Teknologier som utnyttjar energin i rörligt vatten eller temperaturskillnader
i oceanerna lovar att leverera riklig koldioxidfri el.

Långt innan människor blev förknippade med fossila bränslen lärde vi sig att utnyttja vattenets kraft att göra arbete. Floder sprang kvarnar som markmjöl, sågade löv eller spunna väv som förvandlade fibrer till textilier. Senare generationer insåg att rörligt vatten också skulle kunna användas för att vända elproducerande turbiner. Men dammar uppförda med elektriska turbiner blockerade vattenvägar, vilket äventyrar flodekosystemen för att leverera kraft till växande städer.

Apparater som nu utvecklas i Förenade kungariket, USA och andra länder genererar el genom att knacka på rörelsen av havsvågor och tidvatten eller skillnaderna i vattenets temperatur mellan havets yta och dess djup. Sektorn är mogen med ett löfte, men för att nå sin potential måste ingenjörer, entreprenörer och beslutsfattare som arbetar för att krossa koldioxidfri el från rörligt vatten och termiska gradienter övervinna formella regler och finansiella hinder.

Energi från vatten har stor potential

Offentliga och akademiska uppskattningar visar att marina förnybara energikällor skulle kunna leverera en betydande del av den el som används i kustområdenProjektorer för marin hydrokinetik eller konvertering av termisk energi i havet Observera ofta att tekniken levererar el som är både pålitlig och på rätt plats. När allt kommer omkring kan vågor och tidvatten förutspås. Och människor tenderar att klara nära vatten: Nästan 40 procent av amerikanerna bor i län direkt på en strandlinje, och mer än hälften av världens befolkning bor inom 125 miles av en kust.

Regerings- och akademiska uppskattningar visar att den marina förnybara energin skulle kunna leverera en betydande del av den el som används i kustområdena. Bedömningar som beställts av US Department of Energy fann att "den maximala teoretiska elektriska generationen" som skulle kunna produceras från vågor, tidvatten och flodströmmar och havets termiska gradienter i amerikanska vatten är 2,116 terawatt-timmar årligen, en lite över hälften av förbrukad el i landet varje år. En TWh el kan driva 85,000 hem. Enligt California Energy Commission är den exploaterbara oceanvågens energiproduktionspotential av staten om 7,400 megawattar, motsvarande 17 procent av toppbelastning som förvaltas av California-nätoperatören på senare år.

Forskning publicerad av ingenjörer från Oxford University och Edinburgh University i januari 2014 fann att tidvattensturbiner placeras i Pentland Firth, en smal vattensträcka som skiljer norrkusten från fastlandet Skottland från Orkneyöarna, kunde generera 43 procent av Skottlands el. Enligt RenewableUK, en branschorganisation, vågenergipotentialen i brittiska och irländska vatten är 840 TWh årligen, vilket motsvarar hälften av den totala europeiska vågenergiresursen och nästan två och en halv gånger Storbritanniens nuvarande årliga elbehov.

Marine Renewables är en snabb utvecklingsindustri

Vid en oceanenergi panel sammankallad vid University of California, Berkeley, Law of Law i september 2012, Bill Toman, då en projektledare med divisionen Ocean and Marine Systems, Science Applications International Corporation, noterade den blomstrande innovationen inom sektorn. Toman, nu huvudansvarig för Pacific Marine Renewables, uppskattade att vissa 80-tekniker för förnybar energi inom vatten utvecklades runt om i världen, med ungefär ett dussin i ett moget stadium.

"Det går framåt i snabbare takt än vinden var 30 år sedan", säger Paul Jacobson, energileder i havet med Electric Power Research Institute. Jacobson säger att han inte tror att industrin för förnybar energi kommer att behöva 30 år för att nå vart vindsektorn är idag eftersom designteknik har avancerat så mycket de senaste åren.

I 2012 Verdant Power installerade kraftiga turbiner under ytan av New Yorks östra flod för att förvandla tidvattenenergi till elkraft. Foto med tillstånd av Verdant Power, Inc.

En handfull utvecklare i Storbritannien, USA och Kina har fått godkännande för eller tecknade avtal för att bygga kommersiella projekt. I september 2013 den skotska regeringen gav framåt för konstruktion av den första fasen av 398 MW MeyGen tidvatten energi projekt. De första sex turbinerna är planerade att installeras i Skottlands Pentland Firth i 2015.

