Undervattenskraftverk i Rhenfloden

Tyska ingenjörer håller på att sätta dussintals små undervattenskraftverk i drift längs Rhen. De använder enbart flodens naturliga ström och kan försörja hundratals hushåll med elektricitet – helt utan dammar och ingrepp i naturen.

Mitt i Rhen vid den lilla staden Sankt Goar tar något form under vattenytan som påminner om en svärm av undervattensvarelser. I verkligheten handlar det om energiturbiner som tillsammans ska fungera som ett enda kraftverk som går dygnet runt oberoende av väderförhållandena.

Förnybar energi har ett grundläggande problem

Övergången till förnybara energikällor stöter på en avgörande utmaning. Vindkraftverk och solpaneler arbetar inte jämnt, och deras effekt varierar i takt med vädret. Det är just därför som forskare och ingenjörer världen över söker efter sätt att diversifiera gröna energikällor, så att systemet förblir stabilt även under vindstilla nätter eller molniga dagar.

Det tyska startupföretaget Energyminer från Münchenområdet kommer med en lösning som kombinerar fördelarna med vattenkraft med minimala naturingrepp. I stället för klassiska dammar har de satsat på små flytande moduler som arbetar direkt i flodens naturliga ström. Tekniken har redan genomgått de första testerna och förbereds nu för storskalig utrullning.

Så fungerar ett undervattenskraftverk utan damm

Varje modul bär namnet Energyfish och mäter cirka 2,8 gånger 2,4 meter. Den väger runt åttio kilo och är helt nedsänkt under vattenytan. Inne i den kompakta kapseln finns en turbin och en generator som uteslutande utnyttjar Rhens naturliga ström – utan någon form av uppdämning eller avstängning av floden.

Enheten är förankrad vid botten och arbetar helt under ytan. Rotorn inne i kabinettet sätts igång enbart av flodens ström, utan mekaniska ingrepp. Generatorn i modulens kropp omvandlar den roterande rörelsen till elektrisk energi. Den producerade elen leds sedan via kablar lagda på flodbotten till stranden och därifrån direkt ut i distributionsnätet.

Detta tillvägagångssätt har flera fördelar. Från stranden är det nästan omöjligt att se att det finns ett energianläggning i drift på det aktuella flodavsnittet. Systemet bullrar inte, och landskapets karaktär förblir orörd. Dessutom finns ingen anledning att uppföra massiva betongkonstruktioner eller genomföra komplexa vattenregleringar.

Enligt Energyminers egna siffror kan hundra av dessa enheter producera cirka 1,5 gigawattimmar elektrisk energi per år. Det räcker för att täcka förbrukningen i 400 till 500 fyrafamiljshus. Produktionskostnaderna per kilowattimme förväntas vara jämförbara med energi från vindkraftverk och solpaneler.

Varför är Rhen vid Sankt Goar en idealisk plats

Startupföretaget kunde inte placera sin teknik på en godtycklig plats. Den mellersta delen av Rhen i området kring Sankt Goar har specifika parametrar som gör den lämplig för denna typ av energiproduktion. Floden pressas här igenom en relativt smal dal, och strömmen accelererar till en hastighet på cirka 1,5 till 2 meter per sekund.

Denna strömhastighet är tillräcklig för att de små turbinerna ska kunna arbeta stabilt och effektivt hela året runt. Energyminers ingenjörer testade tidigare tekniken i betydligt mindre skala. I april 2023 satte de igång den första pilotinstallationen vid Auer Mühlbach i München.

Den testplatsen fungerade som ett experimentellt provfält där teknikerna verifierade utrustningens tillförlitlighet, motståndskraft mot fel och den faktiska energiproduktionen under normala flodförhållanden. Efter en serie tester i det mindre vattendraget flyttades tekniken till en av Europas viktigaste vattenleder.

I själva Rhen är redan tre Energyfish-moduler i drift. Nu är det dags att utvidga projektet. I nästa steg ska ytterligare tjugoett turbiner tillföras, och slutligen ska det i detta område etableras en komplett svärm bestående av hundratjugofyra enheter.

Skadar turbinerna fisk och flodens ekosystem?

