Bølgeenergi har i mange år været vindenergiens klodsede kusine.
Hvor det med stor succes er lykkedes blandt andre danske Vestas at konstruere vindmøller, der effektivt omdanner vindens energi til energi, som vi kan bruge til at opvarme vores huse, oplade vores mobiler og oplyse vores stuer, er bølgeenergiens store potentiale stadig uindfriet.
»Der findes ingen kommercielle anlæg, der for alvor er rentable. Anlæggene er for dårlige til at opsamle energien. Men fordelen ved bølgeenergi er, at selvom det ikke blæser, er der stadig bølger. Derfor er det værd at kigge på, selvom det er svært,« fortæller Rasmus Holm, nyuddannet civilingeniør fra Aalborg Universitet.
»Jeg har læst, at kunne man lave effektive bølgeanlæg og sætte dem op ved vestkysten, kunne vi erstatte 15 procent af det danske energiforbrug. Og Vestkysten ligger endda i læ af England,« supplerer Nick Ilsø Berg, også civilingeniør.
De to er en del af en gruppe på tre nyuddannede ingeniører, der som kandidatprojekt har bygget en magnetskrue, der på længere sigt kan hjælpe bølgeenergien med at indfri sit potentiale som energikilde.
Ud over Rasmus Holm og Nick Ilsø Berg består gruppen også af Morten Walkusch. Alle tre blev belønnet med et 12-tal til deres nyligt overståede kandidateksamen.
Sådan får man bølgeenergi
At noget så simpelt som en skrue kan gøre en forskel for et så kompliceret problem som udnyttelsen af bølgers energi skyldes, at skruen er ansvarlig for at konvertere energien fra bølgernes rolige, lineære op-og-ned bevægelse til en hurtigere, roterende bevægelse.
Energien fra denne bevægelse bliver via magnetskruen ført op i en generator, hvorfra den kan tappes og bruges.
De nuværende bølgeenergi-anlæg er primært baseret på hydraulik. Med det hydrauliske system driver bølgernes op-og-ned-bevægelse et stempel frem og tilbage inde i en hydraulisk cylinder.
Det får et flow af olie under højt tryk til at løbe via nogle slanger op til en hydraulisk motor. Motoren omdanner olieflowet til en roterende bevægelse af en aksel. Til akslen er forbundet en generator, som omdanner den roterende (mekaniske) energi til elektrisk energi.
\ Fakta
En magnet er et objekt, der skaber et magnetfelt. Der findes både permanente magneter og elektromagneter. Elektromagneter er kun magnetiske, når der løber strøm igennem dem, mens permanente magneter kan produceres af forskellige materialer, bl.a. metaller og sjældne jordarter. Magnetismen i permanente magneter opstår ved, at magneten udsættes for et stærkt magnetisk felt under produktionen. Magneten ‘oplades’ så at sige med magnetisme. En udfordring for den industrielle anvendelse af permanente magneter, for eksempel til bølgeenergi, bliver problematiseret af, at kun Kina har en meget stor del af de sjældne jordarter, der bruges til at lave magneter. Derfor er magneterne blevet en hel del dyrere.
»Vores magnetskrue erstatter derfor både den hydrauliske cylinder og den hydrauliske motor, idet den lineære bevægelse bliver omdannet direkte til en roterende bevægelse,« forklarer Morten Walkusch.
Magnetisme er meget effektiv metode
»Virkningsgraden ved hydraulik, altså forholdet mellem det der kommer ind, og det der kommer ud, er i bedste fald 60-70 procent. Det betyder, at 30-40 procent af energien går tabt. Vi har haft en virkningsgrad på cirka 85 procent i indledende tests af vores prototype, men potentialet er nærmere 90-95 procent,« fortæller Morten Walkusch.
De 30-40 procent, der går tabt, skyldes primært, at det hydrauliske system opererer langt uden for dets ideelle arbejdsområde en stor del af den tid, det bliver brugt til at udvinde bølgeenergi.
»Det er sådan med bølgeenergi, at der er ekstremt stor forskel på, hvor store mængder energi, der kan udvindes af henholdsvis store og små bølger. For at kunne udvinde energi fra de store bølger, som indeholder mest energi, er det hydrauliske system nødt til at være relativt stort og kraftfuldt,« forklarer Morten Walkusch.