I januari 2012 mottog Verdant Power den första kommersiella licensen för ett tidvattenenergiprojekt i USA. Federal Energy Regulatory Commission godkände Verdant att installera upp till 30-turbiner med en kombinerad kapacitet på drygt 1 MW i New Yorks East River för att fånga upp vattenens energi rör sig med tidvatten. Under sin demonstrationsfas, den Projekt levererade 70 megawatt-timmar el till två kunder i New York City.

Dean Corren, chef för marin nuvarande teknik med Verdant, säger att företaget planerar att installera sin nästa generations kommersiella turbin, Gen5, på platsen. Finansiellt stöd från DOE, säger han, kommer att möjliggöra provning av nyckelkomponenter - stål, växellådor och blad - under nästa år för att bestämma tillförlitligheten hos de nya turbinerna under vatten. De första Gen5-turbinerna borde vara i East River i 2015.

I oktober 2013, Lockheed Martin tecknat ett kontrakt att bygga världens största havsvattenkraftverk, en anläggning av 10 MW som sannolikt kommer att byggas i södra Kina. Lockheed planerar att bygga ett slutet system som använder värmen från varmt ytvatten för att omvandla ammoniak, som har en låg kokpunkt, till en gas som används för att driva en ångturbin. Kallt vatten djupt under ytan används sedan för att omvandla ångan till vätska.

Dan Heller, vice vd för nya satsningar för Lockheed Mission Systems and Training, Reuters vid den tidpunkt då Lockheed planerade att börja arbeta med en 100 MW-design under projektets gång och förväntas kunna börja marknadsföra 100 MW och 10 MW-versionerna globalt på cirka fem år.

Regelutmaningar och tekniska begränsningar

Även när tekniken går vidare, är industrins och regeringens experter överens om att betydande hinder måste övervinnas om el som genereras av förnybar energiteknologi inom vatten är att konkurrera på pris när som helst snart med kraft från fossila bränslen eller från mer mogna källor till förnybar energi som sol, vind och geotermisk. Enligt Max Carcas, externa kontakter för European Marine Energy Center, marin energi kostar $ 0.42 till $ 0.50 per kilowatt-timme i dag, mer än två gånger det genomsnittliga priset på el från havsbaserade vindkraftparker.

Regelutmaningar och tekniska begränsningar har gjort det svårt att bygga våg-, tidvatten- och havsvattenprojekt i byggnadsindustrin. I augusti 2012 mottog Ocean Power Technologies den första Federal Energy Regulatory Commission-licensen för en vågkraftverk i USA, för en 1.5 MW-uppsättning enheter som ligger utanför Reedsport, Ore., Kusten. Ett år senare, Den Oregonian rapporterade att reglerings-och tekniska hinder hade stoppat projektet och att "OPT nu gör vaga löften att testa sin första böja i Oregon vatten senast 2016."

Projektutvecklare, många av dem som startar, tycker att det är svårt att hålla sig flytande ekonomiskt eftersom de arbetar för att erhålla de nödvändiga tillstånden.

Förseningar har inte begränsats till USA Wave Hub, en marin förnybar energi testplattform belägen på havsbotten 10 miles utanför Cornwall, Storbritannien, kusten och ansluten till onshore rutnät via en subsea kabel, slutfördes i 2010 men har ännu inte använts. OceanEnergy, ett irländskt våg energibolag, hade planerat att distribuera sin OE Buoy på sidan vid slutet av 2012. I december 2013, Wave Hub meddelade vågenergibolaget Seatricity planerar att utveckla en 10 MW array på webbplatsen de närmaste två åren.

"De senaste fem åren har varit ganska brutala för utvecklare för att försöka placera havsvåg, tidvatten- och hybridvindvågsprojekt, sade" Pacific Marine Renewables "Toman vid 2012 Berkeley-samlingen. Projektutvecklare, många av dem som startar, tycker att det är svårt att hålla sig flytande ekonomiskt eftersom de arbetar för att erhålla de nödvändiga tillstånden.

