Tehnologiile acvatice cuprind o varietate de sisteme care utilizează apa dulce sau oceanică pentru energie electrică sau termică. Cea mai cunoscută tehnologie a apei este hidroenergia, în care forța apei în mișcare propulsează o turbină, care, la rândul ei, pune în funcțiune un generator pentru a crea electricitate. Energia hidroelectrică și alte tehnologii ale apei sunt regenerabile, deoarece combustibilul lor se reface în mod natural prin intermediul ciclului apei; acestea reprezintă alternative curate la arderea combustibililor fosili care provoacă schimbări climatice. Energia hidroelectrică nu necesită achiziționarea de combustibili pentru generare, spre deosebire de gazele naturale, cărbune și alte centrale care ard combustibili. Singurele costuri sunt construcția și operarea instalațiilor de generare.

La nivel mondial, energia hidroelectrică reprezintă aproximativ 15 la sută din producția de energie electrică. În 2014, hidrocentralele din SUA aveau o capacitate de aproximativ 101.000 de megawați (MW) și au produs 6 la sută din energia totală și 48 la sută din energia electrică regenerabilă din Statele Unite. Deși cele mai multe situri adecvate pentru baraje de mari dimensiuni au fost dezvoltate în Statele Unite și la nivel global, există numeroase oportunități de a instala sisteme hidroenergetice la barajele existente care nu au în prezent capacitate de generare și de a utiliza alte tehnologii de energie din apă în râuri, în zonele cu maree și în largul oceanului. Potrivit a două studii din 2012 ale Departamentului Energiei din SUA, barajele existente care nu produc energie în prezent ar putea furniza 12 000 MW de capacitate suplimentară, iar dacă se construiesc noi instalații (inclusiv cele care valorifică valurile și curenții de maree), energia hidroenergetică ar putea furniza potențial 15 % din energia electrică a Americii până în 2030 (vs. 6 la sută în prezent).

Instalațiile hidroenergetice pot fi instalate pe râuri, oceane sau lacuri.

Râuri

Baraje

Barajele hidroenergetice mari de pe râurile principale sunt cele mai dezvoltate generatoare de energie hidraulică. Centralele cu acumulare prin pompare sau cu rezervoare stochează apa într-un rezervor pentru a o elibera în vederea utilizării atunci când râul curge mai încet sau în perioadele de cerere maximă de energie. Acest lucru permite o producție fiabilă de energie de bază. Barajul Hoover din Nevada și barajul Grand Coulee din Washington sunt exemple de astfel de instalații mari. Barajele mari răspund, de asemenea, unor nevoi sociale multiple, cum ar fi irigarea, controlul inundațiilor și recreerea.

Există mai multe dezavantaje ale centralelor cu rezervor. Studiile sugerează că marile rezervoare din climatele boreale și tropicale emit la fel de multe gaze cu efect de seră ca și o centrală electrică pe bază de combustibili fosili. Vegetația inundată se descompune, eliberând metan și dioxid de carbon într-o mare explozie la începutul duratei de viață a unui baraj și continuând în cantități mai mici pe parcursul utilizării barajului. Alte efecte includ modificări ale temperaturii apei, ale oxigenului dizolvat și ale altor nutrienți, afectarea ecosistemului râului, strămutarea comunităților prin modificarea debitului râului și instabilitatea malurilor râului, care duce la despăduriri, inundații și eroziune. Energia hidroelectrică este vulnerabilă la schimbările climatice. Secetele prelungite pot diminua nivelul apei râului, reducând producția de energie electrică, în timp ce topirea ghețarilor, topirea rapidă a stratului de zăpadă sau schimbările în modelele de precipitații, de la zăpadă la ploaie, pot modifica semnificativ debitul râului.
Run-of-the-River

