Technologieën die gebruikmaken van de energie van bewegend water of temperatuurverschillen
in de oceanen beloven overvloedige koolstofvrije elektriciteit te leveren.
Lang voordat mensen verslaafd raakten aan fossiele brandstoffen, leerden we hoe we de kracht van water konden gebruiken om werk te doen. Rivieren liepen molens die gemalen bloem, gezaagde boomstammen of gesponnen weefgetouwen vormden die vezels in textiel transformeerden. Latere generaties beseften dat bewegend water ook zou kunnen worden gebruikt om elektriciteitsturbines aan te leggen. Maar dammen gebouwd met elektrische turbines blokkeerden waterwegen en brachten ecosystemen van rivieren in gevaar om steden in toenemende mate van stroom te voorzien.
Apparaten die nu in ontwikkeling zijn in het Verenigd Koninkrijk, de Verenigde Staten en elders genereren elektriciteit door te tikken op de beweging van oceaangolven en getijden of de verschillen in temperatuur van water tussen het oppervlak van een oceaan en de diepten ervan. De sector is rijp voor belofte, maar om zijn potentieel te bereiken, moeten de ingenieurs, ondernemers en beleidsmakers die koolstofvrije elektriciteit uit stromende water- en warmtegradiënten wringt, formidabele wettelijke en financiële barrières overwinnen.
Energie uit water heeft een groot potentieel
Schattingen van de overheid en de academische wereld voorspellen dat mariene hernieuwbare energie een aanzienlijk deel van de elektriciteit in kustgebieden kan leveren. Agenten van maritieme hydrokinetiek of oceaan thermische energieconversie merken vaak op dat de technologieën elektriciteit leveren die zowel betrouwbaar als op de juiste plaats is. Immers, golven en getijden kunnen worden voorspeld. En mensen hebben de neiging zich dichtbij water te clusteren: Bijna 40 procent van de Amerikanen wonen in graafschappen direct aan een kustlijn, en meer dan de helft van de wereldbevolking woont binnen 125 mijlen van een kust.
Schattingen van de overheid en de academische wereld voorspellen dat duurzame mariene energie een aanzienlijk aandeel van de elektriciteit in kustgebieden kan leveren. Beoordelingen in opdracht van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben vastgesteld dat "het maximale theoretische elektriciteitsverbruik" dat kan worden geproduceerd uit golven, getijdestromingen en rivierstromingen, en thermische hellingen van de oceaan in Amerikaanse wateren 2,116 terawatt-uur per jaar, een iets meer dan de helft van de verbruikte elektriciteit in het land elk jaar. Eén TWh elektriciteit kan 85,000-huizen voeden. Volgens de California Energy Commission is het potentieel voor opwekking van opwindende oceaangolfenergie van de staat over 7,400 megawatt, equivalent aan 17 procent van de piekbelasting beheerd door de Californische netbeheerder in de afgelopen jaren.
Onderzoek gepubliceerd door ingenieurs van de universiteit van Oxford en de universiteit van Edinburgh in januari 2014 ontdekte dat getijdenturbines geplaatst in de Pentland Firth, een smal stuk water dat de noordkust van het vasteland van Schotland scheidt van de Orkney-eilanden, kon genereren 43 procent van de elektriciteit in Schotland. Volgens RenewableUK, een handelsvereniging, het golfenergiepotentieel in Britse en Ierse wateren is jaarlijks 840 TWh, gelijk aan de helft van de totale Europese golfenergiebron en bijna tweeëneenhalf keer de huidige jaarlijkse elektriciteitsvraag van het VK.
Marine Renewables is een snel ontwikkelende industrie
Bij een oceaanenergie paneel in september bijeengeroepen aan de University of California, Berkeley, School of Law 2012, Bill Toman, vervolgens een projectmanager bij de afdeling Ocean and Marine Systems van Science Applications International Corporation, merkte op dat de innovatie in de sector floreert. Toman, nu principal bij Pacific Marine Renewables, schatte dat sommige 80-technologieën voor mariene hernieuwbare energie wereldwijd in ontwikkeling waren, met een tiental in een volwassen stadium.