"Många av ingenjörerna som ville lägga något i vattnet, när de fick en glimt av regelverket, blev ögonen stora och de bestämde," OK, jag behöver mycket mer pengar och jag Jag kommer att behöva prata med några fler konsulter som vet något om detta, säger Laura Engeman, en projektledare med California Ocean Protection Council, till samma panel.

Utmaningen för tillsynsmyndigheter, tillade Engeman, är att "balansera möjligheterna att testa med de nödvändiga miljöåtgärderna. Industriutvecklare är ekonomiskt begränsade. Det är ofta en stor hinder för dem att utveckla den typ av basinformation som de flesta tillåter byråer kräver. "

"Eftersom det här är ny teknik som placeras i miljöer där den här typen av saker inte har gjorts tidigare, finns det stor osäkerhet på miljön", säger EPRIs Jacobson. "Branschen hålls till en mycket hög standard." En rapport som utarbetats för Kalifornien Ocean Protection Council och California Energy Commission, publicerad i november 2008, fann att "några stora effekter av vågomvandlingsinstallationer på marina fåglar och däggdjur förväntas , "Men den basdata som samlats in innan enheterna placeras i vattnet" kommer att vara avgörande för att utvärdera efterinstallationseffekter. "Författarna drog slutsatsen att" medan betydande tekniska och ekonomiska problem kvarstår verkar ekologiska problem i detta skede hanterbart ".

En fråga dominerar helt denna scen och begränsar tillväxten, och det är tillgången till kapital. "- Dean Corren, Verdant

Ändå ser saker bättre ut i horisonten. För att hjälpa utvecklare att navigera i regleringsprocessen publicerade California Ocean Protection Council tillstånd till vägledning för havsförnybara energiprojekt i december 2011. Och i augusti 2013 publicerade de amerikanska senatorerna Ron Wyden, D-Ore., Och Lisa Murkowski, R-Alaska, introducerade 2013 Marine och Hydrokinetic Renewable Energy Act, som skulle främja utvecklingen av och effektivisera tillstånd för marina förnybara teknologier. I januari 20, 2014, släppte Europeiska kommissionen två steg Blue Energy Action Plan enligt vilken EU först kommer att sammankalla intressenter för att identifiera och föreslå lösningar på utmaningar som gäller för industrin för förnybar energi och sedan utveckla en strategisk vägkarta av 2016 för att styra sektorn mot kommersialisering.

Visa oss pengarna

Då är det finansiering. "Det måste förstås att en fråga helt dominerar den här scenen och begränsar tillväxten, och det är tillgång till kapital", säger Verdant Power's Corren. "För växande energi finns inte riskkapital längre."

"Många av de vågsakerna är bara för tidigt skede för till och med riskkapital", berättade Toman för sin Berkeley-publik. "Det har beräknats att det kostar ungefär $ 100 miljoner att gå från en cocktail servett ritning till en kommersiell våg enhet. Det är en skrämmande mängd kapital för att fråga din garage uppfinnare att komma med. "

Ocean Power Technologies PowerBuoy producerar elektricitet som det bobar i de hackiga haven utanför Skottlands kust. Foto med tillstånd av Ocean Power Technologies, Inc.

Där marin energi sätter rötter, är det ofta tack vare statligt ingripande.

"Det är därför som Europa äter vår lunch", säger Corren. "Vår regering har nu filosofin - åtminstone hälften har filosofin - regeringen ska inte göra någonting."

Föredragandena erkänner vikten av statligt stöd till industrin - de önskar bara att det fanns mer av det. "Sedan valet av president Obama har energiavdelningen rekonstruerat sitt vattenkraftprogram och har också åtagit sig för förnybar energi, både tidvatten och vågor," säger Corren, "men det är fortfarande långt bortom vart det egentligen borde vara om Vi vill vara en stor aktör i världsindustrin. "

EPRIs Jacobson noterar att DOE har sponsrat marina förnybara energikällor och miljöbedömningar (EPRI ledde våg- och flodresursbedömningarna), teknikutveckling av komponenter och projektutveckling.

"Dot kontrakt stöd har varit oerhört hjälpsamma, säger Corren. "Staten i New York har varit otroligt till hjälp sedan" 80s. "DOE erkände att det behövde öka kostnaden av sina bidrag för att matcha vad andra länder erbjöd, säger han. Innan kom kontrakten med 50 / 50 kostnadsandel; Nu kan kontrakt komma med upp till en 80 / 20 kostnadsandel. I augusti 2013, DOE tilldelas $ 16 miljoner för att avancera 17-projekt som tar upp energi från vågor, tidvatten och strömmar.

