KTH-forskaren Anders Hagnestål har utvecklat en ny form av vågkraftgenerator som ska kunna utvinna energi ur alla typer av vågor i havet. Förutom mångsidigheten finns ytterligare tre fördelar. Generatorns mycket höga verkningsgrad om 98 procent, det faktum att Anders Hagnestål siktar på att få enheten underhållsfri och dess höga så kallade krafttäthet.
– Det som är unikt med denna generator är att den kan ge både stor krafttäthet och mycket hög verkningsgrad vid hastigheter under 1 m/s. Detta har generatorer av standardtyp hittills inte kunnat prestera, säger Anders Hagnestål, forskare på avdelning för elkraftteknik vid KTH.
Teknik för vågkraft – det vill säga att utvinna elektricitet ur vågornas rörelse på havet – har varit under utveckling under lång tid. Energikällan, vågornas rörelse, är stor och förutspås kunna bidra till cirka tio procent av världens energibehov i framtiden. Svårigheterna ligger i att bygga maskiner som kan tåla det hårda klimat och de påfrestningar som gör sig gällande till havs och samtidigt kunna leverera energi till en tillräckligt låg kostnad trots de variationer som vågorna uppvisar.
Flera olika tekniker har utvecklats under årens lopp, såväl maskiner stående på botten som sådana som följer med vattnets rörelser. Som för alla elektriska maskiner gäller det att utforma maskinen på ett sådant sätt att omvandlingen mellan mekanisk energi och elektrisk energi är så effektiv det bara går med så låga förluster som möjligt. Plus att den är anpassad till de driftförhållanden som råder.
Det finns flera olika sätt att plocka ut energi ur vågor, så kallad vågkraft. Anders Hagnestål jobbar med ett punktabsorberande koncept.
– Det jag gjort är att jag utvecklat en direktdriven generator för samla in energin. Det svåra har varit att utvinna energi ur långsamma rörelser, under en meter per sekund. Om hastighet är låg måste kraften vara hög eftersom effekt är lika med kraft gånger hastighet. Generatorns storlek bestäms av kraften, inte effekten. Därför blir dessa generatorer stora, och det är därmed viktigt att man får mycket kraft per kilo maskin och att denna kraft kan appliceras vid låga hastigheter utan att förlusterna blir höga. Dessa egenskaper har min generator.
En annan skillnad är verkningsgraden som i Anders generators fall är mycket hög.
– Dagens energiomvandlingssystem för vågkraft ligger på en verkningsgrad om 70-80 procent, i bästa fall 90 procent. Min lösning förutspås få extremt bra verkningsgrad, 98 procent, vilket i så fall blir i särklass bäst i världen såvitt vi vet.
Den höga verkningsgraden är också en följd av att generatorn är väldigt krafttät, som Anders Hagnestål uttrycker det. Det blir helt enkelt mindre material som förlusterna kan uppkomma i.
– Detta var något jag kom på under min föräldraledighet. Jag utför ett elektromagnetiskt trick, kan man säga. Med en generator som har flera gånger kortare lindning än normalt minskas motståndet, resistansen. Eftersom lindningen är kortare kan tråden i lindningen också köras tjockare vilket också ökar verkningsgraden. Nackdelen med maskinen är att svårighetsgraden ökar dramatiskt när generatorn ska designas. Själva konstruktionen och den mekaniska designen är det komplexa.
Samtidigt uppnås ytterligare en fördel med att generatorn är krafttät. Det går åt mindre material, vilket gör generatorn billig att tillverka.
Att underhålla, serva och reparera den här typen av vågkraftverk är ingen enkel sak med tanke på i vilken miljö de verkar. Därför är det viktigt med långa underhållsintervaller. Gärna flera år, eller mer.
– Jag siktar på att få enheten så underhållsfri som det bara går. Det återstår att se hur bra jag lyckas.
Generatorns kapacitetet har ännu ej demonstrerats. Detta kommer att göras under 2017 då den första prototypen ska byggas och testas i skarpt läge.
När Anders Hagnestål pratar om en ganska krafttätt generator så menar han i storleksordningen 30-40 newton per kilo.
Källa: KTH.
