Effektivare vattenkraft med magnetkraft

Ny Teknik har tidigare berättat om det nya magnetlagret som har utvecklats av forskare vid Uppsala universitet. Under vintern 2017/2018 har lagret testats vid Porjus vattenkraftstation. Det är första gången som ett magnetiskt bärlager har installerats i ett svenskt vattenkraftverk.

Magnetiska bärlager i sig är inget nytt. Uppfinningen har drygt 60 år på nacken. Tekniken utnyttjar magnetkraft för att hålla rörliga delar på plats nästan utan någon friktion alls.

Uppsalaforskarnas magnetlager är en jättepjäs på ungefär tio ton. Det är dimensionerat för att kunna lyfta ett vattenkraftsaggregat på 150 ton några millimeter.

Det är dessutom utrustat med programvara som automatiskt justerar strömmen till spolen som skapar magnetfältet. På så sätt kan magnetfältets kraft snabbt anpassas till den omväxlande lasten från vattenflödet till turbinen, så att aggregatet hålls i rätt läge utan att röra sig uppåt eller neråt.

Aggregatet i Porjus har även ett mekaniskt bärlager, som magnetlagret har avlastat genom att ta mer och mer last. Men magnetlagret kan inte avlasta det mekaniska lagret helt.

- Nej, vi måste ha kvar lite last på det mekaniska lagret. Det ger viss styvhet som vårt lager är beroende av, säger Urban Lundin.

Med minskad friktion minskar också energiförlusterna. Uppsalaforskarna hoppades därför att den elektriska uteffekten från aggregatet skulle kunna öka med ungefär 75 kW. Men vinterns tester visar ännu bättre resultat. Ungefär 90 kW har lagret gett i ökad uteffekt. Det motsvarar en energivinst på 0,9 procent av aggregatets totala installerade effekt.

Målet var också att bygga världens mest effektiva vattenkraftaggregat. Och nu tror forskarna att de har slagit världsrekord i verkningsgrad. Fast bara rent inofficiellt. Mätt från magnetlagret till elnätet har verkningsgraden ökat från 98 till 98,8 procent.

Under testkörningen har magnetlagret i stort betett sig som forskarna förväntade sig. En överraskning dök upp i form av temperaturförändringar i aggregatets axel. När aggregatet var i gång längre perioder genererades värme som fick axeln att förlänga sig, vilket magnetlagret måste kompensera för.

- Temperaturförändringen var större än vad vi trodde. Så vi fick korrigera programvaran så att lagret anpassar sig efter temperaturen, säger Urban Lundin.

I takt med den ökade användningen av förnybara energikällor blir det viktigare att befintliga produktionsanläggningar kan balansera de nya anläggningarnas ojämna produktion. Då kommer vattenkraftsaggregat att behöva startas och stoppas oftare. En förhoppning med magnetlagret är det ska minska slitaget på aggregaten vid upprepade start och stopp. Det fungerade utmärkt vid Porjus, tycker Urban Lundin:

- Under uppstartsfasen höll magnetlagret aggregatet i position helt perfekt. Det är en stor fördel för det mekaniska lagret eftersom det minskar slitaget.

Urban Lundin: "Magnetlagret drev så mycket det kunde"

Under testfasen har magnetlagret även drabbats av strömavbrott. Det var ett helt oavsiktligt test som uppstod en blåsig dag när den inkommande elmatningen bröts.

När strömmen försvinner från spolen försvinner även magnetkraften. Forskarna har försett magnetlagret med en dämpning så att det ska landa lagom mjukt.

- Magnetlagret drev så mycket det kunde, sedan avtog kraften så att det mjuklandade på det mekaniska lagret. Det fungerade helt som vi hade hoppats på, säger Urban Lundin.

För kraftstationsägaren Vattenfalls del är målet med pilotprojektet att undvika haverier i bärlager och på så sätt öka tillförlitligheten i vattenkraften. Det är en långsiktig förhoppning som ännu inte har fått sitt svar.

Men nu ska magnetlagret sitta kvar på obestämd tid och användas vidare. Aggregatet används främst för forskning och utveckling, men ett par veckor per år brukar kraftstationen använda det för elproduktion.

Företaget Forsnetics har avknoppats från Uppsalaforskningen med affärsidé att designa och sälja magnetlager till vattenkraftverk. Just nu ligger bolaget vilande i avvaktan på Vattenfalls utvärdering av magnetlagret.

- Ska man vinna mycket energi med magnetlagren ska man ha högre i älvarna, så Norge och Alperna är egentligen en mer intressant marknad. Men för att något företag ska slå till vill de se mycket mer drifttimmar, säger Urban Lundin.