"Het gaat sneller vooruit dan wind 30 jaar geleden", zegt Paul Jacobson, oceaan energieleider bij het Electric Power Research Institute. Jacobson zegt dat hij niet gelooft dat de industrie voor mariene hernieuwbare energie 30-jaren nodig zal hebben om te bereiken waar de windenergiesector zich tegenwoordig bevindt, omdat ontwerpengineering de laatste jaren zo veel vooruitgang heeft geboekt.
In 2012 heeft Verdant Power flinke turbines geïnstalleerd onder de oppervlakte van de East River in New York City om getijdenenergie om te zetten in elektriciteit. Foto met dank aan Verdant Power, Inc.
Een handjevol ontwikkelaars in het VK, de VS en China hebben goedkeuring voor of ondertekende overeenkomsten voor het bouwen van projecten op commerciële schaal verkregen. In september 2013 de Schotse regering gaf het startsein voor de bouw van de eerste fase van de 398 MW MeyGen getijdenenergieproject. De eerste zes turbines zijn gepland om te worden geïnstalleerd in de Schotlands Pentland Firth in 2015.
In januari ontving 2012, Verdant Power de eerste commerciële licentie voor een getijdenenergieproject in de VS De Federal Energy Regulatory Commission erkende Verdant om tot 30-turbines te installeren met een gecombineerde capaciteit van iets meer dan 1 MW in de East River van New York City om de energie van water dat beweegt met de getijden. Tijdens de demonstratiefase heeft de project leverde 70 megawattuur aan elektriciteit aan twee klanten in New York City.
Dean Corren, directeur van Marine Current Technology bij Verdant, zegt dat het bedrijf van plan is om zijn volgende generatie commerciële turbine, Gen5, op de site te installeren. Financiële steun van de DOE, zegt hij, zal het testen van belangrijke componenten - staal, versnellingsbak en bladen - in het volgende jaar mogelijk maken om de betrouwbaarheid van de nieuwe turbines onder water te bepalen. De eerste Gen5-turbines zouden in 2015 in de East River moeten zijn.
In oktober 2013, Lockheed Martin ondertekende een contract om de grootste thermische thermische elektriciteitscentrale ter wereld te bouwen, een 10 MW-faciliteit die waarschijnlijk in Zuid-China zal worden gebouwd. Lockheed is van plan een gesloten systeem te bouwen dat de warmte van warme oppervlaktewaters gebruikt om ammoniak met een laag kookpunt om te zetten in een gas dat wordt gebruikt voor het aandrijven van een stoomturbine. Koud water diep onder het oppervlak wordt vervolgens gebruikt om de stoom terug in vloeistof om te zetten.
Dan Heller, vice-president van nieuwe ondernemingen voor Lockheed Mission Systems and Training, vertelde Reuters op het moment dat Lockheed van plan was in de loop van het project aan een 100 MW-ontwerp te gaan werken en naar verwachting de 100 MW- en 10 MW-versies in ongeveer vijf jaar wereldwijd op de markt zou kunnen brengen.
Regulatory Challenges en technische beperkingen
Zelfs wanneer technologie vordert, zijn deskundigen uit de industrie en de overheid het erover eens dat er aanzienlijke hindernissen moeten worden overwonnen als elektriciteit die wordt opgewekt door technologieën op het gebied van hernieuwbare energie op zee snel met de stroom van fossiele brandstoffen of meer volwassen bronnen van hernieuwbare energie zoals zonne-, wind- en geothermisch. Volgens Max Carcas, externe contactpersoon voor het European Marine Energy Centre, mariene energie kost $ 0.42 tot $ 0.50 per kilowattuur vandaag, meer dan twee keer de gemiddelde prijs van elektriciteit uit offshore windparken.
