Beislun sjávarorku handan við hornið

Virkjun sjávarorku er á margan hátt aðlaðandi kostur í þeim orkuskiptum sem fram undan eru, enda er hún umhverfisvænn og fyrirsjáanlegur orkugjafi. Undir sjávarorku fellur virkjun sjávarfallastrauma, ölduhreyfinga, seltu og varmamismunar til umbreytingar í raforku.

Ölduorka er orka haföldunnar, en lóðrétt hreyfing úthafsbylgna inniheldur mikla hreyfiorku. Margar aðferðir eru hugsanlegar til virkjunar ölduorku og ýmsar eru í þróun. Úti á rúmsjó má nota fljótandi fleka með liðamótum, hreyfingu í geymi sem lyftist á öldunni eða fljótandi kví sem „heflar“ öldutoppana. Á grunnsævi má nýta hreyfingu milli fastrar botnfestingar og annað hvort lóðrétts spjalds eða fljótandi bauju. Við bryggjukanta má nýta hífingu öldunnar til að lyfta floti eða valda sogi eða streymi í stokki. Ölduorku má rekja til þess að sólin knýr veðrakerfi og vindinn sem aftur orsakar öldugang. Ölduorka er því endurnýjanleg orka, en ekki fyrirsjáanleg orkulind fremur en vindorka. Margar tæknilegar áskoranir fylgja virkjun hennar, t.d. álag á tæki í miklu brimi.

Sjávarfallaorka er hins vegar mjög fyrirsjáanleg orkulind á hverjum stað, enda felst hún í streymi sjávar vegna flóðs og fjöru. Þar sem sjávarföll eru einkum háð þyngdartogi tunglsins á jörðina er orkan endurnýjanleg líkt og bylgjuorka og mun væntanlega ekki klárast meðan tunglið snýst sinn vanabundna hring, einn hring um sjálft sig um leið og það snýst einn hring umhverfis jörð. Afstaða tungls, jarðar og sólar hefur einnig nokkur áhrif á sjávarföll. Sjávarfallaorkan er því fyrirsjáanleg orkuauðlind á hverjum stað, þótt mjög sé henni misskipt milli svæða.

Seltuvirkjanir byggja á mismunandi seltu sjávar og ferskvatns. Þar sem hvort tveggja er til staðar má byggja upp þrýsting með flæði (osmósu) gegnum sérstakar himnur, en þann þrýsting má síðan virkja til framleiðslu rafmagns. Slíkar aðstæður skapast helst við árósa. Þær gætu tryggt stöðuga framleiðslu og eru ekki veðurháðar. Seltuvirkjanir eru enn á tilraunastigi og eiga langt í land með hagkvæmni.

Þeim fylgja tæknilegar áskoranir auk þess sem umhverfisáhrif þeirra eru ekki að fullu þekkt.

Hitastigulsvirkjanir, þ.e. virkjanir sem byggja á varmamismun í hafi, grundvallast á a.m.k. 20°C hitamun milli yfirborðslaga sjávar og hefur sá kostur því ekki verið til skoðunar hérlendis. Tæknin er á algeru tilraunastigi og á langt í land með hagkvæmni.

Frumgerðir framleiða rafmagn

Sjávarfallavirkjanir eru aðallega af tvennum toga: annars vegar virkjun straumhraða í röstum og sundum, hins vegar virkjun fallhæðar með stíflugerð. Í fyrra tilvikinu er virkjuð hreyfiorka sjávar, einkum þar sem sjávarföll hraðast vegna þrenginga við annes eða í sundum. Í því síðara eru stífluð t.d. sund og firðir og mikill hæðarmismunur flóðs og fjöru virkjaður.

Orkunýtni sjávarfallahverfla er mun meiri en margra annarra orkustöðva. Talið er að með góðum sjávarfallahverfli megi breyta um 55% (sumir segja 80%) af hreyfiorku straumsins í raforku. Til samanburðar næst aðeins um 30% orkunýtni í kolaorkuverum. Afl í streymi sjávar er háð straumhraðanum í þriðja veldi. Því áttfaldast aflþéttleikinn með hverri tvöföldun í hraða.

