Vattenteknik omfattar en rad olika system som använder havs- eller sötvatten för att producera el eller värmeenergi. Den mest kända vattentekniken är vattenkraft, där kraften från rörligt vatten driver en turbin, som i sin tur driver en generator för att skapa elektricitet. Vattenkraft och annan vattenteknik är förnybar eftersom bränslet fylls på naturligt genom vattnets kretslopp. De är rena alternativ till förbränning av fossila bränslen som orsakar klimatförändringar. Vattenkraft kräver inga inköp av bränslen för produktion, till skillnad från naturgas, kol och andra bränsleförbränningsanläggningar. De enda kostnaderna är byggandet och driften av produktionsanläggningarna.

Globalt sett står vattenkraften för cirka 15 procent av elproduktionen. År 2014 hade amerikanska vattenkraftverk en kapacitet på cirka 101 000 megawatt (MW) och producerade 6 procent av den totala energin och 48 procent av den förnybara elen i USA. Även om de flesta lämpliga platser för storskaliga dammar har utvecklats i USA och globalt finns det många möjligheter att installera vattenkraftsystem vid befintliga dammar som för närvarande saknar produktionskapacitet, och att använda annan vattenenergiteknik i floder, tidvattenzoner och öppna hav. Enligt två studier från 2012 av det amerikanska energidepartementet skulle befintliga dammar som för närvarande inte producerar el kunna ge 12 000 MW ytterligare kapacitet, och om nya installationer (inklusive sådana som utnyttjar vågor och tidvattenströmmar) byggs, skulle vattenkraften potentiellt kunna stå för 15 procent av USA:s elförsörjning år 2030 (vs. 6 procent idag).

Vattenkraftverk kan installeras på floder, hav eller sjöar.

Floder

Dammar

Stora vattenkraftsdammar vid större floder är de mest utvecklade generatorerna av vattenenergi. Pumpkraftverk eller reservoaranläggningar lagrar vatten i en reservoar för att släppa ut det för användning när floden rinner långsammare eller när efterfrågan på energi är som störst. Detta möjliggör en tillförlitlig elproduktion vid basbelastning. Hooverdammen i Nevada och Grand Coulee-dammen i Washington är exempel på dessa stora anläggningar. Stora dammar tillgodoser också flera samhälleliga behov som bevattning, översvämningskontroll och rekreation.

Det finns flera nackdelar med reservoaranläggningar. Studier tyder på att stora reservoarer i boreala och tropiska klimat släpper ut lika många växthusgaser som ett kraftverk som drivs med fossila bränslen. Översvämmad vegetation bryts ned och släpper ut metan och koldioxid i ett stort utbrott i början av en damms livslängd och fortsätter i mindre mängder under hela dammens användningstid. Andra effekter är förändringar i vattentemperaturen, löst syre och andra näringsämnen, skador på flodens ekosystem, förflyttning av samhällen på grund av förändringen av flodens flöde och instabila flodbankar som leder till avskogning, översvämningar och erosion. Vattenkraften är sårbar för klimatförändringar. Långvarig torka kan minska vattennivån i floden, vilket sänker elproduktionen, medan smältande glaciärer, snabb avsmältning av snötäcket eller förändringar i nederbördsmönstret från snö till regn kan förändra flodflödet avsevärt.
Run-of-the-River

Run-of-the-River-kraftverk har inga vattenlagringsanläggningar, men kan använda dammar på låg nivå för att öka skillnaden mellan vattenintagets nivå och turbinen. I detta fall genererar det naturliga flodflödet elektricitet och den producerade mängden elektricitet varierar beroende på flodens cykel. Även om flodkörningstekniken kan användas för storskalig elproduktion används den vanligen för att försörja enskilda samhällen med el, med en kapacitet på mindre än 30 MW. Denna form av elproduktion är populär på landsbygden i Kina, men kan användas på många andra ställen, bland annat i USA. Run-of-the-river-tekniken stör vanligtvis mycket mindre av flodflödet jämfört med stora vattenkraftsdammar.
Current

Current-generering fungerar på samma sätt som en vindturbin, men under vatten. Eftersom vatten är tätare än luft kommer vatten som rör sig med en viss hastighet att producera mycket mer energi än den som genereras av en jämförbar vindhastighet. Själva turbinen måste dock vara starkare och är därför dyrare. Miljökonsekvenserna av de nuvarande turbinerna är oklara. Den kan skada fiskpopulationer men fisksäkra turbiner har utvecklats.

USA har många potentiella platser där strömgenerering skulle kunna ske och flera projekt pågår, bland annat i East River i New York och i San Francisco Bay. Federal Energy Regulatory Commission utfärdade 2012 den första amerikanska licensen för ett kommersiellt pilotprojekt för tidvattenenergi i USA. Den tioåriga licensen sätter East River-projektet (Roosevelt Island Tidal Energy) på en väg mot att bygga 30 turbiner för att generera 1 MW.

