Bølgeenergi

Dannelse af bølger.

Bølgerne opstår når vinde opstår, og vinde opstår når temperaturforskelle opstår. Vindens energi bliver overført til bølgerne, når den blæser hen over havet. De første (små) bølger, der opstår, kaldes kapillarbølger. Når disse er dannet, modtager de yderligere energi fra vinden, da der opstår tryk på begge sider af bølgen. Den side af bølgen, hvorpå vinden blæser, opnår et højere tryk end læsiden. Det er trykforskellen, der gør, at bølgerne bevæger sig afsted.
Denne form for bølger kaldes vindbølger. De har en svingningstid (periode - eller levetid) på 5-15 sek. Mens en sådan bølger lever, har den et energiindhold på 800.000.000 GJ (Giga Joule). Man mener, at den samlede energi på hele Jordens kyststrækning vil være 2.500 GW - dette nær kysten. Hvis man udnyttede denne energi kunne 30-35% af Jordens samlede energiforbrug dækkes. Hvis man udnyttede energien længere ude, ville man opnå en større energimængde. Grunden til dette skyldes et energitab i kystzone. Bølgerne bruger nemlig meget af deres energi på at brydes.

Bølgeenergiens historie og baggrund.

Bølgeenergi er ikke nogen energiform man lige har opdaget. I slutningen af 1700-tallet (helt præcis 1799), fik en franskmand ved navn Messers Girard en ide, om at udvinde energi fra bølger. Han ville lave en flåde - flere pontoner bundet sammen. Denne skulle så ligge ud for kysten. I funktion virkede hans opfindelse som en bøje. Altså som noget der gik og ned. Herved kunne man, ved hjælp af bølger, drive noget mekanisk.
Der har været mange andre ideer inden for bølgerenergi, men de er dog kun blevet realiseret i små mængder. I 1970'erne kom der først rigtig gang i projekterne. De fleste af disse har dog været bøjer. Disse bøjer har en åbning for neden, hvor vandet skiftevis kommer ind og ud, samtidig med at der dannes under- og overtryk. Senere har man brugt energien fra bølgerne til at drive bøjernes pærer. Japan har i dag mere end 1000 af disse bøjer placeret rundt omkring i deres farvand.
Efterhånden som interessen for bølgeenergi er blevet større, afholdes der hvert andet år en kongres - denne kaldes European Wavesymposium. Yderligere har man fået lavet en international sammenslutning kaldet International Energy Agengy (IEA).
Inden for de sidste 25 år har interessen været stærk stigende. Dette skyldes bl. a. oliekrisen i 1973. Mange systemer er meget primitive, mens der selvfølgelig også findes meget avancerede systemer.

Bølgeenergi kontra fossilenergi.

Vi lever i en verden, hvor energi så småt er ved at blive et problem. Derfor er vi nødt til at lede efter alternative energikilder, da det ikke vil vare så længe inden fossile kilder vil være sluppet op. Forurening er også ved at blive et problem, så de alternative energikilder skal helst være nogle, der ikke forurener. Man kan sammenligne de fossile brændstoffer med bølgenergi. Som bølgeenergiudvindingsværktøj benytter vi en bølgehøvl med en bredde på 25 m, som er placeret i Vesterhavet. Dens årlige gennemsnit vil ligge på omkring 1800 Mwh.
Her er, hvad man skal bruge af de fossile brændstoffer for at opnå det samme: Stenkul 222 tons Råolie 153 tons Naturgas 185.567 m³

Energien i bølger.

Vand vejer mere end luft. Dets massefylde er ca. 800 gange større end luft. Derfor yder vandet et meget større tryk end luften. Samtidig er energitætheden 8 gange større i vand end i luft.
En anden fordel ved bølgeenergi er at ca. 70% af Jorden er dækket af vand. Altså er der jo rigeligt med plads.
Ved vindenergi kan man teoretisk set kun udnytte 59% af den potentielle energi, men med bølger kan man udnytte 99%. Altså er der indtil videre tre fordele ved bølgeenergi. Med hensyn til at udvinde energien, kommer det jo meget an på, hvor i verden man er, og hvornår man er der. I f. eks. Storbritannien har man beregnet, hvor meget energi man kunne udvinde ved Skotland og Irlands vestkyst. Dette blev til 60-70 KW per meter. Dette er hvad der svarer til over 500 GWh på årsbasis - dette er stadigvæk per meter! Hvis man laver dette om til danske elpriser vil en meter producere for 505.000 kr. incl. moms og andre afgifter.

Bølgeenergi i Danmark.