Kolefnisfótspor sjávarfallaorkuvera er hverfandi. Engin losun er af orkuvinnslunni sjálfri, en einhver losun kann að fylgja framleiðslu vélbúnaðar, uppsetningu hans, þjónustu og endurheimt. Giskað hefur verið á að losun sjávarfallavirkjunar á líftíma hnattrænnar hlýnunar sé undir 22 grömmum af CO2 ígildi á hverja kWst af framleiddri raforku.

Þó að sjávarfallaorka sé þegar í notkun er þó ekki farið að fjöldaframleiða neinar túrbínur og aðferðin því ekki komin á sama stað og t.d. vindorka. Þó er farið með frumgerðum að framleiða rafmagn inn á net, t.d. í Færeyjum.

Um allan heim er nú verið að kanna möguleika raforkuöflunar með þessum hætti. Evrópsk rannsókn bendir t.d. til að Stóra- Bretland, Írland og Portúgal hafi yfir að ráða samanlagt um 70 GW af sjávarorku. Niðurstöður gefa til kynna að hátt í 60 GW af nokkuð raunhæfri ölduorku og 10 GW af sjávarfallaorku séu þar fyrir hendi.

Enn hefur engin virkjanatækni orðið að fullþróaðri markaðsvöru til fjöldaframleiðslu. Nokkur fyrirtæki hafa smíðað starfhæfar frumgerðir sem sannprófaðar hafa verið í raunumhverfi og verið tengdar við raforkukerfi í nokkurn tíma. Áhugavert þykir að koma upp virkjanagörðum þar sem margir hverflar eru samtengdir, með uppsettu afli yfir 10 MW.

Aðstæður eru misgóðar til nýtingar sjávarfallaorku. Oft eru þær betri þar sem mikill munur er á flóði og fjöru, en fleiri þættir spila þar inn í. Sjávarfallastraumurinn hraðast þar sem landgrunn og annes þrengja að honum, sem og í þröngum sundum.

Þar verða rastir sem geta verið viðsjárverðar sjófarendum, en skapa um leið aðstæður til orkunýtingar.

Því hefur verið slegið fram að í framtíðinni gætu sjávarorkuver skilað allt að 13 þúsund MW orku á heimsvísu. Það er þó að sjálfsögðu háð þeirri tækni sem tiltæk er.

Fjárfestar varkárir

Þrátt fyrir að sjávarfallaorka virðist vænlegur kostur, og margs konar tækni sé í þróun, er þó enn engin fjöldaframleiðsla hennar hafin. Til þess liggja ýmsar ástæður. Þeir hverflar sem lengst eru komnir í þróun eru stórir og stofnkostnaðurinn gríðarlegur, enn sem komið er. Fjárfestar eru tregir til að hoppa á vagninn þar sem þeir telja ekki næga tryggingu fyrir að slíkar virkjanir skili hagnaði eða gagnist neytendum yfir höfuð. Tæknilegar áskoranir eru margar við slík neðansjávarmannvirki, og þótt sjórinn sé 97% alls vatns á jörðinni og þeki 70,8% af flatarmáli hennar er staðsetning orkuvera ekki alls staðar augljós. Má t.d. geta þess að í Bandaríkjunum eru uppi lagatæknilegar efasemdir um eignarhald á landi neðansjávar.

Fáar sjávarfallavirkjanir eru enn sem komið er starfræktar í heiminum til raforkuframleiðslu, en margar eru á hönnunar- og tilraunastigi. Þær eru af ýmsum gerðum eftir því hvernig til hagar. Lítum á þær stífluvirkjanir, sem komu fyrst fram á sjónarsviðið. Þær byggjast á þverun í t.d. fjörðum og eru ekki ósvipaðar hefðbundnum vatnsaflsvirkjunum með miðlunarlónum.

