APC

Agnar Pettersen Consulting

Saltvannskraft



Saltvanns Energi 


Hvordan kan Osmose utnyttes som energikilde?

Når ferskvann og saltvann avskilles med en membran vil saltvannet trekke freskvann gjennom membranet og trykket på saltvannssiden øker, opp til 27-28 meter (2.7 bar).

Energitettheten kan være 1 MW/m3 ferskvann.

Trykket, sammen med strømmen av vann, kan brukes til å drive en turbin for å lage strøm.Denne energien kan hentes ut uten andre konsekvenser enn at ferskvann og saltvann blandes på samme måte som i utløpet av en elv.

Prinsippet bak saltkraft er osmose, et fenomen som brukes i naturen av alle levende organismer. I saltkraft brukes osmose til å transportere ferskvann gjennom en membran og til saltvann ved høyt trykk.

 

  • Kraften er proporsjonal med differansen i saltkonsentrasjonen mellom saltvannet og ferskvannet.
  • Teoretisk kan hver kubikkmeter ferskvann som renner ut i havet generere ca 0,7 kWh elektrisitet.
  • Det teoretiske energipotensialet i Norge basert på midlere avrenning av ferskvann til havet er omlag 250 TWh/år. 
  • De ti største elvene i Norge står for 22 prosent av den totale avrenningen til havet.
  • For disse er det utbyggbare potensialet grovt anslått til 25 TWh/år. Det er da lagt til grunn at det totale tapet i prosessen er omlag 60 prosent.
  • Statkraft har beregnet det utbyggbare potensialet i Norge, basert på optimal pumpe- og membranteknologi, til å være ca. 12-15 TWh/år.


Hvordan virker osmose i naturen?

Når en dyre- eller plantecelle plasseres i vann vil en av tre ting skje:

Hvis det er høyere konsentrasjon av vann utenfor cellen enn inni, vil cellen ta opp vann ved osmose. Selv om vann kan passere begge veier, vil det gå mer vann inn enn ut helt til konsentrasjonen er den samme på begge sider. Da vil også cellen svelle.

Hvis vannkonsentrasjonen er lik både inni og utenfor cellen blir det ikke noen transport av vann ut av eller inn i cellen, og denne beholder opprinnelig størrelse.

Hvis konsentrasjonen av vann er større inni cellen enn utenfor vil vann transporteres ut av cellen og cellen krymper.

 

Planteceller er omgitt av svært sterke cellevegger. Når de tar opp vann utvider cellene seg, men den sterke celleveggen hindrer de i å sprekke. På den måten klarer planter å suge til seg vann fra jorden slik at de kan vokse. For at ikke plantene skal ”drukne” er det også en mekanisme som stopper vannopptaket.

 

Siden cellene ikke kan vokse seg uendelig store, vil i stedet trykket innvendig i cellen øke helt til det ikke er mulig å få mer vann inn. Da vil mottrykket stoppe transporten av vann, og likevekt er oppnådd. Dette trykket kalles det osmotiske likevektstrykket. Dette trykket er utgangspunktet for å produsere kraft fra saltkraft.

 

Potensialet for denne energiformen er stort, og ved å bygge ut saltkraft kan Norge øke sin elektrisitetsproduksjon fra fornybare energikilder. Saltkraftverk kan bygges alle steder hvor ferskvann møter saltvann – for eksempel ved utløp fra eksisterende vannkraftverk eller ved utløpet av en elv.

 

Det er også mulig å bygge et saltkraftanlegg under bakken slik at det ikke vil være synlig i naturen. Her brukes saltkraft for å ”dytte” vann ut i havet igjen etter at man har produsert kraft i en turbin langt under havets overflate.

 

Hvordan fungerer saltkraft? 

Når vi fører ferskvann og sjøvann inn på hver sin side av en membran, vil naturfenomenet osmose gjøre at ferskvannet trekker over mot sjøvannssiden. Membranen tillater kun at ferskvannet strømmer gjennom membranen, mens saltvannet blir stoppet. Dermed oppstår et trykk på sjøvannssiden som vi kan bruke til å drive en turbin. Trykket er blir ca 30 bar, tilsvarende en foss på nær 30 meter.

