Svenskt VindkraftsTekniskt Centrum. Chalmers

Transkript

1 Svenskt VindkraftsTekniskt Centrum Chalmers

2 Innehåll Varför ett Vindkraftstekniskt Centrum Mål Deltagare Organisation Forskningsområden Samverkan med Västra Götalandsregionen Internationell utblick Erfarenhet - Chalmers

3 Bakgrund - I Sverige finns det stor kunskap inom vindkraft teknik, bla ABB och SKF är världsledande leverantörer på generatorer respektive lager Jmf med Danmark och Tyskland är den svenska vindkraft industrin mkt liten Tillväxt potentialen är enorm globalt inom området. EWEA (European Wind Energy Assosiation) spår en tillväxt på antalet anställda inom sektorn från år 2007 till år Danmark, Tyskland och Spanien står idag för 75 % av arbetstillfällena. I Sverige sysselsätts idag ca direkt i vindkraft industrin. Trots stor kunskap inom utveckling och produktion av komplexa sammansatta mekaniska och elektriska system i Sverige från bla. fordonsindustrin finns det ännu ingen svensk tillverkning av vindkraftverk. Tyskland är helt dominerande i Europa och i Danmark har vindkraft snabbt vuxit till att bli en av landets största exportindustrier.

4 Bakgrund - Exempel på område där kunskap från fordonsindustrin finns som kan appliceras på vindkraft området är: Tranmissioner till vindkraftverk. Tyskland är helt dominerande i Europa. Transmissionen står för % av värdet på ett vindkraftverk. Ihop med pitch och gir mekanism är det ca 25 % Svensk tillverkning av transmissioner för fordonsindustrin och svensk transmissionskompetens kan användas för framtida innovativa drivlinor i vindkraftverk. Transmissiontillverkning från fordon och gruvindustri går över till vindkraft. Se tex Michigan som kommer från fordons industrin och kring Ruhr området som kommer från gruv- och kol industrin

5 Energimyndigheten varför Centra? Förnyelsebar elproduktion CO2 - fri Planeringsmål 30 TWh vindkraft i Sverige Stödja svensk forskning och industriutveckling Initiativ från industriföretag i samverkan med Chalmers och Regionen

6 Mål - Bygga upp systemkunskap kring hela vindkraftverket för att möjliggöra: Ledande utveckling & tillverkning av kompletta vindkraftverk i Sverige Ledande svensk utveckling & tillverkning av delsystem som mekaniska drivlinan växellåda, ingående axel, utgående axel, gir- och pitch - mekanism, turbinblad, torn, nav, generatorer, transformatorer,. Sprida kunskapen till undervisning/kurser inom utbildning

7 Vindkraftsforskning i Sverige Vindval Acceptans och natur Vindforsk Vindar i skog och fjäll Integration i elnät Framtida dc-nät Drift och underhåll Kompetenscentrum Utveckling, konstruktion & tillverkning av vindkraft

8 Vindenergisatsningar i Västsverige Power Väst Energimyndigheten Utbildning vindkraft, industrikontakter, InMotion VG-Region Industriutvecklingsforskning Informationsspridning högskola industrin Allmänhet & samhälle Kompetenscentrum Utveckling, konstruktion & tillverkning av vindkraft Forskning om havsbaserad vindkrafts teknik - elutrustning

9 Metod - Nyckeln till att bli ledande är att ha bäst kunskap om hela systemet Det snabbaste och effektivaste sättet att skaffa kunskap är att bygga simuleringsmodeller Därför skall Centrat utveckla dessa modeller och bygga kunskap om kompletta vindkraftssystem Bygga vidare på god befintlig kunskap

10 Metod - Samarbetet mellan ledande företag och universitet /högskolor en simuleringsmodell från vindlast till elnät, inklusive styrsystem. För att prediktera: Laster Livslängd Verkningsgrad Ljud och vibrationer, från turbin blad och växellåda System modellen skall ge förutsättningar för: System optimering map. på kostnad och vikt för systemet: turbinblad, växellåda, generator, etc. Utveckling av styrstrategier Möjliggöra både skapande och utvärdering av nya innovationer och tekniker. Modellverifiering sker på befintligt vindkraftverk

11 Partners - Chalmers etablerar ett Svenskt Vindkraftteknisk Centrum Industriella partners: SKF, ABB, Dynawind, T Engineering, Göteborg Energi, Mattsson Gruppen, Triventus,.. Fler är välkomna att deltaga

