​Storskaligt demoprojekt av magnetlager visar effektiviseringspotential i vattenkraft

Under vintern 2018 har forskare vid Uppsala universitet i samarbete med Vattenfall och med finansiering från Energimyndigheten testat ett unikt magnetlager vid Porjus kraftverk. Målet är att bygga världens mest effektiva vattenkraftgenerator.

Den ökade användningen av förnybara energikällor ställer större krav på befintliga produktionsanläggningars förmåga att balansera en ofta ojämn produktion. För att göra det måste man idag allt oftare starta och stoppa aggregaten, vilket ökar slitaget. För att komma undan det pågår dels ett arbete med att anpassa vattenkraften till den ökade användningen, och dels ett utvecklingsarbete för att minska miljöpåverkan. Projektet i Porjus är ett led i den utvecklingen.

Utvecklingen av magnetlagret har skett vid Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet, och projektet att testa det i full skala är ett samarbete med Vattenfall och startupföretaget Forsnetics, med finansiering av Energimyndigheten. Magnetlagret är utvecklat för så kallade vertikala vattenkraftsanläggningar. Målet med det nya lagret är högre energieffektivitet och driftsäkerhet, minskade vibrationer, förenklat underhåll och oljefria stationer.

- Magnetlagret har flera viktiga fördelar som kan göra vattenkraften ännu billigare, säkrare och renare. Målet är att sätta världsrekord i verkningsgrad. Anläggningen blir också ovärderlig som demonstrationsprojekt och experimentobjekt för framtida studier, säger Urban Lundin, ansvarig forskare vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.

Ett vattenkraftaggregat kan väga tusentals ton och måste balanseras av olika lagerkomponenter. I de flesta fall används mekaniska glidlager med en tunn oljefilm under högt tryck för att positionera rotorn vertikalt. Detta bärlager utsätts för högt tryck och genererar påtagliga förluster.

- Tanken är att vårt magnetlager ska minska trycket i befintliga bärlager till nära noll och därmed öka driftsäkerheten och reducera friktionsförlusterna, säger Urban Lundin.

Forskarna uppskattar energivinsten till upp emot en halv procent av total installerad effekt, vilket innebär 500kW energivinst på ett 100 MW-aggregat. Men den stora vinsten väntas vara att antalet kostsamma driftstopp kommer att minska.

- Vi är glada att projektet har gett så goda resultat. Det här är ett bra exempel på hur svensk forskning och innovation kan bidra till att anpassa vattenkraften till ett framtida energisystem som kräver mer flexibelt körsätt. Samtidigt bidrar projektet till minskad miljöpåverkan från vattenkraften genom att möjliggöra användandet av mer miljövänliga smörjmedel, säger Sara Bargi, chef för enheten Hållbar el på Energimyndighetens avdelning för forskning och innovation.

- Vi ser mycket positivt på möjligheterna med den nya tekniken. I en mogen bransch som vattenkraft är det extra spännande med stora tekniksprång och att de kommer via långsiktigt arbete i Sverige. Värdet av vår demonstrationsanläggning, som drivs inom Stiftelsen Porjus Vattenkraftcentrum, är också uppenbart i den här utvecklingsfasen, konstaterar Fredrik Engström, finanschef med ansvar för FoU-frågor inom Vattenfall Vattenkraft.

Testerna kommer att fortsätta i Porjus och nu hoppas man få många drifttimmar och se att komponenterna håller under tid. Förhoppningen är också att fortsätta samarbetet med branschen och kanske göra fler installationer med större kapacitet.

För mer information

Urban Lundin, professor vid institutionen för teknikvetenskaper, Uppsala universitet, tel: 018-471 58 24, e-post: urban.lundin@angstrom.uu.se

Om Porjus vattenkraftstation: http://norrbottensmuseum.se/kulturmiljoe/bebyggelse/kulturhistoriskt-intressanta-byggnader/jokkmokks-kommun/porjus-vattenkraftstation.aspx

FAKTA

Magnetlagret verkar kontaktlöst på axeln med en kraft i motsatt riktning mot tyngdkraften.
Det leder till:
- Kraftig minskning av förlusterna i befintliga mekaniska bärlager.
- En styrbar vertikal avlastingskraft med programmerad dämning reducerar slitage vid start och stopp.
- Reducerat tryck och programmerbar dämpning möjliggör byte från högviskösa oljor som smörjmedel till lågviskösa miljövänliga vätskor som exempelvis vatten.