Uddrag af Miljø & Energiministeriets rapport "Danmarks Energifremtider." "Vedvarende energi omfatter vand, biomasse, sol, geotermi m.m., der tilsammen giver gode muligheder for en indenlandsk drivhusneutral energiforsyning. Den nuværende udnyttelse af vedvarende energi er opgjort til omkring 60 PJ per år eller 8% af Danmarks samlede energiforbrug (1994). Mulighederne for udnyttelse af vedvarende energi er mange gange større, men den faktiske udnyttelse bestemmes af en lang række faktorer, hvor arealanvendelse, natur- og landskabshensyn og omkostningsforholh er blandt de vigtigste. Biomasseteknologierne forbedres løbende, men biomasse vil også på kort sigt yderligere kunne erstatte fossilt brændsel. Vindkraften har vundet stor udbredelse og møller med gode vindplaceringer er efterhånden blevet mere konkurrencedygtige. Solvarme og geotermi kan indgå i varmeforsyning, geotermi i forbindelse med større fjernvarmesystemer." PJ = Petra Joule = 1 Billiard Joule = 1015 Joule.
Tabel fra samme rapport: PJ/år "begrænset potentiale" udnyttelse i 1994 Vindenergi - på land 12-18 4,2 - på havet 54-65 0,0 Biomasse 150-200 50,0 Solenergi - solvarme 0,2 - solcelle el 10-60 0,0 Bølgeenergi <60 0,0 GEOTERMI >100 0,0
Man kan tydeligt se at der ikke var nogen udnyttelse af bølgeenergi i 1994. Det skal dog siges at potentialet for bølgeenergi er 3 gange større end vindkraft på land. De sidste nye tal fra Energiministeriet er næsten blevet fordoblet.

Udnyttelse af bølgeenergi.

Udnyttelse af bølgeenergi er ikke noget nyt, men det er desværre heller ikke noget man bruger i så vid udstrækning. Endnu er det eneste stadigvæk kun bøjerne, der bruger energien til at lyse. Her er et eksempel på et stempel. Når bølgerne går op og ned følger stemplet med. Herved kan man udvinde energi. Når stemplet trækkes op hives noget vand op gennem turbinen. Når det bliver presset i bund presses vandet ud gennem en ventil.

Systemer til udvinding af bølgeenergi.

Bundfaste konstruktioner
Den mest anvendte inden for denne type hedder "Den svingende Vandsøjle", og på engelsk "Oscilating Water Column" (OWC). Den består af et kammer, der ligner en omvendt kop. Denne indeholder vand og luft. Bølger der er mere end 5 gange større end kammerets diameter vil sætte den indeholdte vandmængde i svingninger, og den luft, der befinder sig i kammeret, vil få en turbine til at snurre. Et godt sted at placere dem i Danmark ville være på ydre havnemoler på Jyllands vestkyst. Tæt ved kysten 5m Flydende konstruktioner 30-60m Disse konstruktioner er stempelpumper og vandturbiner. 60m Frit flydende systemer på dybt vand 60-120m Den mest kendte af denne type hedder Salter's Duck. Konstruktionen er en vinge, der flyder på havet. Bølgerne får så vingen til at bevæge sig op og ned, hvorved man kan frembringe elektricitet fra disse bevægelser. Grunden til, at den kaldes Salter's Duck, er, at vingen har form som en andevinge. Vingen skal anbringes på nogle flydende leddelte rør, der kan gå op og ned. Når vingerne går op og ned pumper nogle pumper, inde i røret, vand ud gemmen en turbine. Det er meningen at denne type vinge skal have en diameter på 13,5 m, hvis den skal kunne producere 40.000 kW. Dog udnytter den bølgernes energi optimalt (99-100%). >120
Andre typer vil også kunne findes, men det største problem vil være at få bølgernes rytmiske bevægelser omdannet til en jævn bevægelse, da dette er det letteste at håndtere, når det er omdannet til elektricitet.
Eksempel på en konstruktion, der udnytter bølgeenergi, kan ses på næste side. Sådan virker den: 1) Når en bølge slår ind mod værket, stiger vandsøjlen i bølgekammeret. Luften i kammeret presses opad og driver en turbine. 2) Den efterfølgende bølgedal får vandsøjlen i bølgekammeret til at falde igen. Fra oven suges nu luft ind, som ledes gennem turbinen.

Dansk opfindelse.