Munur flóðs og fjöru þarf að vera verulegur og verður hæðarmunurinn af völdum sjávarfallanna þá það mikill beggja vegna stíflu að fallorkan verður nýtanleg. Stífluvirkjanir hafa allajafna mikla röskun lífríkis í för með sér og því mikil umhverfisáhrif, ólíkt öðrum sjávarfallavirkjunum.

Hin fyrsta, stífluvirkjun sem vinnur bæði á að- og útfalli, var sett upp í flóanum við La Rance í Bretagne, Frakklandi, á árunum 1961-1967. Stífluvirkjunin í Sihwa Lake í Suður-Kóreu er stærsta sjávarfallavirkjun heims og sú aflmesta; 254 MW. Í Bretlandi er sjávarfallavirkjun í ósi Severnárinnar. Þá er stór, rúmlega fimmtíu ára gömul, sjávarfallavirkjun í Barentshafi, skammt norðan við Múrmansk í norðvestanverðu Rússlandi og á austurströnd Kanada er virkjun af þessu tagi við Fundyflóa. Belgía, Kína og Svíþjóð reka einnig sjávarfallavirkjanir en uppsett afl þeirra er minna.

Nú beina menn sjónum meira að umhverfisvænni lausnum; hverflum sem geta verið sem mest undir yfirborði. Flestir þróunaraðilar horfa til straumharðra svæða, þar sem straumur er að lágmarki 2,5 m/sek. Þar er orkuþéttnin mest og unnt að nýta skrúfuhverfla sem eru einfaldir í hönnun. Slík straumasvæði eru þó ekki víða. T.d. finnst sá straumhraði óvíða hérlendis utan Breiðafjarðar.

Umhverfisáhrif talin lítil

Ýmsar útfærslur á sjávarfallahverflum hafa litið dagsins ljós og eru á tilraunaskeiði.

Skrúfuhverflar eru þróaðir í ýmsum útfærslum; ekki ólíkir vindmyllum á landi. Einnig hafa verið í þróun skötur, flugdrekatúrbínur og gegnum streymishverflar. Sömuleiðis er stöðugt leitað leiða til að finna hagkvæmar lausnir til að koma rafmagni frá sjávarorkuverum inn á dreifikerfi.

Neðansjávarhverflar valda minni umhverfisáhrifum en stífluvirkjanir, þó að sumir þeirra geti haft einhver neikvæð áhrif á lífríki. Í þröngum straumhörðum sundum geta skrúfuhverflar truflað náttúrulegar farleiðir sjávardýra og jafnvel drepið þau. Skrúfuhverflar eru ekki taldir gagnast í hægari straumi en 2-2,5 m/sek.

Gegnumstreymishverflar geta unnið við hægari straum. Talað er um að hverflar séu af „þriðju kynslóð“ ef þeir geta unnið við minni hraða en 1,5 m/sek. Sá straumhraði er algengur víða, m.a. við Íslandsstrendur. Íslenskur hverfill sem nú er í þróun er ætlaður fyrir þann hraða; jafnvel allt niður í 0,5 m/sek. Eftir er að sjá hver raunverulegur kostnaður við slíkar virkjanir gæti verið og hver geta þeirra er til að skila rafmagni á dreifikerfi, en engu að síður talið að þarna liggi mikil tækifæri.

Leitt hefur verið að því líkum að meðal líftími sjávarfallaorkuvirkjana geti orðið um 100 ár, eða mögulega allt að ferfalt lengri en vind- og sólarorkubúa.

Umhverfisáhrif sjávarfallavirkjana, annarra en stífluvirkjana, eru almennt talin fremur lítil en orkuvinnslan veldur ekki losun gróðurhúsalofttegunda né annarri loftmengun. Hverflarnir eru allajafna í kafi og valda því hvorki sjónmengun né hættu fyrir skipaumferð. Öðru máli gegnir um ölduvirkjanir sem eru að meira eða minna leyti í yfirborðinu.

