Havtermisk energi får eit nytt løft

Aukande global oppvarming må møtast med fossil utfasing, fjerning av CO₂-utslepp og innføring av fornybare energiformer frå sol, vind, berg og hav. I dette innslaget blir omtalt termisk havenergi som har kanskje det største reelle energipotensialet av alle kjende fornybar teknologiar.

I havet på låge breiddegrader er overflatevatnet varmt, 25 grader eller meir, medan djupvatnet under er kaldt, gjerne 4-5 grader på rundt 1000 m djup. Denne temperaturgradienten er mogleg å utnytte til å generere høgverdig energi som elektrisitet eller energiberarar i eit såkalla OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion)-anlegg. I enklaste form av teknologien blir varme overført over varmevekslarar mellom overflatevatnet og det kalde djupvatnet over ein lukka krins med ein eigna drivgass imellom (Figur 1). På den varme sida fordampar drivgassen og trykket frå ekspansjonen i den lukka krinsen driv ein turbogenerator som produserer elektrisk straum, nesten som i eit omvendt kjøleskap. Teknologien har likskapar med geotermisk energiutnytting.

Prinsippet for å produsere elektrisitet på denne måten har vore kjent lenge og det eksisterer mindre anlegg i drift rundt om, alle landbaserte, med effekt på inntil nokre hundre kW. Flytande anlegg har også vore utprøvd, desse har større potensiale men også større tekniske og operasjonelle utfordringar.

Eit OTEC-anlegg produserer fornybar energi frå havvarmen. Effektfaktoren er låg, berre nokre få prosent. Men ’drivstoffet’ er gratis og anlegget vil produsere konstant, 24/7 med lite nedetid for vedlikehald. Så med godt design vil eit anlegg kunne gå i pluss økonomisk. Område der det er lite tilgang på rimeleg elektrisitet, som til dømes på små øysamfunn, er attraktive. Det ligg føre design av anlegg, helst flytande, med kapasitet på 100 MW eller meir.

Eit anlegg vil produsere elektrisitet, og noko av denne elektrisiteten blir brukt til å drive vasspumpene og anna utstyr. Eksempelvis vil eit brutto 16 MW anlegg forbruke 6 MW og generere 10 MW netto.

Det teoretiske energipotensialet globalt er på skal hundretal-TW der ein ser for seg utnytting i anlegg av storleiksorden 100 MW fordelt på utvalde lokasjonar rundt om i verdshava. I praksis vil det kunne gå ei grense ved eit tital-TW, der ein ved ytterlegare utnytting kan påverke dei oseanografiske tilhøva i regionale havområde. Til dit er det naturlegvis og heldigvis eit godt stykke igjen. Framover vil det skje ein gradvis, steg for steg utvikling for å skaffe erfaring frå drift av større anlegg, inkludert påverknaden på omgjevnadene.

Historisk sett har Frankrike, USA og Japan vore i føringa med utvikling og demonstrasjon av OTEC-prinsippet. Land som Kina, Taiwan, Brasil, Malaysia, Indonesia og Korea er på frammarsj.

Små øysamfunn med tilgang på kaldt djupvatn nær ved kysten er gunstige for etablering av landbaserte OTEC-anlegg. Norske havområde er lite eigna for OTEC på grunn av dei oseanografiske forholda her.

OTEC-prinsippet er demonstrert å fungere over fleire år på mindre skala. Det manglar driftserfaring med større anlegg, 1-10 MW, som er neste steg i utviklinga. Det må store vassmengder til for å produsere mykje elektrisitet; om lag 2 m³/sekund pr MW. Å få opp så store vassmengder frå djupet har vore den store utfordringa særleg for flytande anlegg, men blir i dag rekna for å vere løysbar.

Typar teknologi

Lukka syklus-anlegg har lengst tradisjon. Her sørgjer ein lukka krins med drivgass, eksempelvis ei blanding av ammoniakk og vatn, for energi-overføringa mellom varmt til kaldt havvatn til å driva ein turbogenerator.

I eit open-syklus-anlegg har sjøvatn rolla som drivgass, operert under delvis vakuum. Vatnet fordampar på den varme sida og blir kondensert på den kalde, og slik blir det generert store mengder avsalta sjøvatn, i tillegg til elektrisitet.

Hybrid-OTEC (H-OTEC) er relativt nytt. Det inkluderer ein lukka syklus med ein turbogenerator, men det blir også produsert ferskvatn frå sjøvatn i eit vakuumkammer på den varme sida. Om lag 1% av sjøvassfluksen blir til ferskvatn.