Regulatory challenges en technische beperkingen hebben het bouwen van utility-scale golf-, getijde- en oceanische thermische projecten bemoeilijkt. In augustus 2012 ontving Ocean Power Technologies de eerste Federal Energy Regulatory Commission-licentie voor een golfenergiecentrale in de VS, voor een reeks 1.5 MW-apparaten buiten de Reedsport, Oregon, kust. Een jaar later, De Oregonian gerapporteerd dat wettelijke en technische hindernissen het project tot stilstand hadden gebracht en dat "OPT nu vage beloften doet om hun eerste boei in Oregon-wateren niet later dan 2016 te testen."
Projectontwikkelaars, veelal start-ups, vinden het moeilijk om financieel overeind te blijven terwijl ze werken om de vereiste vergunningen te verkrijgen.
Vertragingen zijn niet beperkt tot de VS Wave Hub, een marien testplatform voor duurzame energie dat zich op de zeebodem 10 mijlen van Cornwall, VK, kust bevindt en via een subsea-kabel met het onshore-netwerk is verbonden, werd in 2010 voltooid, maar moet nog worden gebruikt. OceanEnergy, een Ierse onderneming voor golfenergie, was van plan het in gebruik te nemen OE boei Op de site aan het einde van 2012. In december 2013, Wave Hub aangekondigd het bedrijf van golfenergie Seatricity is van plan om de komende twee jaar een 10 MW-array op de site te ontwikkelen.
"De afgelopen vijf jaar zijn behoorlijk brutaal geweest voor ontwikkelaars bij het proberen te plaatsen van oceaangolf-, getij- en hybride windgolfprojecten," zei Pacific Marine Renewables ', zei Toman tijdens de 2012 Berkeley-bijeenkomst. Projectontwikkelaars, veelal start-ups, vinden het moeilijk om financieel overeind te blijven terwijl ze werken om de vereiste vergunningen te verkrijgen.
"Veel van de ingenieursmensen die iets in het water wilden zetten, zodra ze een glimp van het regelgevingskader hadden gekregen, werden hun ogen groot en besloten ze:" Oké, ik zal veel meer geld nodig hebben, en ik zal met wat meer consultants moeten praten die hier iets van af weten '', vertelde Laura Engeman, een projectmanager bij de California Ocean Protection Council, aan hetzelfde panel.
De uitdaging voor toezichthouders, voegde Engeman eraan toe, is "het balanceren van mogelijkheden voor testen met het leveren van de nodige voorzorgsmaatregelen voor het milieu. Industrieontwikkelaars zijn financieel beperkt. Het is vaak een grote hindernis voor hen om een soort basisinformatie te ontwikkelen die de meeste bureaus nodig hebben. "
"Omdat dit nieuwe technologieën zijn die in omgevingen worden geplaatst waar dit soort dingen nog niet eerder zijn gedaan, is er veel onzekerheid over het milieu", zegt Jacobson van EPRI. "De sector wordt op een zeer hoge standaard gehouden." Een rapport opgesteld voor de California Ocean Protection Council en California Energy Commission, gepubliceerd in november 2008, concludeerde dat "er weinig belangrijke effecten van golfenergieconversie-installaties op zeevogels en zoogdieren worden verwacht. "Maar dat baselinegegevens verzameld voordat apparaten in het water worden geplaatst" cruciaal zijn voor het evalueren van post-installatie-effecten. "De auteurs concludeerden dat" hoewel belangrijke technologische en economische problemen blijven bestaan, ecologische problemen in dit stadium hanteerbaar lijken. "
Eén kwestie domineert deze scène volledig en beperkt de groeisnelheid, en dat is de beschikbaarheid van kapitaal. "- Dean Corren, Verdant
Toch zien de dingen er beter uit aan de horizon. Om ontwikkelaars te helpen bij het navigeren door het regelgevingsproces, heeft de California Ocean Protection Council in december 2011 richtlijnen gepubliceerd voor projecten voor hernieuwbare energie uit de oceaan. En in augustus 2013 hebben de Amerikaanse senatoren Ron Wyden, D-Ore., En Lisa Murkowski, R-Alaska, geïntroduceerd de Marine and Hydrokinetics Renewable Energy Act van 2013, die de ontwikkeling van en het stroomlijnen van de vergunning voor mariene duurzame technologieën zou bevorderen. In januari 20, 2014, heeft de Europese Commissie een tweestapsslag uitgebracht Blue Energy-actieplan waarbij de EU eerst de belanghebbenden bijeenroept om oplossingen te vinden en oplossingen voor de uitdagingen waarvoor de industrie voor mariene hernieuwbare energie staat, aan te bieden en vervolgens een strategische routekaart van 2016 te ontwikkelen om de sector te begeleiden naar commercialisering.
