ANSÖKAN: Utveckling och verifiering av teoretiska modeller för vågkraftverk BOWEC

Transkript

1 ANSÖKAN: Utveckling och verifiering av teoretiska modeller för vågkraftverk BOWEC Inlämnad: till Göteborgs Energis Forskningsfond Sökande: Bohegg Engineering AB Kontaktperson för projekt Bowec Per Harrie Gripensnäs Gård Brottkärrsvägen PL Bettna Hovås

2 Ansökan Härmed ansöker Bohegg Engineering AB om forskningsbidrag från Göteborgs Energis Forskningsfond för att vidareutveckla teoretiska simuleringsmodeller för BOWEC I bojen och verifiera dessa numeriska modeller mot värden erhållna vid de planerade prototypförsök som skall genomföras under senhösten 2009 i Göteborgs skärgård. Målet med försöken är att visa att utnyttjande av vågenergi kan bli ekonomisk i svenska farvatten och att skapa ett teoretiskt underlag som kan användas för beräkning av optimal design för BOWEC bojar världen över. Syfte För att vågenergi skall bli en kommersiell framgång krävs att man kan producera el till en kostnad per kwh som är likvärdig med kostnaden för el från t.ex. vindkraftverk. Resultat från tidigare försök samt preliminära beräkningar baserade på våra teoretiska modeller och kostnadsanalyser visar att man med vår teknik kan producera el till en konkurrenskraftig kostnad. Vi kommer nu att bygga en prototyp som skall sjösättas och generera mätdata för verifiering av och vidareutveckling av våra teoretiska modeller. Syftet är dels att demonstrera vågkraftverkets funktion och dels att verifiera våra teoretiska modeller. I det längre perspektivet är målsättningen att kommersialisera vågkraftverket och att med lokala designanpassningar sälja det på den öppna marknaden över hela världen. Provplatsen utanför Göteborg är inte vald med tanke på att utvinna mycket energi ur vågorna - därtill är vågklimatet för milt. Detta milda vågklimat är dock en fördel i samband med testning eftersom tillgängligheten ökar. Å andra sidan förkommer situationer med grov sjö tillräckligt ofta för att på ett tillfredsställande sätt testa kraftverkets funktion även under svårare vågförhållanden. Problemet, dess bakgrund och avgränsningar I slutet på 70-talet och början av 80-talet utvecklades och testades ett vågkraftverk kallat IPS-bojen. Teoretiska modeller skapades och modellförsök gjordes i vågränna på laboratorium, i en insjö och till sist även i havet utanför Göteborg. Samtidigt utvecklade dåvarande Svenska Varv ett vågkraftverk enligt det så kallade slangpumpskonceptet. Trots goda tekniska resultat lades båda projekten ned av bl.a. ekonomiska skäl, emedan intresset för alternativa energiformer upphörde när oljepriset rasade i början på 80-talet. En viss utvecklingsverksamhet fortsatte dock vilket ledde till flera varianter av IPS-bojen som på teoretisk bas dimensionerades för vågsituationen på ett antal olika platser bland annat Irlands nordvästkust och Sydafrikas sydvästkust. Under detta arbete växte iden fram att kombinera de två svenska koncepten vilket resulterade i den sk AquaBuOY. Patenten för AquaBuOY togs över

3 av ett kanadensiskt företag med målet att kommersialisera teknologin. Ett vågkraftverk byggdes och testades utanför Oregons kust i västra USA under två månader hösten Detta skedde dock helt utan medverkan av den svenska expertis som låg bakom teknologin. Projektet fick problem och verksamheten ligger sedan hösten 2008 nere. Ägarna av IPS-bojen beslöt hösten 2008 att med utgångspunkt från de framgångsrika försöken på åttiotalet bygga ett nytt vågkraftverk på samma grundprincip som IPS-bojen men med en rad nya tekniska lösningar. Med detta nya vågkraftverk skall en ny försökskampanj genomföras under hösten 2009 och framåt. Försökskampanjens längd beror på resultaten som erhålls. Medlemmar i projektet har i tidigare forskningsprojekt utvärderat flera metoder för att utvinna elektricitet ur vågkraft. Man har bland annat utvecklat och undersökt: Vågkraftverk med slangpump (Utvecklat för Svenska Varv AB) Vågkraftverk med elektromekanisk omvandlare (Utvecklat för Interproject Service AB (IPS)) Utvecklat en linjärgenerator (utvärdering gav att den fick för låg effekt per kilo koppar och järn) AquaBuOY - se ovan Gruppens kompetens är mycket hög då de flesta av projektmedlemmarna har erfarenhet från vågkraft (se ovan) sedan 70- och 80-talen däribland flera tekniska experter inom våra teknikområden. Vi har samarbete med Karlstad universitet och siktar på att återknyta vår tidigare akademiska knytning till Chalmers. Vågenergin kan utnyttjas på flera olika sätt och det finns idag några vågkraftstekniker som kommit så långt att de är i en första kommersialiseringsfas. Många företag satsar på att bygga stora vågkraftverk för stora vågor. Dessa ger imponerande effekter och är imponerande byggen, men enligt vår bedömning är de inte de anläggningar som ger lägst produktionskostnad per kwh. Stora konstruktioner i havet utsätts för extrema krafter i oväder och genererar bara energi vid större vågor. BOWEC s teknik innebär många små enheter i en vågkraftpark. Små enheter som är betydligt enklare att dimensionera för oväder. Eftersom det blir flera hundra bojar i en park så kan man industrialisera produktionen vilket ger skalfördelar. En ytterligare fördel med en vågkraftpark bestående av många mindre bojar istället för ett stort vågkraftverk är att man reducerar effektpulsationen i anslutningspunkten till nätet. BOWEC bojen är en sk Point Absorber. Detta innebär att den kan ta upp energi ur vågen från en större bredd än sin egen diameter. Att använda ett koncept med små bojar gör det också lönsamt att utvinna el ur svenska vågor (norra Västkusten, söder om Öland samt öster om Gotland). Givetvis så kan ett BOWEC kraftverk producera el till en lägre kostnad i vågor utanför tex Norge, Storbritannien, USA mm.

