AKTUELL FORSKNING | 22 dec 2021

”Vågkraftens potential är enorm”

Anna E Frost vid Uppsala universitet undersöker i sin avhandling hur linjärgeneratorer för vågkraft kan förbättras.

TEXT: MIKAEL BERGLING

För att klimatförändringarna ska bromsas krävs det bland annat att utsläppen av växthusgaser från energisektorn minskar. För att det ska bli möjligt behöver användningen av fossila bränslen gå ned dramatiskt – helst avvecklas – samtidigt som nyttjandet av förnyelsebara energikällor ökar.

Under senare år har framfört allt satsningar på sol- och vindkraft stått i fokus. Betydligt svalare har intresset för vågkraft varit.

– Samtidigt är vågkraftens potential som energikälla enorm. Det går att få ut mycket el från havsvågor, havsströmmar och tidvatten. Ett av de största hindren för en omfattande utbyggnad av vågkraft är kostnaden jämfört med exempelvis solceller och vindkraftverk, säger Anna E Frost.

– Men till skillnad mot exempelvis solceller producerar vågkraftverken el även under nätter och är mer förutsägbara i sin produktion. Kanske kommer man framöver ekonomiskt värdera en stabil och jämn leverans högre än idag.

Ett par år efter sin civilingenjörsexamen i teknisk matematik vid Chalmers tekniska högskola såg Anna E Frost i Platsbanken att Uppsala universitet sökte två doktorander inom teknisk fysik till ett projekt kring linjärgeneratorer för vågkraft.

– Jag tyckte att det lät spännande, sökte och fick en av tjänsterna. Vågkraftsteknik omvandlar energi från havets vågor till el på framför allt två sätt: antingen utnyttjas kraften i ytvågorna eller i vågorna på botten.

Anna E Frost. Foto: Privat

Även om roterande generatorer är dominerande på marknaden och nyttjas bland annat i vatten- och vindkraftverk använder en del vågkraftskoncept sig av linjärgeneratorer för att omvandla den mekaniska energin i havsvågor till elektrisk energi.

– Fördelen med linjärgeneratorer är att de kan nyttja havsvågornas rörelser väldigt bra. Om du använder roterande generatorer i ett vågkraftverk behöver du ha någon form av växellåda eller annan mekanik som för över kraften till generatorn.

– Med en linjärgenerator kan du nyttja vågrörelserna eller guppandet direkt. Den rörliga delen av generatorn går upp och ned eller fram och tillbaka beroende på vilket sätt du har valt.

Varför är det viktigt?

– Om man placerar utrustning ute till havs, kanske på 20 eller 25 meters djup, vilket kan vara fallet för vågkraftverk, vill man ha så få rörliga delar som möjligt som behöver underhållas och som kan gå sönder. Att slippa exempelvis växellådor kan vara en stor del i det sammanhanget.

En linjärgenerator består, skriver Anna E Frost i sin avhandling, av en translator, som rör sig och har magneter med alternerande polaritet, samt en stator som består av elektriska ledare omgivna av stål. Mellan translatorn och statorn finns ett luftgap som vanligtvis är några millimeter brett. I studien undersöks krafterna och effektflödet i det luftgapet.

– Jag har bland annat tagit fram fyra nya ekvationer för hur energi flödar i luftgapet. Tanken med ekvationerna är att man med hjälp av dem bättre ska förstå hur generatorn ska designas för att den ska fungera så effektivt som möjligt.

Även om hennes studier har fokuserat på synkrongeneratorer med permanentmagneter för vågkraft tror Anna E Frost att resultaten kan tillämpas även på andra typer av linjärgeneratorer.

En del av forskningsprojektet har varit att undersöka vad somkan tänkas inträffa vid mer extrema väderförhållanden.

– En slutsats är att jämfört med vad som antagits tidigare blir det inte bli lika höga strömmar vid större vågor. Däremot utsätts de fjädrar som finns i vågkraftverket för större krafter, vilket spelar roll för designen. Bland annat behövs det kraftigare fjädrar.

Anna E Frost berättar att mycket av hennes forskning har varit teoretisk.

– Men tillsammans med några andra doktorander har jag mer experimentellt undersökt hur linjärgeneratorer fungerar. Vi har också gjort ganska många simuleringar.

Västkusten är det område i Sverige som har den största vågkraftspotentialen.

– Jag har kolleger som har studerat förutsättningarna i Östersjön, där vågorna är mindre och inte ger lika mycket el. De har kommit fram till att det finns positiva bieffekter av att placera vågkraftverk där. Det har bland annat visat sig att vågkraftverken kan bidra till attmotverka havsbottendöden. Många havslevande djur bygger bon på dem.