewater en het diepe water. Potentiële locaties zijn onder meer tropische eilanden. OTEC bevindt zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium en is nog niet kosteneffectief vanwege de hoge kosten van het oppompen van diep water naar bovengrondse opwekkingsstations. OTEC kan worden gecombineerd met systemen voor oceaanklimaatregeling (zie hieronder). Voorts kan het voedselrijke diepe water worden gebruikt in de aquacultuur. Met diep water opgepompte oppervlaktevijvers kunnen zalm, kreeft en andere zeevruchten, alsook plankton en algen kweken.
Ocean/Lake Thermal Air-Conditioning

Naast het opwekken van elektriciteit kan water ook worden gebruikt voor directe thermische energie. Water uit meren of oceanen kunnen gebouwen van airconditioning voorzien. Het koude, diepe water wordt gebruikt om vers water te koelen dat in een gesloten buizensysteem door een gebouw circuleert, waardoor airconditioning wordt verkregen tegen lagere kosten dan bij traditionele methoden. Het gebruikte water wordt teruggevoerd naar de oceaan of het meer om de cyclus te vernieuwen. Het koude, diepe water moet tussen 39°F en 45°F zijn en dicht bij de kust liggen om economisch te zijn. Voorbeelden van koelsystemen met thermische oceaankoeling zijn te vinden in Hawaï (in combinatie met OTEC-installaties) en Toronto, waar water uit het Ontariomeer wordt gebruikt om de airconditioning in gebouwen in het centrum te regelen. Grootschalige OTEC-projecten (100 MW+) in eilandgemeenschappen zoals Puerto Rico, Hawaii of Guam kunnen economisch levensvatbaar zijn.

Lees meer over Waterkracht:

• Aflevering 9: De meest invloedrijke vrouw in waterkracht: Linda Church-Ciocci Reflects on her Career in the Industry
• New Co-op Plans to Increase Energy Security and Resilience in Puerto Rico
• 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 | Jobs in Renewable Energy, Energy Efficiency, and Resilience (2019)
• Renewable Energy Has Exceeded Coal in Electrical Generating Capacity!
• Waterkracht – Een nieuwe kijk op kansen voor Amerika’s eerste hernieuwbare energiebron

Bekijk meer items getagd als Waterkracht