|
|
|
Denne forskinga skal gi eit grunnlag for det teknisk-industrielle
utviklingsarbeidet som står att å gjera for at energien i
havbølgjene skal kunna bli utnytta til energiforsyning i
større målestokk.
|
|
|
|
|
Bølgjeenergien, som er ei rein og fornyeleg energikjelde, blir skapt ved omforming av ein del av vindenergien over havområda.
Vindenergien blir skapt ved omforming av ein del av solenergien.
Det blir vind fordi sola vermer opp lufta, og bølgjer fordi vinden blæs over vassflata.
|
Ved begge desse energiomformingane i naturen blir energistraumen fortetta (rekna i watt pr. kvadratmeter flate).
Rett under vassflata i havet er bølgjeenergistraumen, i tidsmiddel, typisk om lag fem gonger tettare enn vindenergistraumen 20 m over havflata, og 10 til 30 gonger tettare enn solenergistraumen.
Dette gir gode voner for at bølgjekraftverk kan bli kommersielle og, i framtida, spela ei viktig rolle i energiforsyninga for mange kyststatar.
|
Historikk for bølgjekraftforskinga ved NTH/NTNU.
I over tre tiår har det, frå 1973, vore drive grunnleggjande
bølgjekraftforsking ved fysikkavdelinga til universitetet i Trondheim
(etter omorganiseringar og namneskifte: ved Institutt for Fysikk, NTNU).
Etter 2003 har det blitt sterkt aukande bølgjekraftaktivitet også ved andre universitetsavdelingar, m.a. ved
Centre for Ships and Ocean Structures (CeSOS) og ved institutta for
Bygg, anlegg og transport, for Elkraftteknikk, for Energi- og prosessteknikk og for
Industriell økonomi og teknologileiing.
|
Førsteamanuens
Kjell Budal
(1933-1989) tok i desember 1973 initiativet til bølgjekraftforskinga ved
Institutt for eksperimentalfysikk, NTH, og
Johannes Falnes var med i arbeidet frå starten.
Per Magne Lillebekken arbeidde i gruppa frå 1980 til 1998.
Sju personar har fullført graden doktor ingeniør (dr.ing.) i
bølgjekraftforskinga ved NTH/NTNU, nemleg Lars Christian Iversen i 1980,
Åge Kyllingstad i 1982, Oddbjørn Malmo i 1984, Geirmund Oltedal i 1985,
Arne Brendmo i 1995, Håvard Eidsmoen i 1996 og
Torkel Bjarte-Larsson i 2005.
Etter fullført doktordiputas fekk dei høve til å arbeida med
bølgjekraftforsking ei viss tid (frå nokre månader til tre år).
I tilknyting til dette forskingsarbeidet har dessutan ca. 25 studentar fullført
hovudoppgåva ("diplomen") i sivilingeniør-studiet.
I arbeidet med bygging og laboratorieprøving av modellar, med utvikling av komponentar til bølgjekraftprototypar og med
teknisk-økonomiske evalueringar av bølgjekraftverk, hadde vi god hjelp frå ymse avdelingar ved SINTEF og ved NTH og frå ymse institusjonar og firma elles, m.a. i Ålesund, Oslo, Trälleborg og Edinburgh.
For dei oppdraga vi sette ut til andre, var Tormod Hals frå SINTEF
prosjektkoordinatoren vår.
Han var i åra 1979-83 vår daglege medarbeidar, med kontor hjå oss ved
Institutt for eksperimentalfysikk.
|
|
Bølgjeenergigruppa ved NTH 1983-03-25.
Frå venstre: Kjell Budal (førsteamanuens), Per Magne Lillebekken (forskar),
Geirmund Oltedal (dr.-ing.-student), Johannes Falnes (dosent), Øyvin Sømme
(som feirar fullført sivilingeneiøreksamen med å spandera kake),
Lars Christian Iversen (dr.ing.), Åge Kyllingstad (dr.ing.).