Haforkan við Ísland

Snúum okkur þá að Íslandi og möguleikum á nýtingu sjávarorku, þá einkum sjávarfallaorku, hér við land. Árið 1901 var í Brokey í Hvammsfirði byggð lítil mylla og notuð til að mala korn fram til 1924. Er þetta eina íslenska sjávarfallavirkjunin fram til þessa.

Engar rannsóknir hafa enn farið fram á heildarumfangi sjávarfallaorku við Ísland, þrátt fyrir þingsályktun þess efnis frá árinu 2014. Lauslegur samanburður við nágrannalönd bendir til að heildarorka sjávarfalla gæti verið allt að 337 TWst/ári. Nokkrar staðbundnar rannsóknir hafa þó verið framkvæmdar hér á landi, einkum á vegum Hafrannsóknastofnunar og Vegagerðarinnar, auk athugana fyrirtækjanna Valorku, Sjávarorku og Vesturorku.

Í Breiðafirði er munur flóðs og fjöru mestur hér við land eða yfir 5 metrar, og þar er víða straumhart í sundum. Yfirborðsstraumhraði þar gæti legið á bilinu 6,5-12 m/sek.

Almennt er hraði hafstrauma umhverfis landið sagður á bilinu 0,25-1,0 m/sek; hraðari þó í annnesjaröstum.

Öflugar annnesjarastir við Ísland eru t.d. Látraröst, sem mun vera sú öflugasta, Reykjanesröst, Straumnesröst og Langanesröst. Röstin í Hvammsfirði er ein sú straumþyngsta við landið og er dæmi um röst í sundi innfjarðar.

Seltuvirkjanir gætu komið til greina hérlendis ef þróun þeirra ber árangur. Var Nýsköpunarmiðstöð með þær til athugunar um tíma.

Iðulega hefur því verið haldið fram að mikið magn ódýrrar orku á Íslandi sé lykilástæða þess að hérlendis hafi menn enn takmarkaðan áhuga á sjávarfallavirkjunum. Einnig að sjávarorkuvirkjun með ójafna orkuvinnslu þyrfti, líkt og vindorkuver, að treysta á orku frá öðrum virkjunum til að koma inn þegar framleiðsla væri í lágmarki á fallaskiptum. Slíkt hefði í för með sér aukinn kostnað sem taka þurfi tillit til þegar borinn sé saman kostnaður við raforkuframleiðslu mismunandi kosta. Þessi rök munu þó ekki alls kostar rétt, t.d. í því tilfelli að sjávarorka sé nýtt til hitunar vatns. Sjávarfallabylgjan gengur réttsælis kringum landið. Talið er að með dreifingu virkjana og tengingu þeirra við raforkunetið mætti fá allstöðuga orkuframleiðslu úr sjó.

Stefnumörkun og rannsóknir

Valorka ehf. er íslenskt frumkvöðlafyrirtæki sem hefur m.a. unnið að þróun hægstraumshverfla allt frá árinu 2008. Hverflar Valorku hafa þróast mikið á þessum tíma og verið prófaðir sem líkön í straumkeri, auk þess sem ein gerðin var prófuð í fleka í sundum Hornafjarðar árið 2013.

Nýjasta hverfilgerðin líkist færi- bandi, og hefur getu til að „smala“ orku hægra strauma af stóru svæði. Ekki hefur fengist stuðningur við frekari þróun hennar, og hafa verkefni Valorku því verið í kyrrstöðu frá árinu 2018.