Toon ons het geld
Dan is er financiering. "Het moet begrepen worden dat één kwestie deze scène volledig domineert en de groeisnelheid beperkt, en dat is de beschikbaarheid van kapitaal," zegt Corren van Verdant Power. "Voor opkomende energie bestaat risicokapitaal niet meer."
"Veel van de wave-dingen zijn nog maar net te vroeg voor zelfs risicokapitaal," vertelde Toman aan zijn publiek in Berkeley. "Er wordt geschat dat het ongeveer $ 100 miljoen kost om van een tekening van een cocktaildoekje naar een commercieel golfapparaat te gaan. Dat is een vreselijke hoeveelheid kapitaal om je garage-uitvinder te vragen om te verzinnen. '
PowerBuoy van Ocean Power Technologies maakt elektriciteit terwijl het dobbert in de woelige zeeën voor de kust van Schotland. Foto met dank aan Ocean Power Technologies, Inc.
Waar mariene energie wortels zet, is het vaak dankzij overheidsingrijpen.
"Dat is de reden waarom Europa onze lunch eet", zegt Corren. "Onze regering heeft nu de filosofie - tenminste de helft heeft de filosofie - dat de overheid niets zou moeten doen."
Voorstanders erkennen het belang van overheidssteun aan de industrie - ze wensen alleen dat er meer van was. "Sinds de verkiezing van president Obama heeft het ministerie van Energie zijn programma voor waterkracht hersteld en ook een verbintenis aangegaan met duurzame mariene energie, zowel getij als golven," zegt Corren, "maar het is nog steeds veel verder dan het eigenlijk zou moeten zijn als we willen een belangrijke speler zijn in de wereldindustrie. "
Jacobson van EPRI merkt op dat de DOE mariene hulpbronnen- en milieubeoordelingen voor hernieuwbare energie heeft gesponsord (EPRI heeft de golf- en riverine-bronnenevaluaties geleid), technologieontwikkeling van componenten en projectontwikkeling.
"DOE contractondersteuning is ongelooflijk behulpzaam", zegt Corren. "De staat New York is ongelofelijk nuttig geweest sinds de '80s'. De DOE erkende dat het nodig was om het kostenaandeel van de beurzen te verhogen om te matchen met wat andere landen te bieden hadden, zegt hij. Voordien kwamen contracten met 50 / 50 kostendeling; nu kunnen contracten komen met een 80 / 20-kostenaandeel. In augustus 2013, DOE toegekend $ 16 miljoen om 17-projecten voort te zetten die energie van de golven, getijden en stroming opvangen.
Marine Renewables hebben een mooie toekomst
Ondernemers van de industrie zijn het erover eens dat mariene hernieuwbare energiebronnen een mooie toekomst hebben, zelfs als ze op korte termijn sneller naar de VS kunnen verhuizen. Corren zegt dat dit waarschijnlijk betekent dat de meeste in de VS gevestigde bedrijven naar het buitenland zullen verhuizen. "Ofwel Europa, met name het Verenigd Koninkrijk en Schotland, of Zuid-Korea", zegt hij, eraan toevoegend dat Verdant al een bedrijf heeft in Engeland. "We zijn in gesprek geweest met China. Dit zijn landen met belangrijke middelen en belangrijke toezeggingen om in de technologie te investeren om dit mogelijk te maken, "zegt hij.
