Det finns en oerhörd kraft i havsvågor – men den är inte helt lätt att tämja. Ända sedan 1700-talet har människan försökt utnyttja vågkraft men ännu inte lyckats fullt ut i stor skala. Själva styrkan i kraften är en av flera utmaningar.
Vågkraftsforskaren Jens Engström har precis kommit hem från universitetet i Plymouth i Storbritannien där han följt experiment i deras Ocean Basin, en testbassäng som kan simulera vågor och strömmar.
– Vi gör småskaliga experiment där vi bygger vågkraftverk i skala ett till tio och testar olika tekniker för att absorbera så mycket energi som möjligt. Det är billigare och enklare än att utföra det i havet, säger Jens Engström.
Här i Sverige driver han och hans kollegor vid Uppsala universitet en testanläggning på västkusten, nära ön Gullholmen i Lysekils kommun. De har sedan 2006 testat många olika vågkraftverk i havet. Som mest har tre stycken varit i gång samtidigt. De har också konstruerat ett undervattensställverk som kan koppla ihop flera kraftverk och transporterar ut elenergin. Under sommaren 2018 ska de lägga ut en boj för att mäta extremkraft under stormar.
Högre energitäthet än vind och sol
En fördel med vågkraft jämfört med sol och vind är att den har mycket högre energitäthet, fem gånger högre än till exempel vind. Energitäthet är mängden energi som finns lagrad per volym- eller massenhet i ett system eller ett kemiskt ämne.
Energin är högst – det vill säga det blåser mest – höst och vinter när vi behöver mest el. Vågor kan i teorin absorbera väldigt mycket energi – men det återstår att göra det i verkligheten.
Så fungerar flytbojarna
Vågkraftsteknik omvandlar energi från havets vågor till el. Det finns många olika typer av teknik för detta som huvudsakligen fungerar på två olika sätt: antingen utnyttjas kraften i ytvågorna eller i vågorna på botten. En av världens mest kända vågkraftparker finns på svenska västkusten, nordväst om Smögen. Den består av drygt 20 flytbojar som är förankrade i havsbotten med betongfundament, och är exempel på kraft från ytvågor.
När havet böljar rör sig flytbojarna upp och ner och driver linjära generatorer som sitter inbyggda i höga stålstrutar på betongfundamenten. Havet rör sig olika mycket överallt och därför ger varje enskild boj olika mycket ström. För att konvertera energin till efterfrågade 50/60 Hertz växelström används två egenutvecklade växelstationer som även de är placerade på havsbotten. I januari 2016 började vågkraftparken leverera el till det svenska elnätet via en 10 kilometer lång bottenkabel.
Källa: Artikeln Vågenergi och fejkad fotosyntes – fossilfri teknik att räkna med
Försöken att tämja vågornas kraft är inget nytt. Det allra första patentet gavs i Paris 1799. 1910 tillverkades den första turbinen som gav el till ett privathus i Royan i Bordeaux och 1947 togs det första kommersiella vågkraftverket i bruk i Japan.
Under oljekrisen på 1970-talet konstruerade britten Stephen Salter det effektiva vågkraftverket, ”Salter’s duck”, – men det blev enbart en prototyp. Forskningsanslagen drogs in när oljan blev billig igen.
Lars Bergdahl, numera professor emeritus vid Chalmers i Göteborg, insåg att det fanns en stor potential och började själv jobba med vågkraft i mitten av 1970-talet.
Handfast och begriplig teknik
– Tekniken var ganska handfast och begriplig för oss vattenbyggare: en rörelse som ska motverkas och energi som ska tas upp genom att bromsa lagom mycket.
Han och hans kollegor sjösatte vågkraftsbojar först i sjön Lygnern och sedan vid fyrplatserna Vinga och Trubaduren på västkusten.
– Vi fick det att fungera bra, några grejer gick sönder men inget katastrofalt inträffade.
Men det blev ändå ingen fortsättning. I början av 80-talet var oljekrisen över och energipriserna låga. Tekniken föll närmast i glömska – tills in på 2000-talet när Mats Leijon, professor i elektricitetslära vid Uppsala universitet, började intressera sig för vågkraft, och läste in sig på Chalmersrapporterna och sökte forskningsmedel.
Olika typer av vågkraftverk
Det finns flera olika typer av vågkraftverk. Den teknik som Uppsalaforskarna arbetar med idag fungerar förenklat så att när en våg träffar en boj uppe vid ytan tar bojen upp en del av vågens energi. Bojen ska inte följa med vågen utan ”förstöra” den.
Bojen börjar röra sig och drar i ett rep som sitter i ett fundament på botten. Repet drar i sin tur i en transformator med magneter, vilka dras upp och ner i en stator och elektriskt spänning uppstår.
I sin avhandling tog Jens Engström fram en teoretisk modell för att göra kraftverket ännu effektivare. Men det har varit svårare än han trott att få vågkraft att fungera i verkligheten.
Stora utmaningar
– Största utmaningen är att få komponenter att hålla, det är sådana enorma krafter i havet. Man designar utifrån den vanligast förekommande vågen men samtidigt kommer stormar där vågorna är extremt mycket större. Överdimensionerar man blir det för dyrt; därför måste vi hitta smarta lösningar, säger Jens.
Han konstaterar att alla operationer i havet är komplicerade och kostsamma. Det är dyrt att anlita dykarteam, än dyrare att hyra en stor båt.
– Det är svårt att få saker att fungera i havet, när vi är ute har vi inte många chanser på oss. Det ska stämma med vädret och inte blåsa för mycket.
Mätutrustning sitter på en liten kobbe som blir helt överspolad när det stormar – då går det inte att gå i land där, vattnen är ökända bland båtfolk för sina strömmar.
Lovande marknad
En annan utmaning är att teorin kring vågkraft är så komplicerad att knappt ens superdatorer räcker till för de beräkningar som krävs, även om Jens Engström tror att artificiell intelligens så småningom kommer att hjälpa till att lösa dessa komplexa system.
Han är trots utmaningarna optimistisk om vågkraftens möjligheter. Många forskare och företag arbetar för att hitta lösningar. Just nu anses svenska och finska företag som de mest lovande. Även utveckling av andra marina energitekniker, som exempelvis utnyttjar tidvattenströmmar ser lovande ut.
– Potentialen i havet är enorm och vi behöver alla energislag. Jag har svårt att se att sol och vind ska tillgodose alla behov. Marknaden är väldigt stor för den som lyckas. När man kommit nära mål kan utvecklingen av vågkraft gå väldigt fort.
Text: Helena Östlund, på uppdrag av forskning.se