4 I BOWEC-bojen placeras all teknisk utrustning i själva bojen. Detta gör att installation och service blir enklare och billigare jämfört med en konstruktion som är placerad på botten. Vid en större reparation kan man helt enkelt koppla loss en boj och ta in den till land för att enklare kunna reparera. Idéer, hypoteser, förslag till lösningar BOWEC-bojen bygger på den beprövade IPS bojen, men ett antal förbättringar har införts; en ny geometri har framtagits, ett nytt och förbättrat omvandlingssystem som skall driva generatorn har designats. Den nya numeriska modell som denna bidragsansökan gäller, kommer att ta hänsyn till dessa förbättringar. Metod för att lösa problemet och uppnå syftet Project BOWEC kommer under hösten 2009 att låta bygga ett vågkraftverk för placering i havet utanför Vinga i Göteborgs skärgård. Målet är att under en testperiod på 6-8 veckor samla in mätdata som skall verifiera de antaganden som tidigare gjorts i den numeriska modellen och även ligga till grund för ytterligare förbättringar. Testservice AB i Göteborg har utvalts för tillverkning av vågkraftbojen. FROG Construction and Diving - som har mycket stor erfarenhet och kunskap inom marina applikationer och även erfarenheter från utläggning av andra vågkraftverk kommer att svara för utläggning, förankring, underhåll (tillsyn) och upptagning av kraftverket. Mätdata genererade från bojens mätinstrument kommer att överföras trådlöst till projektgruppen som har möjlighet att läsa av all data i realtid. All insamlad data sparas naturligtvis också för framtida analyser. All data kommer att analyseras och jämföras med motsvarande resultat från våra teoretiska modeller. Jan Forsberg, Karlstad Universitet kommer att analysera alla inkommande mätvärden i de teoretiska simuleringsmodellerna. Jan är engagerad i projektet både som privatperson och som anställd på Karlstad Universitet. Vi planerar att lägga upp framtida scenarieanalyser och djupare modifieringsanalyser som examensarbeten på Karlstad Univeristet. Jan kommer även att vidareutveckla modellerna. Filip Alm och Anders Norén kommer att bistå Jan med beräkningar och analyser samt med arbetet att använda insamlad data för att optimera fasstyrningen. I ett framtida scenario med en hel park av bojar kommer man även att få interferensfenomen mellan bojarna. I princip finns det möjlighet att utnyttja detta men det ligger utom ramen för denna ansökan.

5 I den slutliga modellen måste de båda ovan beskrivna modellerna kopplas ihop. Verktygen vi använder är i första hand Simulink och Matlab. Önskvärt är även att kunna visualisera olika förlopp genom animeringar. Det valda förankringssystemet är flexibelt. Kraftverket påverkas av ström- och vågdriftkrafter som i det korta tidsperspektivet ger det en konstant avdrift. Överlagrat på denna avdrift kommer den fram- och återgående rörelsen på grund av vågorna. Med beaktande av förankringssystemets geometri finns här möjlighet att göra en kvasistatisk analys av krafterna i systemet. I en vidare undersökning kan även dynamiska effekter involveras. I ett system av kraftverk med integrerade förankringar blir förhållandena mer komplicerade. Detta måste studeras separat. En del modellförsök har gjorts bland annat vid universiteten i Cork, Irland och Aalborg, Danmark. De teoretiska modellerna blir viktiga verktyg för att i en nära framtid dimensionera och optimera vågkraftverk för olika platser. Preliminär kostnadskalkyl för projektet Preliminära beräkningar har för svenska vågförhållanden resulterat i en uppskattad energikostnad på ca 50 öre/kwh. I områden med kraftigare vågklimat kan kostnaden bli lägre. Värderingar av projektets nytta för GE Göteborgs Energi: Får en möjlighet att profilera sig med att ligga i framkanten av vågkraftsutvecklingen. Vi ser att vågkraften kommer att bli en stor producent av förnyelsebar energi inom en snar framtid då vågkraften idag är i tidig kommersialiseringsfas. Visar att Göteborgs Energi jobbar aktivt med att stödja utvecklingen av förnyelsebara energikällor. Vågkraften bedöms få en liknande framtidspotential som vindkraften. Erbjuds en möjlighet att engagera sig i det nya bolaget som skall bildas av projektet vid årsskiftet. Det nya företaget skall etablera sig i Göteborgsregionen och kommer att utveckla och sälja vågkraftverk på en global marknad. Vi bedömer ovanstående möjligheter som starka då våra beräkningar av projektet visar på att BOWECkraftverken kan producera el till ett konkurrenskraftigt pris och vi bedömer riskerna för projektet som små då det bygger på beprövad teknik av en mycket erfaren projektgrupp. Å projektets vägnar anser vi det vara en stor fördel att ha med ett energibolag som intressent. Göteborg Energi vore för oss en idealisk partner både eftersom bolaget har ett uttalat intresse att delta i utvecklingen av alternativa energikällor men också av rent

6 geografiska skäl. Från vår sida ser vi det därför som ett starkt önskemål att starta ett samarbete med Göteborg Energi för den framtida utvecklingen av vår teknik.