KTH sätter fart på vågkraften

För några årtionden sedan var vind- och solenergi ”lovande förnybara energikällor”, med många barnsjukdomar och långt till att vara kostnadseffektiva. Med tiden har tekniken förbättrats och de senaste åren även blivit betydligt billigare. Idag är vind och sol naturliga inslag i vårt energiförsörjningssystem, och de fortsätter att växa i betydelse. Näst på tur att göra samma resa kan vara vågkraft – det vill säga att utvinna elektricitet från de mäktiga rörelserna som finns till havs. Än så länge är vågenergi i ett tidigt utvecklingsskede, siffror från 2018 visar att vågkraftinstallationerna i Europa motsvarande ett enda genomsnittligt vindkraftverk. Men potentialen är stor.

Fabian Schwack från Institutionen för Maskinteknik på KTH vill gärna se en så snabb utveckling som möjligt för de förnybara energislagen. Som vågkraft. Han arbetar inom området ”tribologi” – vetenskapen om friktion, slitage och smörjning – ett ibland försummat område när man utvecklar nya applikationer, trots att det är centralt för allt som innehåller rörliga delar. Alla interagerande ytor som rör sig påverkas av tribologi, förklarar han:

– Rätt friktion innebär mindre slitage. Tribologins område är väldigt tvärvetenskapligt och här finns ofta utrymme för stora teknikförbättringar, särskilt för unga applikationer som vågenergiomvandlare. 

För att garantera att rörliga maskinkomponenter som lager eller växlar fungerar måste tribologin vara optimal. I annat fall kan komponenterna gå sönder och funktionen begränsas.

– Lager och växellådor på vindkraftverk har ofta krånglat beroende på att just tribologin försummades i början av utvecklingen. Idag har lager och växlar bättre prestanda eftersom forskning och industri har arbetat med att optimera dessa. Men det hade varit mer effektivt att ta itu med de tribologiska problemen från början, säger Fabian. 

– Det finns nästan ingen litteratur om tribologi i samband med vågkraft. Vågenergiomvandlarna testas främst på funktionalitet, hållbarhet och effektivitet – men alla dessa påverkas av tribologi. Långt ifrån alla företag är medvetna om att salta miljöer, oscillerande rörelser och varierande belastning är kritiska för de tribologiska komponenterna. Men eftersom tekniken fortfarande är ung kan vi aktivt påverka utvecklingen av vågkraften och förebygga problem innan de uppstår. Tanken är att lära av misstagen från vindkraften. 

Problemen kommer att dyka upp när man skalat upp antalet vågenergiomvandlare och de har varit i vattnet i flera år. Fabian och hans kollegor vill minimera driftstopp eftersom systemet är svårt att nå i havet. 

– Vi kommer att fokusera på komponenternas tribologiska design – och på smörjning. Ofta är en rörlig komponent utformad uteslutande för funktion, hållbarhet och ekonomi. När designen är klar kallas tribologer in för att rekommendera eller utveckla ett smörjmedel. Men smörjmedlet måste också vara utformat för funktion, hållbarhet och ekonomi. Smörjmedlet är en komponent som måste beaktas från början. 

Fabian Schwacks forskargrupp leds av Professsor Sergei Glavatskih och arbetar i nära samarbete med två vågkraftsföretag och en smörjmedelstillverkare. Men för att verkligen ge ringar på vattnet och påverka hela industrin tänker forskargruppen utveckla en verktygslåda online som alla företag kan använda för att kartlägga tribologin för just deras applikationer. Dessutom ska forskarna utveckla riktlinjer för tribologi på vågkraftområdet. På så sätt har alla företag möjlighet att hitta kritiska komponenter utan specialistkunskap. Både verktygslådan och riktlinjerna kommer att vara öppna för alla.

– Mitt mål är att använda mina kunskaper och färdigheter på ett meningsfullt sätt. Vågkraft är en teknik som bidrar till en hållbar framtid. Dessutom tycker jag personligen att havets krafter är fascinerande!

Två sätt att utvinna vågenergi

1. Vågenergin som absorberas i en linjär rörelse längs bojaxeln omvandlas till elektricitet av en mekaniskt drivlina placerad inuti bojen. En växellåda omvandlar den linjära rörelsen till en rotationsrörelse.
2. Vågenergiomvandlaren extraherar energi från vågornas vertikala rörelse. Den har två huvudsakliga delsystem: den rektangulära flottören och ett inverterat vattenkraftverk. Omvandlingen av vågrörelserna omsätts av en turbin.

Fabian Schwack kommenterar:

– När vi tänker på vågkraft förleds vi tro att ’ju större vågor desto bättre’. Vågor som vore drömmen för en surfare är sällan de som är bra för energiomvandling. Optimalt är att ha en relativt konstant våghöjd. Det liknar vindkraft på det sättet: vi designar systemet för den genomsnittliga vindhastigheten och förhindrar att systemet skadas av stormar. 

Kontakt >> [email protected]