I Danmark er forskes der også i bølgeenergi. En af personerne, der har forsket, har opfundet "bølgehøvlen". Manden, der opfandt denne høvl, hedder Erik Skaarup. Den blev udviklet i 1989, da Skaarup arbejde med skibe, som skulle udnytte bølgerne som drivkraft. Det første den blev lavet om til var et anlæg, der producerede elektricitet ud fra bølgernes energi, og dernæst til et anlæg der ilter vandet. Navnet passer særdeles godt til maskinens funktion. Den skærer nemlig "bølgerne i skiver". Senere bliver bølgerne omformet til en jævn og hastigt roterende vandstrøm. Bølgehøvlen er i sig selv meget enkel. Bølgen bliver kort sagt omdannet til en hvirvel. Her er nogle af de mange fordele, der er ved bølgehøvlen: o Driften af systemet er baseret på vedvarende energi. Alle omsætningerne af energi og stof er 100% forureningsfrie. Bølgehøvlen omdanner de uregelmæssige bevægelser (bølgerne) til en jævn roterende strømning. Denne form for energi kan anvendes med det samme. Den kan f. eks. drive en pumpe eller en turbine. o Ilt-bølgehøvlen danner to roterende vandsøjler/hvirvelstrømme. Når disse skabes dannes en lufttragt i midten af hver hvirvel, som suger luften ind i midten. Når dette sker er det meste af luftens ilt blandet med vandet. Det er samme princip, der finder sted, når en vind blæser hen over en vandoverflade. o Bølgehøvlen har ingen mekaniske dele, hvilket gør den meget holdbar og driftsikker. o En 5 meter bred bølgehøvl, vil udfra kun 20 cm høje bølger, kunne føre 515 tons iltet vand i timen ned til bunden. o Den kan konstrueres til en meget lav pris.
Faser: I den første fase føres store mængder af iltet overfladevand ned.
I anden fase bruges strømmen af overfladevand til at drive en pumpe i et næsten lukket kredsløb. Her oppumpes bundvand. Herefter bliver det iltet og senere ledt ned til bunden igen. Herved kan sammenstød mellem bund- og overfladevand undgås. Denne proces er energikrævende og mængden af iltet vand er noget mindre end i første fase.
I den tredje fase kan man standse vandstrømmen helt. Man har også mulighed for at regulere mængden af ophvirvlet bundslam, således at en større del af det organiske slam bliver tilgængeligt for en aerob nedbrydning. Dette kan benyttes i vinterhalvåret, hvor planktonvæksten er begrænset af lyset og hvor en øget næringsstoffrigørelse derfor ikke har samme umiddelbare negative effekt som i vækstperioden.
Ilt-bølgehøvlen kan selvfølgelig også placeres i søer, for at sikre en iltning af vandet. Efter resultater fra forskellige tests kan man, både i Danmark og i udlandet, se at dette er en god løsning.
Altså kan bølgehøvlen bruges til mere end blot energi.
Bølgehøvlen er en flydende konstruktion, men den bliver liggende, da den er forankret til bunden. Den flyder ved hjælp af luftfyldte tanke, men p.g.a. en stor vandretliggende plade under konstruktionen, kan den ikke "ride" - bevæge sig op og ned. Selv ved kraftige bølger kan den blive liggende på sin plads. Bølgehøvlen er af den type bølgeanlæg, man kalder bølgeslugere. Dette skyldes at vandet skyller ind i den og videre i en ny bevægelsesform. Oppe fra er den formet som en trekant. Den tager vand ind ved to af siderne. Disse er som to sier, der danner en vinkel på 1000. Bølgehøvlen er udstyret med en kunstig strand. Den løber hele vejen langs med de to vandindtag. Hele bølgens kinetiske energi (mulige energi) kan i princippet udnyttes.

