Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Den børsteløse magnetiseringsmaskinen gir mindre slitasje og mer effektiv energiproduksjon uten tap av energi underveis, ifølge Jonas Kristiansen Nøland. (Bilde: Jonas Kristiansen Nøland)

Børsteløse generatorer i vannkraft

Slitte børster i kraftverk sprer kullstøv som kan føre til børstebrann. Denne børsteløse maskinen kan eliminere problemet

Slik kan norsk energiproduksjon bli mer effektiv og konkurransedyktig.

  • Forskning

Det er ikke bare i bilvaskehallen valget står mellom børsteløs eller børster. Kraftprodusenter og nettoperatører står overfor det samme dilemmaet, og svaret har så langt vært børster. 

Forskningen til Jonas Kristiansen Nøland kan snu opp ned på det.

– Mindre slitasje og mer effektiv energiproduksjon uten tap av energi underveis, sier Kristiansen Nøland.  

Han hevder en overgang fra børster til børsteløs, vil gjøre norsk energiproduksjon mer konkurransedyktig i forhold til nabolandene våre.

Børsteløs blender

De elektriske husholdningsapparatene du har hjemme, har børsteløse motorer. Det er altså greit med små apparater.

Testriggen.
Testriggen. Foto: Jonas Kristiansen Nøland

Utfordringen er at det ikke er tillatt med børsteløse generatorer for kraftverk med størrelse over 25 megavolt-ampere. Den norske nettoperatøren Statnett står for denne reguleringen. 

I Norge er vi som kjent gode på vannkraft, og vi produserer mye av det. De store vannkraft-generatorene magnetiseres ved hjelp av høy likestrøm. Denne likestrømmen sendes inn til de roterende generatorpolene ved hjelp av kullbørster.

I likhet med børstene i bilvaskehallen, blir også disse børstene slitt. Statkraft i Norge har de siste tiårene hatt betydelige utfordringer med børsteslitasje i enkelte vannkraftanlegg. 

– Det har medført kostnader i form av vedlikehold og tapt energiproduksjon, sier Jonas Kristiansen Nøland.

Løser nettoperatørenes problem

Her ser du innsiden av den trådløst styrte, roterende kraftelektronikkboksen.
Her ser du innsiden av den trådløst styrte, roterende kraftelektronikkboksen. Foto: Jonas Kristiansen Nøland
Testriggen for den børsteløse magnetiseringsmaskinen. Den roterende kraftelektronikkboksen ble montert på toppen av riggen.
Testriggen for den børsteløse magnetiseringsmaskinen. Den roterende kraftelektronikkboksen ble montert på toppen av riggen. Foto: Jonas Kristiansen Nøland

Det finnes en interessekonflikt mellom nettoperatørene og kraftverkseierne.

Kraftverkseierne ønsker børsteløs magnetisering, for å redusere kraftverkets vedlikehold og nedetid. De vil gjerne kutte kostnaden til den produserte energien.

På den andre siden ønsker nettoperatørene generatorer med børster. De begrunner det med at de konvensjonelle børstløse generatorene ikke er så raske til å regulere spenning, og at de bidrar til å gjøre kraftnettet mindre stabilt.

– Jeg har forsket på en forbedret versjon av det børsteløse systemet, som har vist seg å løse noen av nettoperatørene sine bekymringer. Det viser seg at den nye teknologien er like god som den konvensjonelle. I tillegg viser det seg at systemet vi har testet, gjør at generatoren lettere kan håndtere midlertidige kortslutninger uten at den må kobles fra nettet, forteller Jonas Kristiansen Nøland.

Slik funksjonalitet har fått økt oppmerksomhet de siste årene blant de europeiske nettoperatørene, og er også tatt med i retningslinjer fra EU. En grunn til det, er økt sårbarhet som resultat av at vi sender mer uregulerbar fornybar energi inn i strømnettet.

Dette gjør kraftsystemet mer komplisert og mindre forutsigbart å håndtere, fordi tilgangen på energi vil kunne variere fra disse kildene, som for eksempel sol, vind og bølger. En grunn til det er økt sårbarhet, som resultat av at vi sender mer fornybar energi inn i strømnettet. 

Slik fungerer det

Den nye børsteløse teknologien som Jonas Kristiansen Nøland har funnet frem til innebærer at likestrømmen genereres på generator-akselen, uten å måtte overføres gjennom børster. 

– Styringen av den genererte likestrømmen gjøres ved hjelp av kraftelektroniske komponenter, som er installert på den roterende akslingen, forteller han. 

På to kraftverk i Sverige og Island har det vært brukt Bluetooth-kommunikasjon for styring av de roterende komponentene på akslingen. 

– Dette er en teknologi som vi har testet, og den har gitt gode erfaringer. Flere nye børsteløse prosjekter er planlagt i nabolandene våre. Teknologien opplever også økt interesse gjennom mulige kommersielle prosjekter i USA, sier Kristiansen Nøland.


Håper på modernisering

Den tekniske utviklingen har nok gått litt raskere enn endringene i den norske nettstandarden.

Kristiansen Nøland håper funnene i den ferske doktorgradsavhandlingen vil føre til modernisering, og at Statnett endrer sine krav til store kraftverk med generatorer over 25 megavolt-ampere installert effekt.

– Norden har et av de sterkeste vannkraftmiljøene i verden. Skal vi utnytte dette maksimalt og nå opp internasjonalt, må vi samarbeide. Det har imidlertid vært laber aktivitet på forskning innen vannkraft i Norge de siste tiårene. Samtidig har Sverige posisjonert seg sterkt innen vannkraftforskning, sier han.

– Partnerskapet med Uppsala Universitet og Svenskt Vattenkraft Centrum (SVC) har vært en viktig suksessfaktor for dette prosjektet. Nå virker det som om ting for alvor begynner å skje innen forskning i Norge også, med FME HydroCen, som for øvrig HSN er med i som forskningspartner, avslutter Kristiansen Nøland.

Dette sier Statkraft

Jan Petter Haugli, Vice President Electro & Mechanical Disciplines, Power Generation:

– Statkraft ønsker gjennom dette prosjektet å finne hvor de tekniske grensene går for trådløst styrt børsteløs magnetisering. Målet er å dokumentere disse grensene slik at børsteløs magnetisering i fremtiden kan tillates på større aggregater. Det vil i så fall spare fremtidige drifts- og vedlikeholdskostnader for oss.

Den verste konsekvensen av børsteslitasje, og spredning av kullstøv, er for øvrig børstebrann, med følgeskader som kan gi lengre nedetider og produksjonstap. Bruk av børsteløs magnetisering eliminerer denne konsekvensen, påpeker Hauglie.

– Statkrafts videre mål med prosjektet er å ta stegene mot utvikling av en fullskala prototype. Akkurat hvordan det skal skje, er vi for tiden i dialog med Jonas Nøland og Uppsala Universitet om.

Kommentarer (4)

Kommentarer (4)