„Sjávarfallavirkjanir eru endurnýjanleg og hrein orkuauðlind sem Íslendingar gætu nýtt til orkuöflunar,“ segir Valdimar Össurarson, framkvæmdastjóri Valorku og formaður Samtaka frumkvöðla og hugvitsmanna. „Gríðarlega mikil þróun er í gangi og búin að vera lengi,“ segir hann og tekur fram að öll önnur þróuð ríki séu að skoða þessi mál af alvöru. Hagkvæmni sjávarfallavirkjana hafi ekki þótt samkeppnisfær við önnur virkjanaform, enda ekki við því að búast meðan tæknin sé á byrjunar- og þróunarstigi. Allt bendi þó til að þessar virkjanir verði mjög hagkvæmur valkostur þegar fjöldaframleiðsla hefst og samkeppnisgrundvöllur verði heilbrigður á þessu sviði.

„Tvennt þarf að gerast: annars vegar að stjórnvöld móti stefnu um að þau ætli að skoða sjávarorkunýtingu sem framtíðarvalkost í orkuöflun og svo hins vegar að hefja rannsóknir á þessari gríðarlegu orkulind sem þjóðin á þarna í sjónum,“ segir Valdimar. „Það er ekki hægt að stinga hausnum í sandinn lengur. Aðalatriðið er að fá upp umræðu og kynningu í samfélaginu um þessa miklu orkuauðlind þjóðarinnar.“

Hann hefur m.a. vakið athygli á hagkvæmni þess að nýta sjávarfallaorku til kyndingar vatns á hinum „köldu“ svæðum landsins og þá einkum á Vestfjörðum sem búi við afar ótrygga orkuöflun og séu nánast án jarðhita til kyndingar. Nýlega gaf Valorka út skýrslu þar sem athuguð var hagkvæmni þess að leggja hverflum fyrirtækisins í Látraröst og leiða orkuna í fjarvarmaveitu á Patreksfirði. Benti athugunin til þess að það gæti orðið mjög hagkvæmt, og að með slíku mætti breyta Vestfjörðum úr „köldu svæði“ í heitt.

Valorka hefur einnig bent á orkunýtingarmöguleika í stærsta fossi heims, sem er neðansjávar í Grænlandssundi og í íslenskri lögsögu. „Fossinn verður vafalaust nýttur til orkuframleiðslu í framtíðinni; mögulega með hinni íslensku tækni Valorku. Orka hans kann e.t.v. að verða nýtt til hleðslu skipa sem sigla munu um Norðurheimskautið,“ segir Valdimar.

Nokkrir kostir verið skoðaðir

Sjávarorka ehf. var stofnuð árið 2001 í Stykkishólmi og eru RARIK og Landsvirkjun stærstu eigendurnir. Fyrirtækið vann um árabil að athugun möguleika á sjávarfallavirkjun í Röst í Hvammsfirði sem gengur inn úr suðaustanverðum Breiðafirði. Röst er í mynni fjarðarins og straumhraði þar getur orðið 6,5-11 m/sek. Slíkur hraði er talinn bjóða upp á nokkrar tegundir virkjanaaðferða. M.a. kom fram sú hugmynd að reisa brú þvert yfir fjörðinn og hengja í hana hverfla, en líklegra er að hverflar verði neðansjávar. Árið 2010 fékk Sjávarorka rannsóknaleyfi í Hvammsfirði. Það hefur þó ekki verið nýtt, og liggja verkefni Sjávarorku í láginni að sinni.

Sprotafyrirtækið Vesturorka, sem að standa Atvinnuþróunarfélag Vestfjarða, Orkubú Vestfjarða o.fl., kannaði möguleika á nýtingu sjávarfallaorku í tengslum við brúargerð yfir Þorskafjörð. Þorskafjörður er 16 km langur; flóðhæð mældist þar 3,60 m og hæsta flóðhæð 5,66 m. Niðurstaðan varð að virkjun í Þorskafirði gæti framleitt um 180 gígavattstundir á ári, sem myndi vera svipað árlegri notkun á Vestfjörðum. Um var að ræða stífluvirkjun í tengslum við þverun fjarðarins með vegi, frá Reykjanesi yfir á Skálanes. Síðar var ákveðið að þvera fjörðinn innar og þar með voru þessi áform lögð til hliðar.