Om bølgehøvlens fremtid fra Waveenergy på Internettet:
"Bølgehøvlen præsenteret i DR samt på Experimentarium. På baggrund af iværksætterdage på Københavns Rådhus i foråret 1996, blev Erik Skaarup kontaktet af Hans Arne Hansen fra Danmark Radio, som er personen bag en serie udsendelser med titlen "Opfinderliv". Hans Arne Hansen var meget begejstret for opfindelsen og spurgte Erik Skaarup, om han ville medvirke i udsendelsen. Danmarks Radio fulgte derefter i opfinderens kølvand og besøgte bl.a. Universitet i Cork, Irland hvor tank forsøgene med Bølgehøvlen blev foretaget. Resultatet blev vist i DR-TV tirsdag den l 5 oktober 1996 kl. 20.00. Kopi af udsendelsen kan lånes hos Dansk Bølgeenergi Udvikling. 2814 blev udsendelsen vist på norsk TV. En stor tak til Hans Arne Hansen og Danmarks Radio for et spindende og inspirerende samarbejde. Experimentarium i København har tilsvarende taget kontakt til Erik Skaarup omkring en opstilling af hans opfindelse. Vi har haft en prøvemodel opstillet og håber på at det vellykkede eksperiment med Bølgehøvlen fremover vil være et af de mange spindende projekter præsenteret på Experimentarium i Hellerup, København. Vi er meget glade for denne permanente mulighed for at synliggøre Bølgehøvlen, så alle ved selvsyn kan konstatere at idéen holder vand. Tak til Experimentarium for deres fremsynethed.
Foreløbige testresultater fra University College Cork, Irland, samt fra Danmarks Tekniske Universitet i Helsingør Testning af Bølgehøvlen foregår på Universitetet i Cork, Irland ved Ingeniør Brian Holmes og under ledelse af Professor Lewis, en af verdens førende forskere indenfor bølgeenergi. Proceduren for testning følger den Europæiske Unions protokol for modelberegning, testning og tankforsøg indenfor Bølgeenergi. l maj 1996 blev Fase I gennemført - Evalueringsmodel (fast på sokkel). I juli 1996 blev Fase 2 gennemført - Tilrettet model (fast på sokkel). Rapporten fra de 2 første forsøg taler sit tydelige sprog. Testresultaterne viser en udnyttelse på ca. 60-70 % af det tilstedeværende vand, hvilket er 4-5 gange bedre end noget andet dansk bølgekraftanlæg, eller mere end dobbelt så godt som noget andet anlæg i verden, i forhold til udnyttelse kontra omkostninger. Opsummering af den foreløbige rapport fra Irland, sidder bagerst i dette præsentationsmateriale
Vi har ligeledes indgået et samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet i Helsingør, hvor Bølgehøvlen er blevet et afgangsprojekt for 2 ingeniørstuderende. De vil bla. se på konstruktionsudformning, herunder foretage stabilitets- og styrke beregninger - samt se på energibetragtninger, herunder modelforsøg i eget tankanlæg. DTU har derudover modtaget en invitation fra Dansk Hydraulisk Institut i Hørsholm, som stiller deres tankanlæg til rådighed for testforsøgene med Bølgehøvlen.
Forventet tidsplan for afsluttende testforsøg Fase 3. Flydende procesmodel forventes udført i løbet af 1997 for test af afbalancering og forankring. - Fase 4. tilretning af procesmodel inci. turbine, forventes efterår 1997. - Størrelse ca. 1:20. Samtidig startes beregninger og tegninger af kommende prototype.
Forventet tidsplan for opsætning af prototype Fase 5. Prototype i l 13 størrelse (eller blot en mindre prototype) ca. 8-1 0 meter i bredden - effekt 300 kW (kun turbine i det ene rør) forventes klar i efteråret 1997. Prototypen forventes placeret ved Hanstholm, hvor der tidligere har været forsøg med et andet dansk bølgeprojekt. Der er nu indgået en samarbejdsaftale med Nordtby Strømforsyning, der financierer kabel og kabelføring fra Bølgehøvlen til land.
Finansiering af projektet Bølgeenergi har haft meget svært ved at trænge igennem herhjemme, hvilket reelt har betydet at det har taget os 7 år at nå hertil, fordi vi selv har måtte finansiere hvert eneste skridt, herunder sikring af patentet. Vi ønsker hermed at skabe opmærksomhed omkring projektet, og få åbnet nogle døre for opfindelsen, så vi kan få del i de mange bevillinger, danske såvel som EU midler, til færdigudvikling af projektet. Først i 1996, da vi var i Irland 2. gang fik vi et mindre tilskud fra Symbion, Københavns Forskerby - fra Forskningsministeriets rammeprogram - til udarbejdelse af fase 2 testmodellen. Det er vi naturligvis taknemmelig for og samtidig vil vi også gerne rette en stor tak til netop Symbion og direktør Knud Allerman for deres store tålmodighed og velvilje overfor projektet. Næste skridt omkring fase 3 + 4 anslår vi til at andrage kr. 500.000 og dernæst kommer prototypen som forventes at beløbe sig til ca. kr. 1.500.000,-."

Bølgeenergi i fremtiden.

Som man kan læse bl. a. på Internettet, vises der i Danmark stor interesse for bølgeenergi, og alt tyder på at det vil blive en energiform, som bil blive udnyttet i fremtiden. Det drejer sig dog stadigvæk primært om forsøg og forskning. Beslutningen om man skal bruge denne form for energi er politisk.
I begyndelsen af 1997 kom der en aftale, som skulle sikre at man fik 33 millioner kr. til bølgeenergi.
Når bølgeenergien først har fået sit indtog i Danmark vil man ikke bruge så meget kul og andre fossile brændstoffer som tidligere. Altså kan man mindske CO2-udslippet væsentligt - hermed mindre forurening.