Utvikler lettere vindkraftgenerator

  • energi

Utgangspunktet for EBL-prosjektet er en permanentmagnetmotor som er utviklet av SmartMotor i Trondheim i samarbeid med NTNU. Motoren er blant annet brukt i nye sidepropeller (trustere) fra Rolls Royce i Ulsteinvik.



Prosjekt i tre år

Prosjektet skal gå over tre år og har et budsjett på 20,5 mill. kroner.

Av dette har Forskningsrådet bevilget sju millioner kroner gjennom Renergi-programmet. SkatteFunn-midlene er 2,4 millioner kroner, mens resten dekkes av en brukegruppe bestående av EBL Kompetanse, energiselskapene Statkraft, Lyse Produksjon, Shell Technology Norway og NVE.

– Det er fint at vi nå får en utvikling på elektriske maskiner etter at det har vært stille i mange år, sier prosjektansvarlig Thomas Wiborg i EBL Kompetanse AS. Energibedriftene har sammen med leverandørindustrien etablert en teknologisk møteplass som også støttes av Forskningsrådet.

Målet er å få til felles prosjekter for kraftbransjen og leverandørindustrien. Dette vil kunne skape flere arbeidsplasser og ny vekst. Wiborg tror også at et slikt prosjekt vil stimulere rekruttering til bransjen. – Prosjektet representerer spreke utfordringer som kanskje kan friste studenter, sier han.



Stadig høyere effekt

Fra 1980 og fram til i dag har effekten på vindturbiner beveget seg fra 30 kW til 5 MW. De fleste løsninger er basert på bruk av gir mellom rotor og generator. Historisk sett har giret vært kilde til betydelige vedlikeholdskostnader og utetid. Man frykter at økende turbinstørrelse kan gi hyppigere girproblemer. I dagens girløse vindturbiner representerer generatoren en betydelig vekt. Dessuten kan det bety lange vedlikeholdsperioder og kostnader hvis det oppstår feil på generatoren.

– Det nye konseptet går ut på å lage en modulær oppbygning av generatoren som gjør det mulig å skifte ut deler på stedet. Vektreduksjonen kommer fra bruk av nye materialer og nytt design, forklarer Svein Hestevik, en av gründerne som var med på å starte SmartMotor.

– Teoretiske beregninger viser at det er mulig å oppnå 40 prosent vektreduksjon og samtidig øke virkningsgraden, sier Hestevik. Lavere vekt kan oppnås ved å bygge generatorer med høyere momenttetthet. Topologien for maskinen skal optimeres. Han tror at det skal være mulig å lage maskiner med en virkningsgrad på opp mot 98 prosent.



Magnetiseringsretning

Andre ting som skal vurderes er blant annet valg av magnetiseringsretning, aksial eller radial, valg av antall luftgap, oppbygning av indre og ytre rotor. Viktig er også elektrisk frekvens og poltall for å få saktegående maskiner. Dermed kan den elektriske frekvensen holdes på et gunstig nivå selv ved lavt turtall som en direktedrevet vindturbin opererer på. Vekselstrømmen fra generatoren blir likerettet og så omformet til nettfrekvensen.

En viktig del av prosjektet er å optimalisere omformeren for å få best mulig integrering av vindkraft mot nettet. Denne delen av prosjektet gjøres i nært samarbeid med Aker Kværner Power and Automation Systems AS.

I et delprosjekt skal det utvikles robuste og fleksible analyseverktøy for hvordan vindparker med generatorer med permanentmagneter kan integreres optimalt i kraftnettet.



Nedskalert

Prosjektet tar utgangspunkt i en 3 MW generator som skaleres ned til 50 kW og som skal brukes til å verifisere konseptet med aksielt magnetisert, jernløs generator.

Testingen av prototypene skal gjøres i NTNUs nye vindkraftlaboratorium. – De nedskalerte generatorene blir laget slik at resultatene fra testene kan overføres til kommersielle generatorer med effekt på 3 til 5 MW, sier Hestevik.

Selv om prinsippene er kjente, må mange utfordringer likevel løses underveis. – Vi må ta i bruk en del nye materialer og få inn nye kjøletekniske løsninger. Skal vi ned i vekt, må vi kvitte oss med mye jern. Selv om de materialene vi skal bruke er kjente, blir det mye forskningsarbeid når vi skal skalere opp, hevder han.