Árið 2021 var veitt rannsóknaleyfi til fyrirtækisins JGKHO ehf. til athugunar á allt að 30 MW virkjun sjávarfalla undir þverun Gilsfjarðar. Gildir leyfið til febrúarloka 2026. Stjórnarformaður fyrirtækisins er Jón Guðni Kristinsson, eigandi jarðarinnar Króksfjarðarness, en vegur yfir Gilsfjörð kemur á land á norðanverðu nesinu.

Sjótækni hf., verktakafyrirtæki tengt sjó og vatni, á Tálknafirði, fékk í fyrra nýsköpunarstyrk upp á 12,5 m.kr. fyrir verkefnið StaðarOrku sem hefur það að markmiði að kanna nýtingu straumrasta eða sjávarfalla á Vestfjörðum í eða nærri vegamannvirkjum í þveruðum fjörðum til framleiðslu raforku.

Ný skýrsla mögulegur upptaktur

Engin verkefni eru í gangi á vegum stjórnvalda varðandi nýtingu sjávarorku. Umhverfis-, orku- og loftslagsráðherra skipaði fyrr á árinu starfshóp sem er m.a. ætlað að skoða hvaða möguleikar felast í sjávarfallavirkjunum. Samkvæmt upplýsingum frá umhverfis-, orku- og loftslagsráðuneytinu er gert ráð fyrir að starfshópurinn skili skýrslu sinni til ráðherra í lok október. Sjávarfallavirkjanir séu þó einungis einn af mörgum þáttum sem starfshópnum hafi verið falið að skoða og þar verði m.a. fjallað um smávirkjanir á landi.

„Ráðuneytið og Orkustofnun fylgjast með þróun mála hérlendis, en það eru engin verkefni í gangi á vegum stjórnvalda varðandi nýtingu sjávarorku,“ segir í svari ráðuneytisins.

Árið 2015 kom út ítarleg greinargerð um mat á umfangi og nýtingarmöguleikum sjávarorku, sem unnin var af sérfræðingahópi sem þáverandi iðnaðar- og viðskiptaráðherra skipaði. Helstu niðurstöður voru að gróft reiknað væri kostnaður við virkjun sjávarorku þá um 20 sinnum hærri en við hefðbundna vatnsaflsvirkjun. Mikil framþróun væri hins vegar í rannsóknum á beislun sjávarorku og mætti reikna með að á næstu 30 árum yrðu miklar framfarir á þessu sviði. Fyrirsjáanlegt væri því að kostnaður við virkjun sjávarorku myndi fara lækkandi samhliða því að spár gerðu ráð fyrir að orkuverð færi hækkandi. Mætti reikna með að virkjun sjávarorku gæti orðið hagkvæmur kostur um eða eftir miðja öldina.

Væntanlega á sjávarorka sér framtíð sem hrein, endurnýjanleg og sjálfbær auðlind. Hún er stórlega vannýtt og eru í henni miklir möguleikar til að mæta vaxandi alþjóðlegri þörf fyrir orku til framtíðar.

Beislun sjávarorku er þó enn á byrjunarstigi og magn aflsins sem framleitt hefur verið fram til þessa fremur lítið.

Verkfræðingar og hönnuðir vinna hörðum höndum að því að bæta tæknina og núverandi sjávarorkuframleiðendur leitast við að auka framleitt orkumagn, draga úr umhverfisáhrifum og finna leiðir til að hagnast á orkusölu.

Heimildir: Greinargerð um mat á umfangi og nýtingarmöguleikum sjávaraorku, 2015. Raunhæfi sjávarfallavirkjana, Valorka, 2023. Virkjun vindorku og sjávarorku á Íslandi, Ketill Sigurjónsson, skýrsla stjórnvalda, 2009. Valorka.is. Vatnsiðnaður.net. Orkubloggið/Ketill Sigurjónsson. Ýmsar erlendar heimildir.