Oceans

Tidal Barrage

Ocean Tidal Energy utnyttjar den förutsägbara energicykel som produceras av tidvattnet. En tidvattenspärr fungerar på samma sätt som en stor vattenkraftsreservoardamm, men den placeras vid ingången till en vik eller flodmynning. Det vatten som hålls kvar i bukten släpps ut genom turbiner i spärren och genererar kraft. Tidvattnet måste ha ett tillräckligt stort intervall mellan hög- och lågvatten, cirka tio fot, för att spärrverket ska fungera ekonomiskt. De bästa platserna finns i norra Europa och på USA:s västkust. En tidvattenspärr i La Rance i Frankrike har varit i drift sedan 1967 med en kapacitet på 240 MW. De potentiella miljökonsekvenserna av spärrar kan vara betydande eftersom de byggs i känsliga flodmynningsekosystem, men mindre ingripande konstruktioner som staket eller flytande pråmar håller på att utvecklas.
Tidalströmmar

I likhet med flodströmstekniken kan turbiner som är förankrade på havsbottnen eller upphängda från en boj i en havsströms bana användas för att generera kraft. Även om denna teknik befinner sig på utvecklingsstadiet är några potentiella platser i USA bland annat Mainesbukten, North Carolina, nordvästra Stilla havet och Golfströmmen utanför Florida.
Wave

När vinden rör sig över havets yta överför den energi till vattnet och skapar vågor. Även om de varierar i storlek och hastighet är vågorna förutsägbara och skapas ständigt. Enbart i USA:s kustvatten uppgår den totala årliga vågenergin till 2 100 terawattimmar.

En mängd olika tekniker testas för att omvandla vågenergi till elektricitet. De flesta system fångar upp energi på vågornas yta eller utnyttjar tryckskillnader strax under ytan. Dessa system använder vågornas svallvågor för att skapa tryck och flytta hydraulpumpar eller tryckluft, vilket i sin tur sätter generatorer i rörelse. Miljöeffekterna av våggeneratorer är inte helt kända, men tros vara minimala och platsspecifika.

De bästa potentiella platserna för våggenerering är havsområden med starka vindströmmar. Dessa områden ligger mellan 30° och 60° latitud, polarområden med frekventa stormar, områden nära de ekvatoriella passadvindarna och kontinenternas västkust. Hybridteknik för vind- och vågkraftverk till havs håller på att utvecklas. Potentiella platser i USA för hybrida vind- och vågkraftverk är bland annat kustområdena på östkusten och i nordvästra delen av Stilla havet.
Ocean Thermal Energy Conversion

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) använder ånga som produceras från varmt ytvatten för att få genererande turbiner att snurra. Kallt djuphavsvatten kondenserar ångan tillbaka till vatten för återanvändning. Det krävs en temperaturskillnad på 36°F mellan ytvattnet och djupvattnet. Potentiella platser är bland annat tropiska öar. OTEC befinner sig på ett tidigt utvecklingsstadium och är ännu inte kostnadseffektiv på grund av de höga kostnaderna för att pumpa djupt vatten till generatorstationer på ytan. OTEC kan kombineras med havstermiska luftkonditioneringssystem (se nedan). Dessutom kan det näringsrika djupvattnet bidra till vattenbruket. Ytliga dammar som pumpas med djupvatten kan odla lax, hummer och andra skaldjur samt plankton och alger.
Ocean/Lake Thermal Air-Conditioning

Vatten kan förutom att generera elektricitet också användas för direkt termisk energi. Vatten från sjöar eller hav kan ge luftkonditionering till byggnader. Det kalla djupvattnet används för att kyla färskvatten som cirkulerar genom en byggnad i ett slutet rörsystem, vilket ger luftkonditionering till en lägre kostnad än traditionella metoder. Det förbrukade vattnet återförs till havet eller sjön för att förnya kretsloppet. Det kalla djupvattnet måste vara mellan 39°F och 45°F och nära kusten för att vara ekonomiskt lönsamt. Exempel på havsvärmekylsystem finns på Hawaii (tillsammans med OTEC-anläggningar) och i Toronto, där vatten från Ontariosjön används för att luftkonditionera byggnader i centrum. Storskaliga OTEC-projekt (100 MW+) på öar som Puerto Rico, Hawaii eller Guam kan vara ekonomiskt lönsamma.

Lär dig mer om vattenkraft:

• Episod 9: The Most Influential Woman in Hydropower: Linda Church-Ciocci reflekterar över sin karriär inom branschen
• Nytt samarbete planerar att öka energisäkerheten och motståndskraften i Puerto Rico
• EXPO 2020: Nya gränser för forskning och utveckling inom ren energi
• Hur kan konservativa klimatåtgärder se ut?
• 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!
• Vattenkraft – en ny titt på möjligheterna för Amerikas första förnybara energiresurs

Visa fler inlägg taggade som Vattenkraft