Hjärtat inspirationskälla för nytt kraftverk
En ny typ av vågkraftverk som inspirerats av hjärtars pump- och styrfunktioner. Det är vad det svenska företaget Corpower Ocean utvecklar. Tekniken, som har tagits fram bland annat av forskare från KTH, är mer effektiv än traditionella vågkraftverk och har precis belönats med ett prestigefyllt pris från Massachusetts Institute of Technology, MIT.
Vågkraftverk har hittills varit för stora och dyra i förhållande till den mängd el de genererat, vilket hindrat vågkraft från att bli en storskalig energikälla. Mängden stål och betong som behövts för varje producerad megawattimme har helt enkelt varit för stor för att göra det till en lönsam affär. Kraften i vågorna ger dessutom stora utmaningar i att konstruera ett tillförlitligt vågkraftverk, och den stora variationen från våg till våg i både höjd och tid gör det svårt att bygga ett verk som fungerar effektivt över hela spektrat av vågor.
Detta är Corpower Ocean på god väg att ändra på. Deras nya vågkraftverk kan leverera fem gånger mer energi per ton utrustning, och förväntas kosta mindre än en tredjedel så mycket som existerande tekniker.
– Vågkraftverket, som består av en boj som absorberar energi från vågorna och en unik drivlina som omvandlar bojens rörelse till el, är relativt kompakt och lätt samt kan tillverkas till låg kostnad. En boj med 8 meter i diameter kan producera 250-300 kilowatt i en typisk Atlantmiljö. En vågkraftspark med 100 bojar kan generera 25 till 30 megawatt. Med många små bojar möjliggörs effektiv massproduktion och hantering till sjöss, vilket sänker kostnaden per kilowatt, säger Patrik Möller, vd på Corpower Ocean.
Arbetar i takt med vågorna
Han fortsätter med att berätta hur företagets vågkraftverk kan vara så kompakta och effektiva i jämförelse med annan vågkraftteknik.
– Det första vi gör som är annorlunda mot andra vågkraftverk är att vi med hjälp av drivlinan aktivt styr tajmingen mellan boj och inkommande våg. På så sätt kan vi se till att det hela tiden arbetar i takt med vågorna, vilket kraftigt förstärker bojens rörelse och nyttjar hela vägen mellan vågtopp och vågdal och tillbaka på ett optimalt sätt, oavsett hur långa eller höga vågorna är, säger Patrik Möller.
Detta är förstås viktigt eftersom varje havsvåg är unik. Tekniken som Corpower Ocean använder sig av är även den unik, och ger alltså fem gånger mer energi per 1 000 kilo vågkraftverk än konkurrenternas teknik. Energiuttaget är 3 till 4 gånger högre än ett traditionellt vågkraftverk med passiv linjär kontroll. Att konstruktionen resonerar (pendlar i takt) med inkommande vågor, oavsett våghöjd och frekvens, ger en hög och jämn energiproduktion genom hela vågcykeln. Eftersom låga vågor förstärks mer än höga minskar skillnaderna i levererad el till nätet jämfört med ett passivt verk.
– Vi kan göra en enkel liknelse mellan vår vågkraftteknik samt en radiosändare och -mottagare som sänder och tar emot på samma våglängd. I havet är det dock ett helt spektrum av vågor som ska tas emot effektiv, inte en enskild frekvens. Att vi kan hantera hela spektrat så effektiv gör vår teknik unik, säger Patrik Möller.
Förutom sättet att hantera vågorna så har vågkraftverket också en speciell växellåda, kallad kaskadväxel, som på ett robust och effektivt sätt kan omvandla linjär rörelse till rotation.
– Kaskadväxeln är utvecklad i nära samarbete med Institutionen för maskinkonstruktion på KTH, bland annat tillsammans med kuggexperten Stefan Björklund. Samarbetet med KTH kring växelteknik har varit avgörande för den snabba utveckling som skett under de senaste två åren, och vi hoppas fördjupa samarbetet med mer forskning kring kuggteknik och smörjfilmer på KTH, säger Patrik Möller.
Tekniken kan liknas vid planetväxlar som används för att omvandla roterande rörelse med stora moment, till exempel i bilar och vindkraftverk, med skillnaden att kaskadväxeln omvandlar linjär-till-roterande rörelse. Ett antal små pinjon-hjul delar på den stora ingående lasten från bojen, vilket ger kompakta växellådor med lång livslängd vilket passar väl för den utmanande miljö med tuffa driftsfall där vågkraftverken kontinuerligt utsätts för höga påfrestningar.
När kan då tekniken börja användas på bred front?
– Nästa generations vågkraftverk i skala 1:2 kommer att ställas ut i Atlanten i november 2015 tillsammans med den europeiska energijätten Iberdrola. Pilotinstallationen kommer att bli antingen utanför Skottlands eller Spaniens kust, beslutet där emellan tas innan mars, säger Patrik Möller.
Corpower Ocean fick precis ta emot MIT Building Global Innovators-priset om drygt 930 000 kronor.
– Ja, det är kul. Det är en tävling som arrangeras av MIT. Vi vann i kategorin ”Ocean Energy” och uppmärksamheten i denna tävling har redan givit mer exponering både i Europa och USA. Flera potentiella investerare har hört av sig, säger Patrik Möller.
Corpower Oceans vågkraftverk baseras på hjärtläkaren Stig Lundbäcks uppfinningar, varav några inspirerats av hans forskning kring hjärtats pump- och styrfunktioner från 1980-talen. Metoder för att få kompakta vågbojar att svänga i resonans med havsvågor, så kallad faskontroll, har studerats av forskare i Trondheim sedan 1970-talen, och Corpower-projektet har ett nära samarbete med forskare från NTNU. Vågkraftverket har under 2013 och 2014 testats i så väl i Portugal som Frankrike, och en drivlina i skala 1:3 har nyligen installerats i en stor testuppställning vid Institutionen för maskinkonstruktion på KTH.
Corpower Ocean är ett svenskt företag som växt fram genom stöd av den europeiska forskningssatsningen KIC InnoEnergy, ett innovationsfrämjande samarbete mellan akademi och industri inom ramen för förnybar energi där KTH ingår som viktig partner. Svenska energimyndigheten är en delfinansiär.