 

Hva er fordelene med saltkraft?

Saltkraft er en fornybar, miljøvennlig energikilde. Saltkraftverk vil i prinsippet kunne bygges alle steder hvor ferskvann renner ut i havet. Produksjonen kan pågå kontinuerlig, uavhengig av vær og vind.

 

Hva er de viktigste delene i et saltkraftverk? 

Membranen er selve hjertet, i tillegg trengs det en turbin til å produsere strøm og pumper og rør for å transportere vann rundt i anlegget. For øvrig består anlegget av et vannrenseanlegg (for å unngå tette/skadete membraner) og et vaskeanlegg for membranene.


Hvor stort er produksjonspotensialet

Ifølge eksperters beregninger har saltkraft et globalt potensial på 1600-2000 TWh årlig, tilsvarende 50-55 prosent av dagens kraftproduksjon i EU. Potensialet er ca 180-200 TWh i Europa og 12-14 TWh i Norge.

 

Hvorfor har Statkraft valgt å satse på saltkraft?

Dette er i tråd med visjonen vår om å møte verdens behov for renere energi. Samtidig drar vi veksler på vår hundreårige erfaring med bruk av elvevann og turbiner til kraftproduksjon.

Er anlegget på Tofte i Hurum verdens første saltkraftprototyp? 

Det er første gang noen produserer strøm ved å blande ferskvann og sjøvann.


Hvordan ble prototypen bygget opp?

Prototypen består av membraner, rør, renseanlegg, trykkvekslere og en turbin. Anlegget er modulbasert, det består av 66 trykkrør med opprullet membran på innsiden. I prototypen på Tofte er det totalt 2000 m2 membran laget av celluloseacetat.

 

Hva er effekten på membranen?  

Den vi skal teste nå har en effekt på under 1 watt per kvadratmeter, men vi satser på å sette inn membraner på 2-3 watt etter at vi har kjørt anlegget en stund. Målet er å komme opp i 5 watt.

 

Hvor mye strøm produserte prototypen? 

Den var dimensjonert for 10 kW, men i den første tiden lå den på 2-4 kW, (som var nok til å drive en kaffetrakter). 


Hvordan vil et fullskala kraftverk se ut?

Et kraftverk på størrelse med et fotballstadion vil kunne ha en kapasitet på 25 MW, noe som krever fem millioner kvadratmeter med membran. Anlegget vil kunne produsere 166 GWh strøm per år – nok til 30 000 europeiske husholdninger.

 

Hvor mye vann kreves for et fullskala anlegg?

For å oppnå 1 MW effekt må én kubikkmeter ferskvann (per sekund) blandes med to kubikkmeter sjøvann ved 12 bar. Et typisk norsk anlegg på 25 MW vil trenge 25 m3 ferskvann og 50 m3 sjøvann per sekund. Ettersom teknologien er basert på moduler, kan kraftverket skaleres opp eller ned etter ressurstilgang.

 

Hvor i Norge kan det være aktuelt å bygge?

Alle steder der rent ferskvann renner ut i havet. Gjerne i nærheten av forbruker/nett. Mest aktuelt på Vestlandet og nordover langs kysten, hvor det ofte er veldig rent vann i elvene. Et saltkraftverk kan også bygges under havets overflate.


















Omvendt osmose

Hvis man øker trykket på den siden av en membran hvor konsentrasjonen av oppløste stoffer er størst, vil man etter hvert klare å presse vannet ut av løsningen gjennom membranen. Da vil membranen fungere som et filter som fjerner alle de oppløste stoffene. Trykket må da være vesentlig høyere enn det osmotiske trykket, og må påføres for eksempel ved bruk av en pumpe. Denne prosessen kalles avsalting og brukes blant annet til å presse ferskvann ut fra saltvann i områder med liten tilgang til rent vann.

Som Teknisk Sjef på borerigger har jeg "dyrket" god erfaring med "Omvendt Osmose" hvor vi benyttet slike anlegg som supplemang til ferskvannproduksjon, som var tilsammen ca 200 tonn per døgn.



Linker til: