NSK:s kulskruvar förstaval vid innovativ energigenerering

NSK:s kulskruvar fö NSK:s kulskruvar för r energigeenergige

Ocean Harvestings WEC-system kan generera energi hållbart och CO2-neutralt från havsvågor. Foton: Ocean Harvesting

Vågenergi är den största outnyttjade resursen av förnybar energi på jorden. Energin från havsvågornas rörelser kan producera el för framtida generationer. Det svenska nystartade företaget Ocean Harvesting har utvecklat en banbrytande vågkraftsteknik för att kunna utnyttja denna resurs. Detta innovativa system kommer att använda NSK:s kraftiga kulskruvar för att omvandla den linjära upp-och-nedrörelse som produceras av havsdyningar till rotationsrörelsen som driver generatorn.

Om det globala målet att minska utsläppen av växthusgaser (särskilt CO2) ska bli verklighet måste världen utveckla nya hållbara energikällor.

Elektricitet från vågrörelser

Vattenkraften är i rampljuset. I Norge genererar exempelvis vattenkraftverk cirka 95 % av all elektrisk energi, medan siffran i Schweiz är 56 %. Dessa turbinkraftverk fi nns dock i bergsområden. Haven, som täcker två tredjedelar av jordens yta, är fortfarande i stort sett outnyttjad som energikälla över hela världen, med undantag för ett fåtal tidvattenkraftverk vid fl odmynningar. Denna situation är på väg att förändras om Ocean Harvesting får bestämma. Företaget har utvecklat en vågenergiomvandlare (WEC) som heter Infi nityWEC, som kan “skörda” energi från havsvågor

Innovativ grundprincip

Grundprincipen är innovativ och högst genomförbar. Havsdyningar gör att bojar (fästa på havsbotten) stiger och faller. Denna rörelse fångas av ett hydrauliskt fjädersystem med konstant kraft (en hydraulcylinder ansluten till en stor gasvolym) och två kraftiga kulskruvar från NSK. Muttrarna på kulskruvarna är direkt kopplade till cylindern och omvandlar såledesden linjära upp-och-ner-rörelsen till en roterande rörelse (av kulskruvsspindeln), vilket verkar direkt på en generator för att producera elektrisk kraft Cylinderns fjäderkraft ger nästan 1 MN konstant kraft som drar i bojen, medan de två kulskruvarna i kombination med generatorerna levererar dubbelriktad kraft upp till ±1 MN. Totalt tillhandahålls en omedelbart kontrollerbar kraft från 0-2 MN av kraftuttaget i varje WEC. På så sätt är det möjligt att uppnå hög effekttäthet, vilket säkerställer ett motsvarande högt energiutbyte. I praktiken installeras många vågenergiomvandlare tillsammans för att bilda en "park"

Kulskruvens har dubbel funktion: generering och dämpning

Många detaljlösningar behövde utvecklas innan detta innovativa och hållbara koncept kunde omsättas i praktiken. Till exempel är det väsentligt att garantera en optimal inriktning av bojkroppen för varje enskild våg, så kallad faskontroll, eftersom detta är avgörande för effektiv energigenerering. Systemet utvinner sedan energi genom att applicera kulskruvskraften i motsatt riktning mot rörelsen; så kallad dämpning.

r rstaval vid innovativ staval vid innovativ e enerering nerering

Mikael Sidenmark, VD för Ocean Harvesting Technologies AB, förklarar: "Innan vågen stiger måste bojen vara i det idealiska läget, och där spelar kulskruvarna en avgörande roll genom att tillhandahålla en faskontrollkraft, assisterad av det förspända fjädersystemet - dvs från lagrad kinetisk energi. Dämpningen, som kulskruvarna utövar, följer sedan en beräknad kraftkurva för att maximera effektuttaget.”

