CFE - Centrum för förnybar energiomvandling

Grundtankarna är att anpassa energiomvandlingen till naturens förutsättningar genom att utnyttja de möjligheter som ges av kabellindad generator, numera kommersiellt tillgängliga starka permanentmagnetiska material, framsteg inom mjukmagnetiska material, samt förbättringar inom kraftelektronik som med relativt små förluster klarar hög effekttäthet.

Möjligheter till ny förnybar elkraft med god utnyttjandetid (drifttimmar per år), jämförbar med vattenkraften, finns i nuläget inom våg och undervattenskraft. Båda dessa områden har på senaste tiden erhållit allt större internationellt intresse p.g.a. deras potential att bidra med miljövänlig el. De utmaningar man idag jobbar med är att på ett kostnadseffektivt sätt kunna utnyttja energin, samtidigt som man behöver kunna hantera de stora krafterna och den svårtillgängliga miljön som finns till havs.

Det övergripande och långsiktiga målet för verksamheten inom CFE är att konsolidera och vidareutveckla den kompetens och resurs som etablerats inom elektromagnetisk omvandling med tillämpningar inom förnybar elproduktionsteknik.

Det ska inom CFE ske genom att fortsatt utveckla teorier och analytiska metoder för elektromagnetisk omvandling samt att med denna teoretiska grund utveckla tekniskt och ekonomiskt konkurrenskraftig teknik för förnybar elproduktion ur lågfrekventa rörelser i vågor, vind samt strömmande vatten. Verksamheten ska på sikt resultera i:

• en teoretisk grund, analytisk teori och beräkningsmetoder för omvandlare/generatorer utvecklade ur Maxwells ekvationer för den elektriska omvandlingen, och ur de grundläggande strömningsteorierna för energiutvinning ur vågor, vind och strömmande vatten
• beräkningsmodeller för simulering av de totala systemen för elproduktion ur vågor, vind och strömmande vatten – från en beskrivning av det strömmande mediet via omvandling till el i mekanik, generator och elsystem fram till elleverans till nätet
• ekologiskt hållbara tekniklösningar som tillgodoser miljökrav och bidrar till att uppfylla de svenska miljömålen
• verifiering, utvärdering och demonstration av idéer och teknik i prov av modeller och prototyper i laboratoriemiljö och i naturliga omgivningar i de olika separat finansierade experimentanläggningarna
• en belysning av systemaspekter relaterade till utveckling, exploatering och införande av tillämpningarna med bedömning av teknisk och ekonomisk potential, acceptans och miljökonsekvenser
• ett underlag som kan lägga grunden för en kommersiell exploatering av utvecklad teknik inom svensk industri

Inom den grundläggande teoretiska forskningen är syftet att ta fram beräkningsmodeller för olika fenomen som vi stöter på i den kinetiska energiomvandlingen. Hittills har arbetet främst kretsat kring modeller för fluiddynamiska beräkningar för strömning kring bladen i vertikalaxlade vindturbiner. Resultaten tillämpas senare för att utgöra en bas i designen av turbiner för experimentella tester. Andra områden som täcks av den grundläggande forskningen är beräkningsmetoder för elektromagnetiska fält och krafter.

Vindkraften ingick i både CFE I och II och vindkraftsforskning pågår fortfarande på avdelningen, dock utanför CFE.

Forskningen inom vindkraft fokuserar på att kombinera vertikalaxlade turbiner med ny generatorteknik för att ge vindkraftverk som är både billigare att tillverka, men också som har högre driftsäkerhet och därmed lägre servicekostnader.

Inom CFE konstruerades ett 12 kW vertikalt vindkraftverk i Marsta utanför Uppsala, och detta vindkraftverk används fortfarande för många av de experimentella studier som genomförs inom vindkraftsforskningen. I samarbete med Vertical Wind AB konstruerades även ett 200 kW vindkraftverk utanför Falkenberg och även detta används för experimentella studier inom vindkraftsforskningen.

Gruppen som arbetar med vågkraft är för närvarande den största inom CFE då arbetet inom detta område kommit längst. Tekniken som används baseras på en boj som ligger på havets yta och följer vågornas rörelser. Till bojen är en lina kopplad, som drar en translator (pistong) upp och ner. På pistongen finns permanentmagneter monterade och när dessa rör sig induceras en spänning i statorn som är placerad utanför pistongen. Statorn står fast på sjöbotten med ett fundament. För att förbättra pistongens rörelse är den kopplad till en dragfjäder som fästs vid fundamentet.

En generatorprototyp byggdes 2004 i labbet på Ångströmlaboratoriet i Uppsala, och ett fullskaligt aggregat med boj och generator sjösattes i mars 2006 utanför Lysekil på västkusten.

Marin strömkraft är ett område som går ut på att ta ut energi från strömmande vatten, t.ex. tidvatten, havsströmmar och älvar. I likhet med vindkraftsforskningen, så bygger denna forskning på att man använder sig av vertikalaxlade turbiner.

Forskningen inom marin strömkraft inom CFE är uppdelad i tre områden. Ett område är experimentella studier och inom detta område har ett undervattenskraftverk konstruerats inom CFE och sjösatts i Dalälven under våren 2013. Det experimentella arbetet går idag ut på att karaktärisera denna turbin för att validera beräkningsmodeller.

Det andra området handlar om utvecklandet av teoretiska beräkningsmodeller för att kunna förutspå vattnets krafter på turbinen, vilket både påverkar den energi man kan ta ut, men också är mycket viktigt för kraftverkets överlevnad.

Det tredje området är att undersöka hur stor resurs av strömmande vatten som finns tillgänglig och var man kan placera dessa kraftverk. Detta arbete sker både genom simuleringar av flöden, samt av mätningar av vattenhastigheter på intressanta platser.