Centralele de tip „run-of-the-River” nu au instalații de stocare a apei, dar pot folosi baraje de nivel scăzut pentru a crește diferența dintre nivelul de admisie a apei și turbină. În acest caz, debitul natural al râului generează energie electrică, iar cantitatea de energie generată fluctuează în funcție de ciclul râului. Cu toate că tehnologia de funcționare a râurilor poate fi utilizată pentru generarea de energie electrică la scară largă, aceasta este aplicată în mod obișnuit pentru alimentarea cu energie electrică a comunităților individuale, cu capacități mai mici de 30 MW. Această formă de generare a energiei electrice este populară în zonele rurale din China, dar are potențial de aplicare în multe locuri, inclusiv în Statele Unite. Tehnologia „Run-of-the-river” perturbă de obicei mult mai puțin din debitul râului în comparație cu barajele hidroenergetice mari.
Current

Generarea curenților funcționează în mod similar cu o turbină eoliană, dar sub apă. Deoarece apa este mai densă decât aerul, apa care se mișcă la o anumită viteză va produce mult mai multă energie decât cea generată de o viteză comparabilă a vântului. Cu toate acestea, turbina în sine trebuie să fie mai puternică și, prin urmare, este mai scumpă. Impactul asupra mediului al turbinelor actuale nu este clar. Ar putea dăuna populațiilor de pești, dar au fost dezvoltate turbine sigure pentru pești.

Statele Unite au multe situri potențiale în care ar putea avea loc generarea de curent, iar mai multe proiecte sunt în curs de desfășurare, inclusiv cele din East River din New York și din Golful San Francisco. Comisia Federală de Reglementare a Energiei a emis în 2012 prima licență de proiect pilot comercial de energie maremotrică din SUA. Licența, cu o durată de 10 ani, plasează proiectul East River (Roosevelt Island Tidal Energy) pe calea construirii a 30 de turbine care să genereze 1 MW.

Oceane

Barajul mareelor

Energia mareelor oceanice valorifică ciclul previzibil de energie produs de maree. Un baraj mareic funcționează în mod similar cu un baraj hidroenergetic mare, dar este amplasat la intrarea într-un golf sau estuar. Apa reținută în golf este eliberată prin intermediul turbinelor din baraj și generează energie. Mareea trebuie să aibă o amplitudine suficient de mare între mareea înaltă și cea joasă, de aproximativ trei metri, pentru ca barajul să funcționeze în mod economic. Cele mai bune situri potențiale sunt situate în nordul Europei și pe coasta de vest a Statelor Unite. Un baraj mareic din La Rance, Franța, funcționează din 1967, cu o capacitate de 240 MW. Impactul potențial al barajelor asupra mediului ar putea fi semnificativ, deoarece acestea sunt construite în ecosistemele delicate ale estuarelor, dar sunt în curs de dezvoltare proiecte mai puțin intruzive, cum ar fi garduri sau barje plutitoare.
Curte de maree

Similare tehnologiilor curenților fluviali, turbinele ancorate pe fundul oceanului sau suspendate de o geamandură în calea unui curent oceanic ar putea fi folosite pentru a genera energie. Deși această tehnologie se află în stadiu de dezvoltare, unele locații potențiale din Statele Unite includ Golful Maine, Carolina de Nord, nord-vestul Pacificului și Curentul Golfului din largul Floridei.
Curenți de curent

Cum vântul se deplasează pe suprafața oceanului, acesta transferă energie către apă și creează valuri. Deși variabile ca mărime și viteză, valurile sunt previzibile și sunt create în mod constant. Numai în apele de coastă din SUA, energia totală anuală a valurilor este de 2.100 terawați-oră.

Se testează o varietate de tehnologii pentru a converti energia valurilor în energie electrică. Majoritatea sistemelor captează energia de la suprafața valurilor sau folosesc diferențele de presiune chiar sub suprafață. Aceste sisteme folosesc umflăturile valurilor pentru a crea presiune și a pune în mișcare pompe hidraulice sau aer presurizat, care la rândul lor pun în mișcare generatoare. Impactul asupra mediului al generatoarelor de valuri nu este pe deplin cunoscut, dar se crede că este minim și specific locului.

