Nu utvecklar SKF och Minesto nästa generations tidvattendrakar

Tänk dig en drake som flyger genom vinden. När den ändrar riktning tar draken fart och genererar ökad kraft. Det är denna enkla princip som ligger till grund för Minestos innovativa tidvattendrakar som, istället för att flyga genom vinden, glider genom vattnet. Ett element som är nära inpå tusen gånger så tätt som luft och genererar en mer koncentrerad energi.

Drakens design kan liknas vid ett flygplan utvecklat för att åstadkomma minimalt motstånd. Vingarna använder hydrodynamisk kraft från havets undervattensströmmar för att föra draken framåt. Med hjälp av ett inbyggt styrsystem följer de modulära kraftverken ett åttkantigt mönster som gör att turbinerna kan röra sig genom vattnet med en hastighet som är högre än den faktiska havsströmmen. Energin som genereras matas sedan via en inbyggd generator genom en kabel som förbinder draken med havsbotten.

Drakar för storskalig energiproduktion

Minestos mindre modell Dragon 4 står redan idag i drift strax utanför staden Vestmanna på Färöarna. I den närliggande viken Hestfjord utvecklas världens första kraftpark för tidvattendrakar. När parken står klar ska dess kapacitet motsvara 30 MW och den årliga produktionen 84 GWh.

Parallellt med projekten på Färöarna utvecklas nästa generations tidvattendrakar i Göteborg. Draken som är avsedd för storskalig energiproduktion har ett vingspann på 12 meter, en torrvikt på 28 ton och en produktionskapacitet motsvarande 1.2 MW. Tidigt i utvecklingsfasen kopplade Niklas Lagesson, senior design engineer på Minesto, in SKF för att designa lager- och tätningslösningar till drakarnas roder.

– Som designer vill jag ha kontroll över alla parametrar och känna mig säker i att vår grundläggande design är rätt redan från början. Därför var det naturligt att ta in SKF som har en hel del erfarenhet när det kommer till lager- och tätningslösningar, säger Niklas Lagesson.

Rätt idé från start

För Yvonne Rydberg, application engineer på SKF, var samarbetet ett välkommet initiativ. Hon stöttade Niklas Lagesson i designprocessen för att hitta rätt tekniska lösningar.

– Minesto hade rätt idé redan från start, de undersökte tid och resurser i ett tidigt stadie för att optimera lagerlösningen. Det har inneburit större frihet i att designa en kostnadseffektiv lösning med rätt prestanda. Det sparar både tid och pengar för kunden från design till färdig kommersiell produkt, säger Yvonne Rydberg.

Minestos drakar kan hantera tidvatten och havsströmmar med låg hastighet. När roderna färdas i långsamma rörelser fram och tillbaka blir det svårt att bygga upp en hinna av smörjmedel. Utöver arbetet med att designa effektiva lager har SKF därför också föreslagit användning av ett speciellt smörjmedel i drakarnas lagerlösningar.

– Med den här lösningen har vi nyttjat erfarenheter från vindkraftsindustrin och så kallade pitch-lager. Det är lager som kopplar samman rotor-huben med rotorbladet, vilka har liknande rörelsemönster under drift, säger Yvonne Rydberg.

Ytterligare en nyckelkomponent är tätningar tillverkade i S-Ecopur®, ett material utvecklat av SKF. Det unika materialet och tätningarnas självsmörjande mekanismer är båda ideala när det kommer till tillämpning i marin miljö.

– Tätningarna är av avgörande betydelse för att motverka att vatten tar sig in i maskinen, och de måste klara av den svåra utmaningen att följa axeln i alla positioner när de roterar med en låg friktionsgrad, säger Anders Jönsson.

Onlineverktyg optimerade designprocessen

Under arbetet med Dragon 12 använde sig Niklas Lagesson och hans kollegor av SKFs Simpro Quick, ett onlineverktyg utvecklat för att tillgodose behov som uppstår under designprocessen. Verktyget möjliggör utvärdering av design och kan användas för att testa prestandan hos olika lagersystem. Tillsammans bidrar de optimerande funktionerna till att underlätta och accelerera designprocessen. Genom verktyget fick Lagesson dessutom tillgång till SKFs nätverk av ingenjörsexpertis.

– Designers fattar ofta beslut på egen hand, så att ha tillgång till ett större nätverk av kompetens är underbart. I slutet av dagen skapar summan av alla ingenjörers insatser den bästa lösningen, säger Niklas Lagesson.

En stark kommersiell produkt

I drift utsätts tidvattendrakarna för stora påfrestningar. Främst till följd av det åttkantiga mönstret som innebär att draken färdas i en hastighet på upp till 20 knop på 40 meters djup. Mönstrets vändningar är hastiga och drakarna har designats för att hantera krafter motsvarande 3.5 G i de svängande rörelserna. Kritiska maskinkomponenter ska utrustas med SKFs sensorer och fjärrövervakning för att möjliggöra analys och övervakning av data under drift.

Även Dragon 12-drakarna ska installeras och sättas i drift på Färöarna. Nu arbetar SKF med att undersöka både lager och smörjmedel i samband med projektet i Göteborg för att utvärdera huruvida komponenterna behöver justeras innan tidvattendrakarna kommersialiseras.

– Vi skapar stort värde för oss alla genom samarbetet. Vi samlar på oss kunskap och optimerar prestandan för en stark kommersiell produkt, säger Yvonne Rydberg.

Nyfiken på mer om SKFs satsningar på innovation och teknikutveckling?