Men et stort og kraftfuldt hydraulisk system er ikke særlig velegnet til at udvinde energi fra mindre bølger, som det skal meget af tiden, og derfor opererer det hydrauliske system ofte under betingelser, der ikke er optimale. Og det betyder, at energi går til spilde, uddyber han.
Den eneste af sin art i verden
De tre nyuddannede kandidater er de første, der har udviklet en prototype på en magnetskrue med henblik på at bruge den til bølgeenergi.
En lignende konstruktion blev patenteret i 1942 – dengang blev den brugt til at måle vandstand, og magneterne drev selve måleskiven. Siden da er det blevet muligt at lave meget kraftigere magneter, og det har åbnet døren for at bygge magnetskruen.
»Det er helt nyt det her, og prototypen ovre i laboratoriet er den eneste af sin art i hele verden. Idéen er blevet behandlet teoretisk i få videnskabelige artikler, men så vidt vi ved, er der ikke lavet andre prototyper,« fortæller Morten Walkusch.
Ingen andre færdige prototyper
Peter Omand Rasmussen er lektor og specialist i elektriske maskiner på Institut for Energiteknik ved Aalborg Universitet, og har været vejleder for de tre nyuddannede civilingeniørers kandidatprojekt. Han bekræfter Morten Walkuschs’ udsagn.
»Vi har set en patentansøgning fra 90’erne, hvor amerikanske forskere præsenterede en miniudgave af en magnetskrue, der skulle bruges i hjertepumper. Men om den nogensinde blev bygget, ved vi ikke.«
\ Fakta
Hvis magnetskruen skal bygges i fuld skala, vil den blive ca. seks meter. Den ydre diameter af hele magnetskruen er cirka 35 cm, og magnetskruen er bygget til at kunne yde en kraft svarende til 47 tons. Og når translatoren (den del som bevæger sig frem og tilbage på magnetskruen) bevæger sig med den maksimale hastighed på 0,85 m/s (ca. 3 km/h) svarer det til, at rotoren (den del som roterer på magnetskruen) drejer rundt med ca. 1.200 omdrejninger i minuttet.
»Nogle forskere fra Sheffield i England publicerede sidste år en artikel om en teoretisk magnetskrue, og der er sikkert mange, der arbejder på at bygge dem. Men så vidt jeg ved, er der endnu ikke andre færdige prototyper end den, der er bygget her på universitetet,« siger Peter Omand.
Lovende, men langt fra kommercielt produkt
Men selvom idéen i hvert fald på prototype-stadiet ser meget lovende ud, så er der lang vej til, at de danske kyster bliver fyldt med bølgeenergianlæg, der er baseret på magnetskruer.
»En del af projektet er finansieret af firmaet Wavestar. Wavestar bruger hydraulik til at udvinde bølgernes energi i deres nuværende anlæg, men de synes, at vores projekt har nogle interessante fremtidsperspektiver. De næste mange år hedder det dog stadig hydraulik,« siger Rasmus Holm.
Det skyldes blandt andet, at det kræver mange penge og meget mere forskning, før magnetskruen er klar til at blive brugt i rigtige bølgeenergi-anlæg.
Flere penge og flere test
En model af magnetskruen i fuld størrelse er indtil videre kun testet i computermodeller med gode resultater, men der er stadig meget, der skal forbedres, hvis der skal bygges en version to og tre, fortæller Nick Ilsø Berg.
»Der skal laves mange flere test for at finde eventuelle problemer. Der skal også findes penge, og der skal laves en model i fuld skala, der kan testes i en bølgesimulator. Derefter kunne man måske sende den ud at blive testet i vand. Det er første skridt mod et kommercielt produkt. Man skal huske, at udvinding af bølgeenergi stadig er på forskningsstadiet uden at have nogle deciderede kommercielle anlæg,« uddyber han.
Den forbedrede prototype i fuld skala, som Nick Ilsø Berg beskriver, ville kunne være færdig inden for et til to år, hvis pengene kom i morgen. Men før der bliver tale om en reel løsning på bølgeenergiens problemer, er vi i hvert fald 10 til 20 år ude i fremtiden, understreger de tre.
»Vi tror på vores konstruktion, men der er stadig mange faktorer, der spiller ind. Prototypen skal optimeres og gennemgå en lang række test, samtidig med at virksomheder skal vælge at investere i den videre udvikling af teknologien,« siger Morten Walkusch.