12 Centrats struktur projekt

13 Finansieringsmodell för centra Naturainsatser Kontanta medel Energimyndigheten

14 Totalt finansiellt åtagande Parternas totala finansiella åtaganden, kontanta medel och naturainsatser, Etapp 1 av verksamheten inom ramen för SWPTC uppgår till minst 100 MSEK fördelat på 4 verksamhetsår

15 Personal - Center Vid universitet: 8 docenter -professorer 10 doktorander 1 tekniker Vid industrin i parallel forsknings- och utveckling projekts: 5 erfarna teknikexperter 5 industri doktorander 5 ingenjörer/tekniker Sum: personer vid universitet och industri

16 MÅL: Temagrupp 1: Elkraft- och styrsystem Att utveckla elkrafttekniken inom vindenergi så att en kostnadseffektiv elproduktion kan utvecklas. Utveckla modeller av aktuella elsystem som är anpassade för simuleringsmodeller av drivlinan och hela vindkraftverket. Tydliggöra hur nätbolagens Grid Code påverkar konstruktionen av elsystemet och kraftverk Föreslå utveckling av elsystem med nya kraftelektroniska komponenter och nya generatorkoncept.

17 Temagrupp 2: Turbin & vindlast Teknikbakgrund: Dynamiska laster på rotorblad skapas av tidsvarierande vind. Frågeställningar: Hur stora är de dynamiska lasterna? Amplitud och frekvens? Vilka vindförhållanden är mest kritiska? Hur propagerar de dynamiska lasterna från rotorblad till växellåda och lager? Mål: Forskningen inom Temagrupp 2 ska ge kunskap, resultat och metoder så att aerodynamiska krafter kan värderas på systemnivå.

18 Temagrupp 3: Mekanisk kraftöverföring och systemoptimering Fördelning av vindkraftsverks fel Drivline modell Frågeställningar och problem skall svaras på: Laster, livslängd, verkningsgrad, ljud och vibrationer från turbin blad och växellåda Avancerad ingenjörsanalys och optimering av kraftöverföring system av vindkraftverk Aktiv vibrations dämpning för vindkraftverk Systemanalys och multikriterier optimering av vindkraftverk

19 Tema 4: Bärande struktur och fundament + Dimensionering av vindkraftverk baseras på analys mha finita elementmetoden och simulering av dynamiken i flerkropparsystem + Sådana metoder är alltid behäftade med modelleringsfel som ofta är acceptabelt små + Mha analys av strukturdynamiska mätresultat kan jämförelser göras med modellers prediktionsnoggrannhet = Modellvalidering och modellkalibrering kan ge värdefull modelleringserfarenhet CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY - Applied Mechanics - Dynamics

20 Forskningscentra Internationellt Technical University Delft, Holland All teknikområden + ployci, ekomoni 50 doktorander DTU/ Risö 150 personer Flertal Centra i Tyskland NREL, USA England, provning av blad, 100m och växellådor, 15 MW

21 Chalmers is a part of Power Cluster and WP3-skills leader Discuss the BSc/MSc profiles with companies within the wind energy branch in form of expert interviews. Developing of content for training modules for off shore EU och Västar Götalandsregionen finansierar

22 Chalmers` education volume year MSc programmes in Engineering and Architecture Degrees year BScEng, BSc and ship's officers programmes Degrees 273 PhD programmes Degrees awarded of which licentiates 126

23 Master Programmes som ger bas för vindkraft Design: Electric Power Engineering Industrial Design Engineering Advanced Engineering Materials Structural Engineering and Building Performance Design Systems, Control and Mechatronics Sound and Vibration Production: Supply Chain Management Production Engineering Off shore: Naval Architecture Planering pågår för vindkraftsprogram

24 Electric Power Engineering and Wind Power Components, system, modeling Theory studies, simulations, measurements in laboratory and in operation

25 Wind Power - Electric Power 17 PhD thesis 16 Licentiate thesis (half PhD) 150 Scientific papers (about) 170 person-year of wind power research during 30 years PhD-thesis: Design of Direct-driven Permanent-magnet Generators for Wind Turbines,1996 Grid-Connected Voltage Source Converter Control Principles and Wind Energy Applications, 1998 Power Quality of Wind Turbines, 2000 Dynamic Models of Wind Turbines A Contribution towards the Establishment of Standardized Models of Wind Turbines for Power System Stability Studies, 2009

26 MISSION A forward-looking university of technology with a global outlook that conducts internationally recognised education, basic and applied research and collaborations, integrated with a professional innovation process