Det är också nödvändigt att garantera den nedåtgående returrörelsen av kulskruvsmuttern, en uppgift som utförs av den hydrauliska cylindern. Cylindern lagrar en del av energin som genereras på grund av fl ytkraften och släpper den till kulskruven när den rör sig nedåt.

Hållbar drivteknik - intelligent elektronik

En hel del utvecklingsarbete gick till den algoritm som beräknar den ideala bojens position för varje slaglängd av WEC, och för att uppnå denna rörelse genom att kontrollera kulskruvskraften. En annan innovation är tvåstegs ändstoppkuddsystemet. I hård sjö stoppar detta system försiktigt bojens uppåtgående rörelse. Mikael Sidenmark förklarar fördelarna med detta: "Under starka vågförhållanden hålls bojen nedsänkt genom toppen av stora vågor och återgår för att producera kraft så snart bojen dyker upp igen. Den stängs aldrig av i överlevnadsläge, till skillnad från många andra WEC-enheter, där energiproduktionen avbryts under långa perioder.”

Val av drivning: kuggstång, vinsch eller kulskruv?

Val av drivsystem i kraftuttaget för att tillhandahålla dessa funktioner ställde också krav på stor noggrannhet, eftersom systemet ständigt arbetar under ogynnsamma miljöförhållanden (förseglat under vatten och måste lyftas från vattnet för underhåll. Mikael Sidenmark säger: "Från början använde vi vinschdrivenheter i vårt system, och senare kuggstångsdrivningar. Vi har dock funnit att kraftiga kulskruvar ger en överlägsen kombination av kraftkapacitet, hög hastighet, lång slaglängd, hög effektivitet och ett högt omvandlingsförhållande från linjär till roterande rörelse, med relativt låg kostnad.”

Den långa livslängden för de kraftiga kulskruvarna från NSK:s HTF-serie (bild 5) var en starkt bidragande orsak till att NSK valdes som leverantör och utvecklingspartner.

Kraftuttagsmodulen, som inrymmer dess kärnkomponenter - kulskruvar, hydraulcylindrar och generator - i ett förseglat och luftkonditionerat skrov (orange), installeras under havsytan.

Foto: Ocean Harvesting

Mikael Sidenmark förklarar: "Kulskruvarna förväntas utföra 100 miljoner belastningscykler på 20 år - det är mycket krävande. En annan anledning till att samarbeta med NSK är den goda supportnivån som fi nns.”

För krävande tillämpningar med hög belastning

Utvecklingen av kraftiga kulskruvar i HTF-serien var ursprungligen för att tjäna tunga verktygsmaskiner, såsom pressar och andra formningsmaskiner, såväl som formsprutningsmaskiner med elektrisk snarare än hydraulisk drivning. Tack vare deras förmåga att klara mycket höga belastningar samtidigt som de uppnår exceptionellt lång livslängd, är HTF-seriens kulskruvar även lämpliga för andra tillämpningar, såsom dämpningselement i innovativa system som hjälper till att skydda höghus vid jordbävningar.

Från skalenlig modell till 1:1 prototyp

Ocean Harvesting kör för närvarande tester med en prototyp av Infi nityWEC i skala 1:10, och planerar för försök till havs med en prototyp i skala 1:3 som ska äga rum 2023. Efter detta kommer det att fi nnas en första fullskalig "vågenergiomvandlare" för att bevisa systemets bärkraft. Under tiden kommer NSK också att sysselsätta sig med utvecklingsarbete samt designa och tillverka en kraftig HTF-kulskruv i den storlek som Ocean Harvesting behöver.

Grundarna av Ocean Harvesting har redan hittat samarbetspartners för de första WECtillämpningarna. Till exempel utvärderar ett olje- och gasbolag möjligheten att förse sina olje- och gasplattformar med el med hjälp av vågenergiomvandlare från Ocean Harvesting. Vågenergi kan användas över hela världen och anses vara den största outnyttjade källan till förnybar energi.

www.nsk.com