Pågående forskningsprojektMarin StrömkraftProjektledare: Professor Mats Leijon, Uppsala Universitet I våra älvar, sund och hav finns strömmande vatten som utgör en förnybar energikälla med god potential. Ett pågående projekt vid Uppsala Universitet undersöker möjligheten att omvandla den kinetiska energin i strömmande vatten till elektricitet. Tekniken som studeras är principiellt enkel, en vertikalaxlad turbin kopplad direkt till en generator som är anpassad till vattnets långsamma rörelser.
Våra hav utgör en mycket stor förnybar energikälla som historiskt sett inte kunnat utnyttjas och än idag är nästintill oanvänd. Energin finns lagrad i haven dels som värme och dels som kinetisk energi i vågor och strömmar. Den kinetiska energin i strömmande vatten kan utvinnas på ett sätt som liknar vindkrafttekniken. Den stora skillnaden ligger i att havsströmmar i regel är mycket långsammare än vinden. Däremot har vatten ungefär 800 gånger högre densitet än luft vilket medför att energitätheten i en vattenström på 1 m/s motsvarar energitätheten i luften när vindhastigheten är 9 m/s. Potentialen på global skala är mycket stor, men många av havsströmmarna ligger för långt ut från land för att i dagsläget utgöra ett ekonomiskt och tekniskt möjligt alternativ. Den tekniska och ekonomiska potentialen från tidvattenströmmar i Europeiska vatten har i ett flertal studier uppskattats till mellan 39 – 58 TWh. Havs- och tidvattenströmmar har många egenskaper som gör dom lämpliga som förnybara energikällor. Havsströmmarna är mer eller mindre i ständig rörelse med endast små variationer och tidvattenvariationerna är mycket väl kartlagda vilket gör att en hög utnyttjandegrad erhålls och att energiproduktionen kan planeras, därmed fås goda ekonomiska förutsättningar för energiomvandlingen. Energin i strömmar kan utvinnas helt utan utsläpp av koldioxid eller andra växthusgaser. Dessutom kommer det inte att förekomma några störande ljud och den visuella påverkan blir minimal eftersom kraftverken är placerade under vattenytan. Runt om i världen, framförallt i länder med tillgång till kraftiga tidvattenströmmar, pågår en handfull olika projekt som syftar till att hitta ekonomiskt gångbara sätt att tillvarata vattenrörelsernas energi. De låga strömningshastigheterna gör att turbinen i ett marint strömkraftverk kommer att rotera långsamt, troligen i intervallet 5-30 varv per minut. Generatorer är dock i allmänhet anpassade för mycket högre varvtal och därför används i flertalet prototyper en växellåda. Forskningen vid Uppsala Universitet syftar till att ta fram en generator som är anpassad till vattnets långsamma rörelser och därmed möjliggöra en högeffektiv elektromagnetisk energiomvandling samt minimera antalet rörliga delar som kräver underhåll. Att försöka minimera underhållsbehovet är särskilt viktigt eftersom kraftverken är placerade på havsbottnar och flodbäddar där det finns starka vattenströmmar vilket innebär att reparationer och underhåll riskerar att bli förhållandevis dyrt. Forskningen för att ta fram en generator anpassad till vattnets långsamma rörelser sker delvis med hjälp av ett kraftfullt simuleringsverktyg. Simuleringarna har legat till grund för den första prototypgenerator, designad för att ge 5 kW vid 10 varv per minut, som färdigställdes på Ångströmlaboratoriet i mars 2007. Generatorn har en kabellindad stator och en permanentmagnetiserad rotor som är försedd med 120 poler.
Den höga verkningsgraden både vid låg last och vid överlast är en viktig egenskap för att kunna utvinna energi effektivt även när hastigheten på vattenströmmarna varierar. De första mätningarna på generatorn har gjorts och de stämmer väl överens med de tidigare simulerade resultaten. Framöver kommer generatorn att användas både i forskning och i undervisningssyfte. Nästa steg i projektet är en fullskalig anläggning för placering till havs.
