可持续性

“水下风筝”——新一代潮流发电技术

北欧潮汐能源公司Minesto研发出一项名为“水下风筝”的专利技术,利用海底潮汐流蕴藏的清洁可再生能源。 SKF在初期便参与了此项目,协助开发高效轴承和密封解决方案。

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让我们一起想象放飞风筝的场景,你能感受到手中风筝线的力量。当你横向操纵风筝时,它会加速并产生额外的力。这就是海洋能源技术开发商Minesto开发的专利技术背后的基本原理。但是这个风筝并不在风中,而是在水下飘舞。水的密度是空气的近一千倍,所以它产生的能量也更加集中。

潮汐风筝的设计类似于飞机,其构造是为了尽可能地减少阻力。风筝的翅膀利用潮汐流产生的水动力升力来推动风筝前进。通过一个内置的转向系统,它可以按照预先设定的“8”字型运动,这意味着涡轮机在水下移动的速度要大于海水流动的速度。其产生的能量通过连接风筝和海底的固定电缆被输送至机载发电机。

来自Minesto的尼克拉斯•拉格松和SKF的伊冯•里德贝格均表示双方的合作十分高效,进展顺利。

为潮汐风筝而建的能源中心

较小型的龙4潮汐风筝已在法罗群岛韦斯特曼纳镇的沿海地区投入运行。附近的赫斯特峡湾则正在开发全球第一个潮汐风筝能源中心。一旦中心建成,其规划装机容量将达到30兆瓦,年发电量为84000千瓦时。

我希望确保从一开始就获得正确的基本设计。因此我们很自然地就找到了SKF。

Minesto的高级设计工程师尼克拉斯•拉格松

与此同时,在瑞典哥德堡,用于大型潮流能发电设备的新一代龙12风筝也正在开发中。该风筝的翼展为12米,自重28吨,发电容量1.2兆瓦。Minesto公司是目前唯一一家致力于开发能在低速潮汐流和洋流中运行风筝的公司,该技术可应用于世界各地的众多海洋区域。

在龙12的早期开发阶段,Minesto的高级设计工程师尼克拉斯•拉格松便请来了SKF专家,帮助设计方向舵和升降舵的轴承和密封系统。

拉格松说:“作为一名设计师,我希望能够控制所有的参数,并确保从一开始就获得正确的基本设计。之所以邀请SKF,是因为他们在轴承和密封解决方案方面拥有非常丰富的经验。”

“潮汐风筝”是一款真正的瑞典西部产品。位于霍格斯博的测试车间里正在建造机舱和转向吊舱。风筝的两翼则在乌德瓦拉 使用复合材料进行建造,并在此对整个风筝进行组装测试,然后将它运往法罗群岛的测试环境中进行最终安装和投入使用。

起步即确立正确方向

对于在设计过程中为尼克拉斯•拉格松提供支持的SKF应用工程师伊冯•里德贝格来说,这是一个值得欢迎的做法。

里德贝格说:“Minesto从一开始就有正确的想法,他们在早期阶段就投入了时间和人力资源来优化轴承解决方案。这意味着他们能更自由地设计兼顾性能和成本效益的解决方案。从设计到成品,这将为客户节省了时间和金钱。”

SKF还建议在轴承中使用一种特殊的润滑剂,因为在运行过程中,方向舵缓慢的来回运动会导致润滑剂难以形成油膜。

里德贝格介绍说:“在这个解决方案中,我们利用了从风电行业中的变桨轴承积累的经验。变桨轴承连接着轮毂和桨叶,在运行过程中它们具有相似的运动轨迹。”

该解决方案的另一个关键部件是由S-Ecopur®制成的密封,S-Ecopur®是SKF研发的一种独特材料,堪称海洋环境应用中自润滑密封的理想选择。

SKF瑞典密封产品线经理安德斯•强森表示:“密封对于设备防水来说至关重要,安装在各个位置上的密封必须能够跟随转轴同步旋转,并且摩擦要小。”

Minesto正在开发的“潮汐风筝”拥有一项可以利用低速潮汐流和洋流的专利技术。这使得该技术在世界许多海洋区域都有了用武之地,应用潜力巨大。

在线工具显身手

在龙12的开发过程中,尼克拉斯•拉格松和他的同事们使用了SKF的Simpro Quick在线工具,它能协助设计者完成建模和评估,并对各种轴承系统的性能进行测试。该工具可方便和加快设计过程,并帮助用户优化其解决方案中的轴承选型。

借助该工具, 拉格松可以访问整个SKF工程专业知识网络。

拉格松说:“设计师在做决策时往往孤军奋战,如果能接入到更大的技术知识网络将大有裨益。一言以蔽之,只有将所有工程师的才智汇总起来,才能得到最佳解决方案。”

潮汐风筝是唯一可用于低速潮流海域进行发电的技术。这些风筝能在每秒1.2米的低速水流中发电。

强大的商业产品

一旦水下风筝投入运行,材料和部件将承受极大的压力。这主要是由于风筝以高达20节的速度,在水下40米深处,按照预先设定的“8”字型运动。“8”字运动需要急转弯,水下风筝尺寸进行了优化,以应对转弯时产生的3.5G的离心力。关键的机器部件将配备SKF的传感器和远程监控,以分析并监测运行期间的数据。

龙12也将在法罗群岛安装并投入运行,各部件也将进行监测和分析。 SKF正在哥德堡进行轴承和润滑分析,评估解决方案中是否有需要调整的地方。

伊冯•里德贝格说:“在合作中,我们都在为对方创造大量的价值。我们正在积累专业知识并不断优化性能,力求打造一款强大的商业产品。”

潮汐风筝并不在海滩上空飞行,而是在海洋深处航行。由于水的密度是空气的近一千倍,因此能量更加集中。