Vattenkraften ska effektiviseras med magnetkraft

2016-10-25 14:19 Linda Nohrstedt  

För första gången har ett magnetiskt bärlager installerats i ett svenskt vattenkraftverk. Lagret har utvecklats av Uppsalaforskare och ska testas vid Porjus kraftstation. Målet är att slå världsrekord i verkningsgrad.

Det nya magnetlagret ser mest ut som två stora stålpuckar, drygt 1,5 meter breda och väger omkring tio ton.

– Det är det största magnetlagret som någonsin har gjorts i Sverige, berättar Urban Lundin, professor i elektricitetslära vid Uppsala universitet.

Ett lager ska hålla rörliga delar i en maskin på plats. Då är det önskvärt med så lite friktion som möjligt. Med magnetisk kraft kan den friktionen nästan tas bort helt. Det utnyttjas i magnetlager, en uppfinning som har drygt 60 år på nacken. När ström leds genom en spole bildas ett magnetfält som helt enkelt lyfter delar av maskinen.

Magnetlager består av en stationär del, statorn, där magnetfältet skapas, samt en rörlig del, rotorn. Uppsalalagrets rotor sitter fast i vattenkraftsaggregatets axel och följer med i dess roterande rörelse.

Lagret är dimensionerat för att kunna lyfta 150 ton. Tack vare magnetfältet hålls hela aggregatet upplyft på några millimeters avstånd mellan stator och rotor.

Magnetlager finns installerade i ett tiotal vattenkraftverk världen över. Men enligt Urban Lundin har dessa en föråldrad teknik. De kan inte justera strömmen till spolen, och därmed magnetfältets styrka, lika snabbt som det nya Uppsalalagret.

– Om lagret inte kan parera måste man vara konservativ och låta ett mekaniskt bärlager bära en större del av lasten, säger Urban Lundin.

När vattenflödet till turbinen ändras utsätts aggregatet för varierande laster. Då gäller det att magnetfältets kraft snabbt anpassas till den nya lasten. Annars är risken att hela aggregatet rör sig uppåt eller nedåt.

Uppsalalagret är därför utrustat med sensorer som mäter avståndet mellan rotor och stator. Om mellanrummet blir för stort eller för litet regleras strömstyrkan till spolen automatiskt, så att kraften i magnetfältet justeras. På så sätt undviker man att aggregatet rör sig i höjdled.

Det nya magnetlagret har tagit ungefär fem år att utveckla. Nyligen har det monterats på Porjus vattenkraftstation i Norrbotten. Där ska det testas på ett av de mindre aggregaten som används för forskning och utveckling. Planen är att testerna ska dra i gång efter årsskiftet.

– Om det fungerar bra ser vi gärna att det får sitta kvar sedan, säger Urban Lundin.

Förhoppningen är att det nya lagret ska leda till mindre energiförluster på grund av minskad friktion. Forskarna räknar med en ökad elektrisk uteffekt på ungefär 75 kW från aggregatet.

Samtidigt hoppas forskarna att aggregatets verkningsgrad, mätt från magnetlagret och ut på elnätet, ska öka från dagens 98 procent till 98,8.

– Men Vattenfalls mål med projektet är att öka tillförlitligheten i vattenkraften, säger Johan Bladh, forskningsingenjör på Vattenfall.

Vanliga mekaniska bärlager drabbas ibland av haverier som leder till driftstopp. Dessutom kräver de olja som smörjmedel. Om magnetlager avlastar mekaniska bärlager kan oljan ersättas med vatten.

– Vattenfall har en ambition att få bort oljan från stationerna. Kan vi köra med vatten i bärlagret så har vi ersatt oljan nästan överallt, säger Johan Bladh.

En annan fördel är att magnetlagret minskar slitaget när aggregatet startas och stoppas. Det är något som behövs alltmer när vattenkraften måste balansera vind- och solkraftens ojämnare elproduktion.

– Slitaget är störst vid start och stopp. Med magnetlagret kan man undvika en del av det första slitaget, säger Urban Lundin.

Men vad händer om magnetlagret drabbas av strömavbrott? I Porjus kommer aggregatet att släppas ner på det gamla mekaniska lagret, som sitter kvar för säkerhets skull. Dessutom är magnetlagret utformat så att det ska landa mjukt vid strömavbrott.

Det var en av de springande punkterna för att Vattenfall skulle våga installera det nya lagret. Exakt hur forskarna har fått till en mjuk nödlandning vill de dock inte avslöja eftersom de har sökt patent på lösningen.

Utvecklingen av magnetlagret har skett i nära samarbete med Vattenfall.

– Vi måste se att systemet lirar med den befintliga utrustningen och att det inte kan uppstå ett felfall som leder till haveri. Magnetlagret har genomtänkta funktioner, i alla felfall som kan uppstå gör det här lagret rätt. Men det vill vi verifiera i Porjus, säger Johan Bladh.

Nackdelen med magnetlagertekniken är att den ökar komplexiteten i anläggningen.

Prislappen hamnar också på minuskontot. Ett magnetlager till ett av de större aggregaten i Porjus skulle kosta mellan 5 och 7 miljoner kronor.

 

Prenumerera på Ny Tekniks kostnadsfria nyhetsbrev!

Två aggregat används för forskning

Porjus kraftverk ligger i Stora Lule älv i Jokkmokks kommun. Den installerade kapaciteten är 465 MW, vilket gör stationen till Sveriges tredje största vattenkraftverk.

Kraftverket byggdes 1915 men moderniserades i mitten av 1970-talet. Då installerades de två 215 MW-aggregat som är i bruk i dag.

I slutet av 1990-talet specialbyggdes två 10 MW-aggregat för utbildning, forskning och utveckling i den gamla delen av kraftstationen. På ett av dessa aggregat ska det nya magnetlagret testas.

De två 10 MW-aggregaten ägs av Stiftelsen Porjus Vattenkraftcentrum och kan användas av hela vattenkraftsbranschen för utvecklingsprojekt.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Senaste inom

Debatt

SPONSRAT INNEHÅLL

ANNONS