Marine Renewables har en ljus framtid

Branschbärare är överens om att marina förnybara energikällor har en ljus framtid även om de inom kort kan komma snabbare utanför USA Corren säger att det här sannolikt kommer att innebära att de flesta amerikanska företag kommer att flytta utomlands. "Varken Europa, särskilt Storbritannien och Skottland, eller Sydkorea", säger han och tillägger att Verdant redan har ett företag i England. "Vi har varit i samtal med Kina. Det här är länder med viktiga resurser och viktiga åtaganden att investera i tekniken för att få det att hända, säger han.

Vid Berkeley-samtalet kom Toman överens och sa: "Våg och tidvattnet går som gangbusters i Europa, särskilt Storbritannien och Skottland. Jag ser att migrera här till USA De ser Kalifornien marknaden som typ av den heliga graden. Vi kan vara i en långsam tid just nu, men jag ser att de europeiska ansträngningarna når ut för att kolonisera oss. "

Experter är övertygade om att marina förnybara energikällor kommer att bli mer konkurrenskraftiga under tiden som tekniken mognar. Prototyper av nästan ett dussin marina energi enheter fungerar på platser som drivs av European Marine Energy Centre, ett nätverksanslutet testcenter i Skottlands Orkneyöar etablerade i 2003. Fler våg- och tidvattenenergiapparater har testats på $ 59-miljonanläggningen - inlett finansiering från skotska och brittiska regeringarna och EU, men självbärande sedan 2011 - än någon annan plats i världen. Enligt Europeiska kommissionen, är några 2 GW för marina förnybara energiprojekt på väg i Europa.

Experter är övertygade om att marina förnybara energikällor blir mer konkurrenskraftiga under tiden som tekniken mognar. "Det finns mycket blodbad där ute bland tidiga projekt", sa Toman. "Men en enorm mängd erfarenhet har uppnåtts. Efterföljande projekt kommer att dra nytta av det stora hårda arbetet som har gjorts av dessa tidigare projekt. "

"Det här är inte det billigaste sättet att generera el just nu", säger Jacobson. "Om det inte finns någon form av efterfrågan på förnybar energi är det så mycket svårare att göra finansieringsarbetet för att vidareutveckla tekniken till den punkt som det kan vara konkurrenskraftigt på vägen." Politik som inmatningstull som nyligen godkändes i Nova Scotia för tidvatten energi projekt är nödvändiga, säger han, att skala upp industrin.

Skriva på European Marine Energy Centers blogg, Carcas förutspår, "Det är inte otänkbart att kostnaderna för den första 1,000 [MW] för marina förnybara energikällor (motsvarande ett konventionellt kraftverk) kan vara liknande den för havsbaserad vind ".

"Denna bransch har en framtid. Det kommer att bli ett litet men betydande stycke av pusslet för att sätta ihop alla källor vi behöver som är det mest hållbara slutet av saker ", säger Corren. "Det har en ljus framtid."

Denna artikel publicerades ursprungligen på ensia

Om författaren

Justin Gerdes är en San Francisco Bay Area-baserad oberoende journalist som specialiserat sig på energi och klimatförändringar. Hans verk har dykt upp på Förmyndare, Yale Environment 360, Forbes.com, MotherJones.com, Smithsonian.com, Chinadialogue, d Christian Science Monitor och GreenBiz.com, bland andra.

Rekommenderad bok:

Hur man byter värld: sociala entreprenörer och kraften i nya idéer, uppdaterad utgåva
av David Bornstein.

Publicerad i över tjugo länder, Hur man ändrar världen har blivit Bibeln för socialt entreprenörskap. Det profilerar män och kvinnor från hela världen som har hittat innovativa lösningar för en mängd olika sociala och ekonomiska problem. Oavsett om de arbetar för att leverera solenergi till brasilianska bybor eller förbättra tillgången till college i USA, sociala entreprenörer erbjuder banbrytande lösningar som förändrar liv.

Klicka här för mer info och / eller för att beställa boken på Amazon.