Cele mai bune locuri potențiale pentru generarea valurilor sunt zonele oceanice cu curenți puternici de vânt. Aceste zone se află între 30° și 60° latitudine, zonele polare cu furtuni frecvente, zonele din apropierea alizeelor ecuatoriale și coastele vestice ale continentelor. Tehnologia hibridă a vântului și a valurilor pentru parcurile energetice offshore este în curs de dezvoltare. Site-urile potențiale din Statele Unite pentru parcurile de energie hibridă eoliană și a valurilor includ zonele de coastă de pe coasta de est și nord-vestul Pacificului.
Conversia energiei termice oceanice

Conversia energiei termice oceanice (OTEC) utilizează aburul produs de apa caldă de la suprafață pentru a învârti turbine generatoare. Apa rece din adâncul oceanului condensează aburul înapoi în apă pentru a fi refolosit. Este necesară o diferență de temperatură de 36°F între apa de suprafață și cea de adâncime. Printre locațiile potențiale se numără insulele tropicale. OTEC se află într-un stadiu incipient de dezvoltare și nu este încă rentabilă, din cauza costului ridicat de pompare a apei de adâncime către stațiile generatoare de la suprafață. OTEC poate fi combinată cu sistemele de climatizare termică a oceanelor (a se vedea mai jos). În plus, apa de adâncime, bogată în nutrienți, poate fi utilă pentru acvacultură. Iazurile de suprafață pompate cu apă de adâncime pot cultiva somon, homar și alte fructe de mare, precum și plancton și alge.
Condiționare termică a aerului din oceane/lacuri

Pe lângă generarea de electricitate, apa poate fi folosită și pentru energie termică directă. Apa din lacuri sau oceane poate furniza aer condiționat pentru clădiri. Apa rece de adâncime este folosită pentru a răci apa proaspătă care circulă printr-o clădire într-un sistem de conducte închise, oferind aer condiționat la un cost mai mic decât metodele tradiționale. Apa uzată este returnată în ocean sau lac pentru a reînnoi ciclul. Pentru a fi economică, apa rece de adâncime trebuie să aibă o temperatură cuprinsă între 39°F și 45°F și să fie aproape de țărm. Exemple de sisteme de răcire termică oceanică sunt întâlnite în Hawaii (amplasate împreună cu instalații OTEC) și în Toronto, unde apa din lacul Ontario este utilizată pentru climatizarea clădirilor din centrul orașului. Proiectele OTEC la scară mare (100 MW+) situate în comunități insulare precum Puerto Rico, Hawaii sau Guam pot fi viabile din punct de vedere economic.

Aflați mai multe despre energia hidroelectrică:

• Episodul 9: Cea mai influentă femeie din domeniul energiei hidroelectrice: Linda Church-Ciocci reflectează asupra carierei sale în industrie
• Noua cooperativă plănuiește să sporească securitatea și reziliența energetică în Puerto Rico
• EXPO 2020: Noi frontiere în cercetarea și dezvoltarea energiei curate
• Cum ar putea arăta o acțiune conservatoare în domeniul climei?
• Q&A: Inovare în domeniul energiei oceanice și al monitorizării cu Biroul pentru tehnologii de alimentare cu apă al DOE
• Inovații în domeniul energiei regenerabile fluviale care alimentează comunitățile îndepărtate din Alaska
• Turkey Hill Dairy funcționează cu energie 100% regenerabilă
• Fact Sheet | Locuri de muncă în domeniul energiei regenerabile, al eficienței energetice și al rezilienței (2019)
• Energia regenerabilă a depășit cărbunele în ceea ce privește capacitatea de generare a energiei electrice!
• Hidroenergia – O nouă privire asupra oportunităților pentru prima resursă de energie regenerabilă a Americii

Vezi mai multe intrări etichetate ca Hidroenergie