Energiteknik vid Uppsala Universitet

Transkript

1 Energiteknik vid Uppsala Universitet Vindkraft, vågkraft och strömkraft - potential och dagsläge Centrum för förnybar elenergiomvandling Marten.grabbe@angstrom.uu.se Rafael.Waters@angstrom.uu.se

2 Energi i samhällsdebatten Klimatfrågan diskuteras Vindkraft och solceller nämns som två av framtidens viktiga energikällor Bioenergi stort i Sverige eller världen? Politik och nyhetsvärde debatten kan svänga fort men ett teknikskifte tar lång tid En svår debatt tvärvetenskapligt område

3 Sveriges energitillförsel

4 Ekonomi för elenergiproduktion Kostnader - drivs av installerad effekt Inkomster - ges av omvandlad mängd energi En enkel ekvation då vi kan kontrollera energikällan tex kärnkraft och kolkraft Klart svårare för förnybara energikällor så som vind och sol.

5 Elkonsumtionen i Sverige (MWh/h) den senaste veckan Källa: Svenska Kraftnät och Nordpool (080403)

6 Från fysik till teknik tar tid och vägen är kantad av fallgropar. Långsiktighet Försiktighet Målmedvetenhet

7 Målet är att anpassa tekniken till naturen Ekonomi Ekologi Teknik I dagsläget har vi

8 Pågående projekt Vågkraft - 10 doktorander Vindkraft - 4 doktorander Strömkraft - 4 doktorander Vattenkraft - 3 doktorander Energilagring 3 doktorander Tillämpad plasma 3 doktorander EMC - 3 doktorander Åskforskning 3 doktorander Halvledare i diamant - 2 doktorander

9 Dagens vindkraftteknik Vindkraft domineras idag av 3-bladiga propellervindkraftverk. Högteknologiska konstruktioner som behöver underhåll minst 1 ggr per år. Konceptet bygger vanligen på: Vridbara blad. Växellåda för anpassning av rotationshastigheten till generator. Omfattande elektrisk utrustning för övervakning, styrning och reglering. Kraftigt torn för stöd av turbinen och det tunga maskinhuset i kraftverkets topp. Bladen vrids beroende på hur hårt det blåser. Motorer för vridning av turbinen mot aktuell vindriktning. En optimal kompromiss?

10 Vindkraft - från ett systemperspektiv Prototyp 12kW Tornhöjd 6 m Blad 5 m Byggår 2006 H rotor Lätt torn Generatorn på marken

11 Generatordesign och strukturmekanik FEM-modell av generatorn (Sandra Eriksson) Aeroelasticitet och egensvängningar för turbinen (Paul Deglaire & Mathias Bouquerel)

12 Simulering av vorticitet för turbin Arbetet utfört av Paul Deglaire

13 Den första prototypen

14 Tidvattenkraft: 40 50TWh i Europa Systemet består av en vertikalaxlad turbin kopplad till en direktdriven generator - ett robust system med få rörliga delar. Generator Vertikalaxlad turbin

15 Projektet inom strömkraft Projektledare: Prof. Mats Leijon Dagsläget: Nyligen färdigställt en första prototypgenerator anspassad för vattnets långsamma rörelser. Experimentella resultat och simuleringar publicerade i vetenskapliga tidskrifter. Framtiden: Planerar att testa tekniken i ett svenskt vattendrag. Samtidigt fortsätter grundforskning på turbin- och generatordesign inom CFE.

16 För mer information, se

17 Lysekilsprojeket Mats Leijon, Jan Sundberg, Magnus Stålberg, Rafael Waters, Cecilia Boström, Olle Svensson, Olivia Langhammer, Erland Strömstedt, Andrej Savin, Jens Engström, Simon Tyrberg, Halvar Gravråkmo On site full scale experiments Fundamental theory, computational analysis, and experiments Disputerade Karin Thorburn Oskar Danielsson Mikael Eriksson angstrom.uu.se

18 Världens vågenergiresurs 5 6 rafael.waters@ angstrom.uu.se Östersjön 24 TWh/år Norge 500 TWh/år USA 2300 TWh/år Världen TWh/år

19 Varför har ingen gjort det förr Stora mekaniska påfrestningar pga. stora toppeffekter. Inte ovanligt med 50 ggr högre effekt än medeleffekten: Storm angstrom.uu.se Genomsnitt Svåråtkomligt för arbete och underhåll. Korrosion. Svårt att få finansiering för helt ny teknik. Brist på helhetsperspektiv.

20 Konventionellt vs. Direktdrivet Växellåda, hydraulik, turbiner Ökad komplexitet och sårbarhet Ökade underhållskostnader Konventionell generator Linjär generator angstrom.uu.se

21 Vågkraft på Sveriges Centrum för Förnybar Elenergiomvandling Enkel konstruktion Få rörliga delar Boj på ytan, generatorn skyddad på botten Ett av de havsplacerade vågkraftverk som varit i drift längst i världen rafael.waters@ angstrom.uu.se

22 angstrom.uu.se

23 Forskningsanläggning vid Lysekil -10 vågkraftverk inkopplade till elnätet, och 30 biologibojar fram till år 2014 angstrom.uu.se

24 Sjösättningen av första vågkraftverket

25 Exempel på resultat angstrom.uu.se Applied Phys. Letters 90, (2007)

26 Forskningsområdet utanför Lysekil Cecilia Boström angstrom.uu.se

27 Masten Cecilia Boström angstrom.uu.se

28 Uppbyggnad av vågkraftparker - exempel 4 kluster om 40 verk á 10kW 1600kW 1600kW 4,8MW Magnus Stålberg magnus.stalberg@ angstrom.uu.se 1600kW Elnät

29 Pågående arbetevågkraftpark -Design och konstruktion av ställverk för 3 vågkraftverk 50Hz Elnät Magnus Stålberg magnus.stalberg@ angstrom.uu.se

30 Funktionerna inryms i: Individuell AC-till-DC Individuell AC-till-DC Individuell AC-till-DC MARINT STÄLLVERK LIKSTRÖMSSKENA Likström 50 Hz AC 0.2kV/1kV Sjökabel till land Magnus Stålberg angstrom.uu.se Mätstation på Härmanö

31 Mätstationen - resultat Voltage [V] Time [s] Voltage [V] 0-50 Cecilia Boström cecilia.bostrom@ angstrom.uu.se Time [s]

32 Ytterligare två vågkraftverk under byggnation på Ångström: I ett bra vågklimat (t.ex. Skagerack): försörjning av hushållsel till cirka 15 lägenheter (eller ca 2 eluppvärmda villor) per vågkraftverk Magnus Stålberg magnus.stalberg@ angstrom.uu.se

33 Tack för visat intresse! Våra finansiärer: Energimyndigheten, Vattenfall, Statkraft, Fortum, Draka Kabel, Vargön Alloys forskningsstiftelse, Göteborg Energi, Falkenberg Energi, Wallenius Stiftelse, Göran Gustavssons Stiftelse och Helukabel.