[Vår daglege medarbeidar Tormod Hals var fråverande under denne kakefesten.]
|
|
Sivilingeniør Tormod Hals (til venstre) var i åra 1979-83
prosjektkoordinator for NTH-prosjektet med utvikling av bølgjekraftbøyar.
|
|
I åra 1978-82 fekk forskings- og utviklingsarbeidet med bølgjekraftverk, etter måten mykje, finansiell støtte frå Olje- og energidepartementet.
Den stor allmenne interessa for miljø- og ressursspørsmål i 1970-åra stilna etterkvart av utetter 1980-åra, og samstundes gjekk oljeprisen ned.
Då vart det etter 1982 vesentleg mindre med støtte til bølgjekraftforskinga.
Gruppa ved NTH greidde likevel å halda i gang ein viss forskingsaktivitet og vedlikehald av vunnen kunnskap og kompetanse.
Gruppa hadde samarbeid med industribedrifter, m.a. med Kværner Brug AS i åtte år frå 1975, og med Lysøysund Industrier AS og med
Brødrene Langset AS nokre år midt på 1980- respektivt 1990-talet.
Bølgjekraftgruppa ved NTH gjorde, særleg dei fyrste ti åra etter 1973,
banebrytande arbeid som også er godt internasjonalt kjent, både når det gjeld
grunnleggjande teoretisk arbeid og, kanskje særleg, prinsipp for optimal styring og
fasestyring av bølgjekraftverk.
[For fleire historiske detaljar (for tida 1973-2003) enn i samandraget ovanfor
klikk her.]
|
Bølgjekraftbøyar. Modellforsøk
|
I dei fem til seks åra norske styresmakter løyvde rikeleg med støtte til
bølgjekraftforsking, arbeidde bølgjeenergigruppa ved NTH med utvikling av kraftbøyar som har optimalstyrt svingerørsle
(jamfør figurane 3 og 4 i artikkelen
"Prinsipp for opptak av
energi frå havbølgjer. Fasestyring og optimal svingerørsle.")
Det var den iderike personen Kjell Budal som hadde gjort framlegg om dei tre typane
kraftbøyar som det vart arbeidt mest med (kalla "type E", "type M2" og "type N2").
Alle tre typane har fasestyring etter fasthaldingsmetoden.
Den første typen har hydraulisk energiuttak, og ein styrt ventil tener til fasestyring.
Dei to siste typane har pneumatisk energiuttak, og ein låsemekanisme eller parkeringsbremse tener til fasestyring.
Noko av arbeidet med kraftbøyen av type N2 er omtala og vurdert m.a. i Stortingsmelding
nr. 65 (1981-82), "Om nye fornybare energikilder i Norge".
Meir tekniske detaljar om N2-bøyen finst, t.d., i artikkelen
"The Norwegian wave-power buoy project",
som vart lagt fram ved eit internasjonalt bølgjeenergisymposium i Trondheim 1982.
Fleire detaljar om alle dei tre kraftbøyane er seinare blitt publiserte i artikkelen
"Budal's latching-controlled-buoy type wave-power plant."
som vart lagd fram ved den
femte europeiske bølgjeenergikonferansen
i 2003 i Cork i Irland.
Vi supplerer her opplysningane i denne artikkelen med litt biletstoff:
|
Klikk på biletet ovanfor for å sjå det i større format.
|
|
Klikk på det vesle biletet til venstre for å sjå eit videoklipp
frå dette forsøket med fasestyrt kraftbøyemodell av type E.
[Dersom videofila, ei
WMV-fil, ikkje blir opna, prøv
her å opna videofila i MOV-filformat.]
|
|
|
Til venstre:
Fotografi frå forsøk 1978 i Skipsmodelltanken ved NTH med kraftbøyemodell av type E.
Kjell Budal er på bruvogna som spenner over den ca. 10 m breie modelltanken.
Attmed Budal står eit energilagrande gassakkumulatoranlegg som får tilført
hydraulisk energi gjennom ein trykkslange frå bøyemodellen.
Modellen har diameter 1,1 m, og han inneheld ei stempelpumpe med fasestyringsventil og ein
gassakkumulator som gir forspenningskraft i ståltauet som står
mellom stempelstonga og ankeret på botnen (nærmare 6 m under vassflata).
Den kvite flåten til høgre i biletet inneheld eit
akselerometer for måling av bølgja.
|
|
|
Til venstre:
Fotografi frå forsøk 1980 i Skipsmodelltanken ved NTH med
kraftbøyemodell av type M2.
Denne koniske bøyemodellen har størstediameter på knapt 0,9 m.
Det er 0,5 m høgdeskilnad mellom dei påmalte stripene som går rundt bøyen.
Bøyemodellen inneheld ei stempelpumpe med stempelstong som går ned til eit
universalledd på botnen av tanken.
Den kvite flåten til venstre for bøyen inneheld eit akselerometer for måling av bølgja.
Klikk på biletet for å sjå eit videoklipp
frå dette forsøket med fasestyrt kraftbøyemodell av type M2.
[Dersom videofila, ei
WMV-fil, ikkje blir opna, prøv
her å opna videofila i MOV-filformat.]
|
Ein nær kuleforma kraftbøyemodell av type N2, bygd i pleksiglas, vart prøvt i Skipsmodelltanken i 1981, og deretter forsterka med glasfiberarmert plast før han vart prøvt i Trondheimsfjorden, gjennom 170 dagar samanlagt, fordelt på seks periodar i åra 1981-83.
Mellom femte og sjette perioden vart bøyeskrovet ombygt slik at det skulle bli mindre med viskøse energitap.
Nedanfor:
Fotografi frå forsøk 1983 i Trondheimsfjorden med kraftbøyemodell av type N2.
Modelldiameteren er 1 m.
Bøyen kan svinga opp og ned langs ei stong som er fest til eit universalledd på eit anker på sjøbotnen.
Vassdjupna avheng av tidvatnet og er i området 4 - 7 m.
Oppå bøyeskrovet kan ein sjå låsemekanismen for fasestyring og ei rulleføring som skal gi liten friksjon når bøyen svingar langs forankringsstonga.
Nedst er bøyeskrovet ope, slik at sjøvatn kan svinga inn i og ut or eit innvendig kammer og på den måten fungera som stempel i ei luftpumpe.
Fotografiet til venstre viser N2-modellen svingande omlag i midtstilling,
fotografiet i midten viser modellen faselåst i nedre stilling, og
fotografiet til høgre viser modellen fastlåst i øvre stilling i eit tilfelle då det kom ein overraskande djup bølgjedal.
|
Undervisning om bølgjeenergi - ved fysikkavdelinga.
|
Bølgjeenergi er eitt av fleire delemne i faget Energi og fysikk, eit fag som det har vore undervist i kvart år også
ved NTH på Gløshaugen frå 1974, då Jørgen Løvseth starta det tilsvarande kurset Energi- og miljøfysikk ved AVH på Lade.
Etter at dei to åtskilde fysikkmiljøa ved NTNU vart samlokaliserte i Realfagbygget 2000, er desse to faga slått saman til eitt: Energi- og miljøfysikk.
Eit tyngre og meir teoretisk fag,
Havbølgjeenergi, har det, inntil 2001 (bortsett frå i 1983), vore undervist i
på Gløshaugen annakvart år frå 1979, då
Johannes Falnes starta dette dr.-ing.-faget ved NTH.
[For fleire detaljar om undervisning om bølgjeenergi
klikk her.]
|
Rapportar og publikasjonar.
|
Ei særskild liste nemner forfattarar av og titlar på
vitskaplege artiklar, rapportar og andre publikasjonar
frå bølgjeenergigruppa.
Nokre rapportar som står i
lista nedanfor,
vart 1997-98 lagde ut i fullstendig versjon på internett.