Vattenkraft möter ofta motstånd från biologer och miljöorganisationer. Klassiska dammar avbryter fiskarnas migrationsleder, förändrar vattnets temperatur och syrehalt och kan i extrema fall förstöra hela livsmiljöer. Skaparna av Energyfish-systemet valde därför ett annat tillvägagångssätt.

Turbinerna arbetar i den naturliga strömmen utan att stänga av floden, och företaget har utvecklat ett särskilt fiskskyddssystem. Det har undersökts av experter från Technische Universität München, som analyserade vandrande fiskars beteende i närheten av enheterna. Enligt de offentliggjorda resultaten orsakar Energyfish varken skador på fisk eller förändringar i deras migrationsmönster i Rhen.

Det är ett avgörande argument i samband med utfärdande av tillstånd. Miljöministeriet i delstaten Rheinland-Pfalz godkände uppförandet av den första fullständiga installationen just eftersom utrustningen ska verka så lite invasivt som möjligt på ekosystemet. I praktiken innebär det löpande övervakning av turbinernas påverkan och beredskap att justera konfigurationen om negativa konsekvenser skulle uppstå.

Forskare från Technische Universität München genomförde en rad mätningar:

Övervakning av lax och öring i turbinernas närhet
Mätning av vibrations- och bullernivåer under vattenytan
Analys av förändringar i vattnets syrehalt framför och bakom modulerna
Kontroll av möjliga skador på fisk vid passage nära rotorerna
Observation av påverkan på ryggradslösa djur och alger
Bedömning av sedimentering och igensättning av turbinerna med slam
Test av förankringens motståndskraft under översvämningar

Kan denna teknik stabilisera energinätet?

I debatten om energiomställningen dyker begreppet ”mörk vindstilla” upp allt oftare – situationer där det under många timmar varken finns vind eller sol, och där vindkraftverk och solceller producerar minimala mängder ström. Energisystemet måste då söka stöd från andra källor.

Strömvattenkraft som Energyfish ersätter inte hela produktionen från vindkraftverk och solpaneler, men kan fylla en del av luckan. Floder rinner även under kalla, vindstilla nätter och på molniga dagar. Energi från ström kan därför stabilisera nätet och säkerställa en konstant grundlastförsörjning.

Ju mer varierad mix av förnybara energikällor vi förfogar över, desto mindre är risken för strömavbrott under långvarig vindstilla eller ihållande molntäcke. Det ministerium i delstaten som ansvarar för klimat och energi understryker att sådana svärmar av vattengeneratorer skulle kunna installeras på andra platser med en liknande hydrologisk profil.

Det gäller både andra avsnitt av Rhen och andra stora floder i Tyskland. Inte varje flodavsnitt lämpar sig dock. Problem kan uppstå vid för lågt vatten, för långsam ström, tät pråmtrafik eller strikta naturskyddsstandarder. Potentialen är ändå betydande, eftersom stora floder i industrialiserade länder för med sig enorma mängder energi som vi idag inte alls utnyttjar.

Vad betyder sådana lösningar för Europas energiframtid?

Energyminer betraktar projektet vid Sankt Goar som bevis på att tekniken är mogen för tillämpning i mycket större skala. Hittills har liknande lösningar främst fungerat som små demonstrationsanläggningar. Den här gången talar vi om ett system med över hundra moduler anslutna till ett verkligt energinät.

För energikonsumenter är två saker avgörande: stabilitet och pris. Serieproducerade småturbiner har en chans att vara relativt billiga att installera, eftersom de inte kräver stora byggnadsprojekt eller dammar. Dessutom gör deras modulära konstruktion service och eventuell utvidgning enklare. Ytterligare enheter kan läggas till gradvis efter nätets behov och möjligheter.

Å andra sidan finns risker. Avlagring av slam och föroreningar på rotorerna, fara för sjöfart vid svikt i förankringen eller behovet av att regelbundet stänga av delar av systemet under extrema översvämningar. Dessa faktorer måste inkluderas i planeringen av kostnader och tillförlitlighet för hela investeringen.

Exemplet från Rhen visar dock att tekniken är mogen nog för att lämna experimentfasen. För Europa kan det vara en signal om att energin som flödar i floderna inte nödvändigtvis bara behöver betyda stora dammar och kontroversiella investeringar. Mindre flytande moduler ger möjlighet till ännu en flexibel pelare i energisystemet – en som fungerar oberoende av vädrets nycker.