OTEC kan såleis forsyne samfunn eller industri med både elektrisk kraft og ferskvatn, avhengig av vald teknologi. Prinsippet kan også brukast på anna form for varme-gjenvinning, Waste Heat Recovery, til dømes frå industriell spillvarme.

SWAC (Seawater Air Conditioning)-kjøling er ein annan avleggjar, der det kalde djupvatnet nedstraums OTEC-anlegget blir ført inn i bygningar for kjøling. Sjølv om djupvatnet blir varma opp 5-10 gradar i varmevekslinga er temperaturen framleis låg nok til å kunna bidra effektivt til direkte kjøling. Dette kan fungere både med og utan varmepumper.

Kjøling av jordsmonn ute eller i drivhus med kaldt djupvatn blir også praktisert for å auke produksjon av grønsaker og andre vekstar som ikkje trivst godt i tropisk varme.

Japan har eit velkjent OTEC-anlegg (250kW) på øya Kumejima vest for Okinawa, der djupvatnet etter varmeveksling blir utnytta til akvakulturformål (artikkelforfattaren besøkte nyleg anlegget). Der blir det framstilt ei rekkje marine produkt frå mikroalgar til krepsdyr, og dessutan mineralvatn, kosmetikk og medisinske produkt. Salsverdien av desse biprodukta frå anlegget har større verdi enn elektrisiteten anlegget leverer. Slik bruk av djupvatn skjer også på Hawaii og andre stadar. Kumejima-anlegget er i ferd med å bli utvida til 1 MW kapasitet. Figur 2 illustrerer moglege biprodukt av OTEC.

Medan land som USA, Japan og Frankrike har lang historikk med testing og demonstrasjon av OTEC-anlegg, melder nye land seg på. Malaysia skal etablere eit større OTEC-anlegg på kysten nordaust på Borneo. Brasil planlegg eit OTEC-anlegg ved kysten i nordaust. Frankrike har gunstige lokasjonar i dei oversjøiske territoria sine i Karibia og Polynesia. England og Nederland er også aktive med teknologi og planar. Japan og USA er antakeleg framleis lengst framme når det gjeld teknologi, med Kina tett på. I Japan er det Saga universitetet i Imari på Kyushu som er mest aktiv. I USA har universitetet på Hawaii og NEHLA-instituttet lang tradisjon med OTEC. Lockheed-Martin og andre amerikanske selskap investerer også i utvikling av teknologien. GlobalOTEC presenterte seg på IOS2025. Dei er eit kommersielt selskap som hentar inn kapital med målsetjing å realisere større serieproduserte anlegg innan kort tid. Dei har utvikla ei kostnadseffektiv modul-basert løysing med konteinarar som kvar har alt nødvendig utstyr for å produsere inntil 500 kW elektrisitet. Slik kan anlegg etablerast og byggjast ut med desse modulane til ønskt kapasitet.

‍

Klima og miljø

Utvikling av OTEC skaut fart på 1970-80-talet med oljekriser som resulterte i intensivert jakt på alternative energikjelder, inkludert OTEC. Dette var før klima-problematikken kom på dagsordenen for alvor på slutten av 1980-talet. Som ei kjelde til fornybar elektrisitet verkar OTEC no også som eit klimatiltak i den grad det erstattar fossil kraft, på linje med solkraft, havvind, bølgje- og tidvasskraft. Det er likevel viktig å ha oversikt over faktisk klimaeffekt og eventuelle negative miljøeffektar i bruken av teknologien.

Djupvatnet kan ha høgare konsentrasjonar av CO₂ enn ved havoverflata. Sjølv om OTEC erstattar fossil kraft og fjernar CO₂ utslepp så kan netto klimaeffekt bli mindre av at CO₂ som blir førd med djupvatnet mot havoverflata kan leke til atmosfæren. Her er det viktig å unngå plassering av anlegg i havområde med høgt CO₂-innhald i djupvatnet eller, alternativt, legge sjøvassinntaket i djupnesjikt med lågt CO₂-innhald. Ved godt design av inntak og utløpsstraumen frå eit OTEC-anlegg vil ein kunna oppnå auka transport av CO₂ til djupvatnet og lagring der på tidsskala hundrevis av år. Dette kan likestillast med andre teknikkar for å auke CO₂-en i havet -opptak (engelsk: marine CDR), og vil i prinsippet kunne medføre klimagass-kredittar til anlegget, noko som vil forbetre driftsøkonomien.

Djupvatn har ofte høge konsentrasjonar av næringssalt og mineral som er viktige for algevekst ved havoverflata. I tropane er overflatevatnet gjerne fattig på næringssalt, og har liten algevekst (oligotrofisk tilstand). Når djupvatn blir bringa opp mot havoverflata kan det bidra til auka algevekst der, noko som kan føre til lokalt stimulert produksjon av zooplankton og større organismar, jamfør med nemnde utnytting av djupvatnet til slik produksjon på land. Utslepp av brukt djupvatn nær land frå landbaserte anlegg utan utnytting av næringssalta kan medføre lokal algevekst og attgroing i strandsona (eutrofiering) som kan oppfattast negativt. For eit flytande anlegg til havs vil dette ikkje vere noko problem av betydning.

Å bringe kaldt djupvatn til overflatelaget vil bidra til å senke temperaturen der. Dette kan medføre auka opptak i havet av CO₂ frå lufta over, og dermed verke klima-positivt. Nokon fremjar også argumentet om at nedkjøling av overflatelaget rundt OTEC-anlegg kan bidra til å dempe eller forseinke danninga av tropiske stormar.

Det er miljøeffektar av alle former for energiproduksjon. OTEC i så måte er ikkje noko unntak. Men på den skalaen ein ser for seg og med grundig tilnærming til plassering ag design av anlegg og inntak/utslepp vil effektane kunna avgrensast, og netto klimaeffekt bli klart positiv. Den kunstige transporten oppover av djupvatn med OTEC kan minne om naturleg oppstrøyming (upwelling) i nokre havområde, der det ofte er høg bioproduksjon og rikt fiske. OTEC kan i prinsippet bidra på same måte, men storleiksordenen på vasstansporten vertikalt er langt større ved naturleg oppstrøyming.

‍

Moglegheiter for norske bedrifter‍

Som nemnt over norske havområde rekna som lite eigna for OTEC (for svake temperaturgradientar her). Men norsk leverandørindustri kan finne ein marknad for leveransar av komponentar til prosjekt utanlands.

Nokre norske bedrifter er i dialog med utviklarar i andre land. Norsk ekspertise kan dekke mange komponentar i eit OTEC-anlegg, slik som lange røyrleidningar for å hente djupvatn, sjøvasspumper, varmevekslarar og andre kuldetekniske komponentar. For flytande anlegg bør norsk kompetanse på design, forankring og operasjon til havs frå maritim- og olje/gass-sektor vera svært aktuell, også i ein setting med grøn omstilling i industrien til nye marknader.

Oppankra gassanlegg (FPSOar) hentar i dag kaldt djupvatn til kjøling med lange røyr, s.k. riserar. Forankring av flytande offshore anlegg på 1000 m djup og meir er daglegdags.

Norske FoU-miljø kan bidra med spisskompetanse og rådgiving på tekniske og miljømessige utfordringar i etableringar av OTEC-anlegg i andre verdsdelar, med modell frå det som har vore praktisert innanfor vasskraft i mange år, gjennom bistand.

Kunnskapsoverføring til låg temperaturvarmeveksling kan bidra til meir utnytting av spillvarme i Noreg, som utgjer fleire TW spilt energi og potensielt fleire hundre MW elektrisitet produsert.

‍

Lenkje til innlegget i Teknisk Ukeblad: https://www.tu.no/artikler/havtermisk-energi-far-et-nytt-loft/566539.

OTEA (Ocean Thermal Energy Association) er ei ideell samanslutting som ivaretek interessa for OTEC: https://ocean-thermal.com/. Teknisk universitet i Malaysia (UTM) arrangerte nyleg, saman med OTEA og Saga universitetet i Japan, OTEC-symposiet IOS-2025 i Kuala Lumpur: https://research.utm.my/otec/ios2025. Her fekk deltakarane oppdatering på det som skjer innanfor OTEC og SWAC-utvikling og demonstrasjon rundt om, særleg i Asia. Det var besøk i Port Dickson ute på kysten ved Malakka-stedet der er det installert eit Hybrid-OTEC-anlegg for testing. Brasil, England og Frankrike og andre presenterte nye planar for etablering av anlegg. Det rådde optimisme og overtyding om at havet kan bidra vesentleg med varmeenergien sin til grøn omstilling og kutt i CO2-utsleppa. Neste OTEC-symposium, IOS2026, vil bli arrangert på eksotiske Bora Bora i Fransk Polynesia. Der kan nye spennande resultat også frå kommersiell drift bli presenterte.

‍