Tijdens de Berkeley-toespraak ging Toman akkoord met de woorden: "Golf en getij gaan als gangbusters in Europa, met name in het Verenigd Koninkrijk en Schotland. Ik zie dat ze hier naar de VS migreren. Ze zien de Californische markt als een soort heilige graal. We bevinden ons misschien op het moment in een trage periode, maar ik zie de Europese inspanningen om ons te koloniseren. "
Deskundigen zijn ervan overtuigd dat mariene hernieuwbare energiebronnen na verloop van tijd concurrerender zullen worden naarmate de technologie rijpt. Prototypen van bijna een dozijn zee-energie-apparaten werken op sites gerund door de Europese Marine Energy Centre, een op het elektriciteitsnet aangesloten testcentrum op de Orkney-eilanden in Schotland, gevestigd in 2003. Meer apparaten met golf- en getijdenenergie zijn getest bij de $ 59-miljoen-faciliteit - ingezet met financiering van de Schotse en Britse overheid en de EU, maar zelfredzaam sinds 2011 - dan enige andere site ter wereld. Volgens de Europese Commissie, sommige 2 GW van projecten voor mariene duurzame energie zijn in de pijplijn in Europa.
Deskundigen zijn ervan overtuigd dat mariene hernieuwbare energiebronnen na verloop van tijd concurrerender zullen worden naarmate de technologie ouder wordt. "Er is veel bloedbad onder vroege projecten," zei Toman. "Er is echter een enorme hoeveelheid ervaring opgedaan. Latere projecten zullen profiteren van het grote harde werk dat door deze eerdere projecten is gedaan. "
"Dit is niet de goedkoopste manier om nu elektriciteit op te wekken," zegt Jacobson. "Als er geen enkele vorm van vraag naar hernieuwbare energie is, dan is het zoveel moeilijker om de financiering te laten werken om de technologie verder te ontwikkelen tot het punt dat het op termijn kostenconcurrerend kan zijn." Beleid zoals de feed-in tarief onlangs goedgekeurd in Nova Scotia voor getijdenenergieprojecten zijn nodig, zegt hij, om de industrie op te schalen.
Schrijven op het blog van het European Marine Energy Center, Carcas voorspelt, "Het is niet ondenkbaar dat zodra de eerste 1,000 [MW] van duurzame scheepsbrandstoffen is geïnstalleerd (equivalent aan een conventionele krachtcentrale) de kosten zouden kunnen zijn vergelijkbaar met die van offshore wind. "
"Deze industrie heeft een toekomst. Het wordt een klein maar belangrijk stukje van de puzzel voor het samenstellen van alle bronnen die we nodig hebben en die het meest duurzame eind van de dingen zijn, "zegt Corren. "Het heeft een mooie toekomst."
Dit artikel verscheen oorspronkelijk op ensia
Over de auteur
Justin Gerdes is een onafhankelijke journalist uit de San Francisco Bay Area, gespecialiseerd in energie en klimaatverandering. Zijn werk is verschenen in de Guardian, Yale Environment 360, Forbes.com, MotherJones.com, Smithsonian.com, Chinadialogue, het Christelijk Science Monitor en GreenBiz.com, onder anderen.
Aanbevolen boek:
Hoe de wereld te veranderen: sociale ondernemers en de kracht van nieuwe ideeën, bijgewerkte editie
door David Bornstein.
Gepubliceerd in meer dan twintig landen, Hoe de wereld veranderen is de Bijbel geworden voor sociaal ondernemerschap. Het profileert mannen en vrouwen van over de hele wereld die innovatieve oplossingen hebben gevonden voor een breed scala aan sociale en economische problemen. Of ze nu werken aan het leveren van zonne-energie aan Braziliaanse dorpsbewoners, of de toegang tot college in de Verenigde Staten verbeteren, sociale ondernemers bieden baanbrekende oplossingen die levens veranderen.
Klik hier voor meer info en / of om dit boek op Amazon te bestellen.