Publikationer inom strömkraftKatarina Yuen, Staffan Lundin, Mårten Grabbe, Emilia Lalander, Anders Goude, Mats Leijon. "The Söderfors Project: Construction of an Experimental Hydrokinetic Power Station". In Proceedings of the 9th European Wave and Tidal Energy Conference, Southampton, UK, 5-9 September 2011 Emilia Lalander, Mats Leijon, "In-stream energy converters in a river - effects on upstream hydropower station", Renewable Energy Volume 36, Issue 1, January 2011, Pages 399-404, doi:10.1016/j.renene.2010.05.019 A. Goude, O. Ågren, "Numerical Simulation of a Farm of Vertical Axis Marine Current Turbines", Proceedings of the ASME 2010 29th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE 2010), June 6-11, 2010, Shanghai, China, OMAE2010-20160. Emilia Lalander, ”Modelling the hydrokinetic energy resource for in-stream energy converters”, UURIE 316-10L, Uppsala 2010 PDF, Errata Grabbe, M., Yuen, K., Goude, A., Lalander, E. & Leijon, M., "Design of experimental setup for hydro-kinetic energy conversion.", Hydropower and dams, 2009 (5), pp. 112–116. Open access Grabbe, M.; Lalander, E.; Lundin, S.; Leijon, M. "A review of the tidal current energy resource in Norway", Renewable & Sustainable Energy Reviews, Vol. 13, 2009, pp. 1898–1909, doi:10.1016/j.rser.2009.01.026, Open access Goude, A., Lundin, S. & Leijon, "A parameter study of the influence of struts on the performance of a vertical-axis marine current turbine." In Proceedings of the 8th European wave and tidal energy conference, EWTEC09, S. Lundin, M. Grabbe, K. Yuen and M. Leijon, "A Design Study of Marine Current Turbine-Generator Combinations", Proceedings of the 28th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE 2009), May 31 to June 5, 2009, Honolulu, Hawaii. K. Yuen, K. Thomas, M. Grabbe, P. Deglaire, M. Bouquerel, D. Österberg & M. Leijon. "Matching a Permanent Magnet Synchronous Generator to a Fixed Pitch Vertical Axis Turbine for Marine Current Energy Conversion", IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol.34, no.1, pp.24-31, Jan. 2009, DOI:10.1109/JOE.2008.2010658 Mårten Grabbe, "Marine Current Energy Conversion-Resource and Technology", Katarina Yuen, "System Aspects of Marine Current Energy Conversion", UURIE 307-08L, Uppsala 2008, PDF (815kB) K Thomas, M Grabbe, K Yuen, M Leijon, "A low-speed generator for energy conversion from marine currents – experimental validation of simulations", Journal of Power and Energy (Part A of the Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers), Volume 222, Number 4 / 2008, Pages 381-388, K. Thomas, "Low Speed Energy Conversion from Marine Currents", Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 287, ISBN 978-91-554-7063-0 Abstract M. Leijon and K. Nilsson, "Direct electric energy conversion system for energy conversion from marine currents", Proc. IMechE Part A: Journal of Power and Energy, Volume 221, Number 2, 2007, Full Text K. Nilsson, M. Grabbe, K. Yuen and M. Leijon, "A direct drive generator for marine current energy conversion - first experimental results", Proceedings of the 7th European Wave and Tidal Energy Conference, 11-13 September 2007, Porto, Portugal. K. Yuen, K. Nilsson, M. Grabbe and M. Leijon, "Experimental Setup: Low Speed Permanent Magnet Generator for Marine Current Power Conversion", Proceedings of the 26th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering OMAE 2007, June 10-15, 2007, San Diego, California, USA. E. Segergren and M. Leijon,"Relation between generator geometry and resistance in armature winding", Applied Energy, Volume 83, Issue 8, August 2006, pp. 884-892. E. Segergren, "Direct Drive Generator for Renewable Power Conversion from Water Currents", Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 100, ISBN 91-554-6362-2. E. Segergren, K. Nilsson, M. Leijon, "Frequency Optimization for Direct Drive Synchronous Current Power Generator", IEEE Journal of Oceanic Engineering Volume 30, Issue 3, July 2005, pp. 647-648. E. Segergren, K. Nilsson, M. Leijon, "Permanent magnetized generator for marine current power conversion - proposed experimental setup", Presented at OMAE2005, Halkidiki, Greece, 12-17 June 2005. E. Segergren, K. Nilsson, J. Sundberg, M. Leijon, "The Marine Current Power Project at the Swedish Centre for Renewable Electric Energy Conversion ", Presented at the 6th EWTEC conference in Glasgow, 28th of August to 3rd of September 2005. K. Nilsson, E. Segergren, E. Sjöstedt, J. Sundberg, M. Leijon, "Converting Kinetic Energy in Small Watercourses using Direct Drive Generators" , Proceedings of OMAE 2004: 23rd International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 20-25 June 2004 Vancouver, Canada. E. Segergren, K. Nilsson, D. P. Coiro, M. Leijon, "Design of a VeryLow Speed PM Generator for the Patented KOBOLD Tidal Current Turbine" , Proceedings from EnergyOcean2004, 28 - 29 June 2004, Palm Beach, Florida
|
||||||||||