Dessutan er her no lagt ut nokre
tidlegare rapportar og notat
i skanna versjon.
Rapportar lagde ut på internett:
J. Falnes:
"Energi frå havbølgjer før, no og sidan."
Denne (1996-) artikkelen inneheld eit oversyn med litt historikk om bølgjekraftforskinga. Artikkelen, som har to figurar, er skriven med tanke på lesarar som ikkje er spesialistar.
Ein revidert versjon av artikkelen er trykt i Elektro, årgang 110, nr. 6, 1997, s. 58-64.
J. Falnes:
"Prinsipp for opptak av energi frå havbølgjer.
Fasestyring og optimal svingerørsle."
Med å visa til illustrasjonar (seks figurar), men utan å bruka matematikk,
forklarer denne (1997-) artikkelen prinsippet for opptak av bølgjeenergi med hjelp av eit svingesystem.
Det er også forklart korleis systemet skal svinga for at energiopptaket skal bli størst mogleg.
Prinsippa som er forklarte i denne artikkelen, har vore retningsgjevande for
bølgjekraftforskinga ved universitetet i Trondheim i meir enn tjue år.
Artikkelen har 15 litteraturtilvisingar, og han er skriven med tanke på lesarar som ikkje er spesialistar. Ein revidert versjon av artikkelen er trykt i
Elektro, årgang 111, nr. 1, 1998, s. 102-106.
J. Falnes:
"Principles for capture of energy from ocean waves. Phase control and optimum oscillation."
Engelsk versjon av den same (1997-) artikkelen.
J. Falnes:
"Optimum control of oscillation of wave-energy converters."
Paper no. 2 in Annex Report B1 to the JOULE project "Wave Energy Converters: Generic Technical Evaluation Study". Contract no. JOU2-0003-DK between the Commission of European Communities and Danish Wave Power aps. August 1993.
Denne engelskspråklege publikasjonen er spreidd i heller få eksemplar, så
difor har vi lagt ut denne artikkelen på Internet.
Artikkelen, som gir eit oversyn over forskingsarbeidet (i 20-årsperioden etter 1973) på optimal styring av bølgjekraftverk med tanke på maksimalt energiuttak,
er eigentlig skriven med tanke på lesarar som er spesialistar, endå
der er brukt svært lite matematikk.
Artikkelen er utan illustrasjonar, men har 39 litteraturtilvisingar.
[Denne rapporten er seinare utvida og, i 2002, publisert som ein tidskriftartikkel (sjå nr. 48 i lista over
våre publikasjonar).]
H. Eidsmoen:
"Simulation of a tight-moored amplitude-limited heaving-buoy wave energy converter with phase control."
Denne lange (1996-) artikkelen, som inneheld 12 figurar, 7 tabellar, 28 litteraturtilvisingar og 18 nummererte matematiske formlar, er skriven på engelsk med tanke på lesarar som er spesialistar.
Artikkelen er ei vidareføring og utviding av følgjande publiserte arbeid:
Eidsmoen, H.: "Simulation of a heaving-buoy wave energy converter with phase control".
Proceedings of the Second European Wave Power Conference, (redigert av Elliot, G. og Diamantaras, K.) Lisbon, Portugal, 8-10 November, 1995,
European Commission ECSC-EC-EAEC, Brussels, pp 281-288, 1996. (ISBN 92-827-7492-9).
Eit samandrag av artikkelen er trykt i
Applied Ocean Research, Vol. 20, No. 3, 1998, pp. 157-161.
H. Eidsmoen:
"Simulation of a slack-moored heaving-buoy wave energy converter with phase control."
Denne lange (1996-) artikkelen, som inneheld 10 figurar, 13 tabellar,
34 litteraturtilvisingar og 19 nummererte matematiske formlar, er skriven på engelsk med tanke på lesarar som er spesialistar.
|
|
| |
|
Kontaktadresse:
Johannes.Falnes@ntnu.no
