Témata
(Foto: Ocean Harvesting)

Kuličkové šrouby pomáhají při inovativní výrobě energie z mořských vln

Energie vln je největším nevyužitým zdrojem obnovitelné energie na Zemi. Zachycování energie pohybu mořských vln by mohlo být zdrojem elektřiny pro budoucí generace. Švédský start-up Ocean Harvesting vyvíjí průlomovou technologii, která by měla umožnit tento zdroj využít. Inovativní mechanismus bude používat výkonné kuličkové šrouby NSK k převodu lineárního pohybu nahoru a dolů, vyvolaného vlnobitím moře, na rotační pohyb, který pohání generátor.

Reklama

Má-li se globální cíl snížení emisí skleníkových plynů (zejména oxidu uhličitého) stát skutečností, musí svět vyvinout nové udržitelné zdroje energie.

Výroba elektřiny z pohybu vln

Vodní elektrárny jsou v centru pozornosti. Například v Norsku vyrábějí vodní elektrárny přibližně 95 % veškeré elektrické energie, zatímco ve Švýcarsku je to 56 %. Elektrárny s vodními turbínami jsou však zpravidla v horských oblastech. Oceány – které pokrývají dvě třetiny zemského povrchu – jsou stále z velké části jako zdroj energie nevyužívané, jen s výjimkou několika přílivových elektráren u ústí řek.

Firma Ocean Harvesting hledá způsob, jak to změnit. Společnost vyvinula konvertor energie vln (WEC – Wave Energy Converter) s názvem InfinityWEC, který dokáže získávat energii z pohybu vln oceánu (obrázek 1 a, b).

Konvertor WEC od společnosti Ocean Harvesting vyrábí elektrickou energii udržitelným způsobem a bez emisí oxidu uhličitého z energie mořských vln. (Foto: Ocean Harvesting)

Základní princip

Základní princip je inovativní a přitom jednoduchý. Vzdouvání oceánu způsobuje, že se bóje (připevněné k mořskému dnu) zvedají a klesají. Tento pohyb zachycuje hydraulický systém pružin s konstantní silou (hydraulický válec spojený s velkým objemem plynu) a dva kuličkové šrouby pro velké zatížení od NSK. Matice kuličkových šroubů se připojují přímo k pístní tyči válce a převádějí lineární pohyb nahoru a dolů na rotační pohyb vřetena kuličkového šroubu, které je připojeno ke generátoru a vyrábí elektrickou energii (obrázek 2).

Dva kuličkové šrouby NSK a hydraulický válec s pružinovým akumulátorem převádějí pohyb bóje nahoru a dolů na rotační pohyb, který pohání generátor. (Foto: Ocean Harvesting)

Síla hydraulické pružiny zajišťuje téměř konstantní tažnou sílu 1 MN na bóji, zatímco dva kuličkové šrouby v kombinaci s generátory dokážou vyvinout obousměrnou sílu až ±1 MN. Celkově je okamžitě regulovatelná síla využitelná pro výrobu energie v každém konvertoru WEC od 0 do 2 MN. Tímto způsobem lze dosáhnout velké hustoty výkonu a zajistit výrobu velkého množství elektrické energie. V praxi jsou jednotlivé konvertory energie vln instalovány společně a tvoří „park“ (obrázek 3).

Podobně jako pobřežní větrné farmy jsou i elektrárny využívající energii z vln konstruovány jako mořské parky, ale jsou uspořádány do shluků vždy dvanácti jednotek WEC se silovými kabely pro shromažďování energie do centrálního uzlu. Tyto klastry jsou uspořádány tak, aby vytvořily park požadované velikosti. (Foto: Ocean Harvesting)

Kuličkové šrouby s dvojí funkcí: generování elektřiny a tlumení

Než mohl být tento elegantní a udržitelný koncept výroby elektřiny uveden do praxe, muselo být vyřešeno mnoho konstrukčních detailů. Například je nezbytné zaručit optimální vyrovnání těla bóje pro každou jednotlivou mořskou vlnu, tzv. zavést fázové řízení, protože to je životně důležité pro efektivní výrobu energie. Systém poté odebírá energii působením síly kuličkového šroubu v opačném směru, než je pohyb bóje, a dochází k tlumení.

Mikael Sidenmark, generální ředitel společnosti Ocean Harvesting Technologies AB, vysvětluje: „Než se vlna zvedne, musí být bóje ideálně v rovné poloze. V tom hrají klíčovou roli kuličkové šrouby tím, že zajišťují fázovou řídicí sílu, jíž pomáhá předepjatý pružinový systém – využívá tedy dříve akumulovanou kinetickou energii. Tlumení, které šrouby vyvíjejí, sleduje vypočítanou křivku síly, aby se maximalizoval výkon generátoru.“

Je také nutné zaručit zpětný pohyb matice kuličkového šroubu směrem dolů. To je úkol hydraulického válce. Válec akumuluje část energie vytvořené vztlakovou silou a uvolňuje ji při pohybu kuličkového šroubu dolů.

Reklama
Reklama

Odolná a spolehlivá pohonná technika – inteligentní elektronika

Velké úsilí při vývoji bylo vynaloženo na algoritmus, který vypočítává ideální polohu bóje pro každý zdvih konvertoru WEC a dosahuje jí regulací síly kuličkových šroubů.

Další novinkou je dvoustupňový systém koncového dorazu. Na rozbouřeném moři tento systém šetrně zastaví pohyb bóje směrem nahoru. Mikael Sidenmark vysvětluje výhody, které to přináší: „Při silném vlnobití je bóje držena stále ponořená, aby byla chráněna před poryvy hřebenů velkých vln, ale vrací se k výrobě energie ihned, jakmile se znovu vynoří. Systém tedy nikdy není z důvodu nepříznivých podmínek odstaven, na rozdíl od mnoha jiných konvertorů WEC, kde bývá výroba elektřiny na dlouhou dobu přerušena.“

Výběr pohonu: hřeben s pastorkem, lano a naviják nebo kuličkový šroub?

Aby byly uvedené funkce spolehlivě zajištěny, vyžadoval velkou pečlivost také výběr systému pro převod energie, zejména proto, že trvale pracuje v nepříznivých podmínkách (utěsněný pod vodou, obrázek 4), ale při každé údržbě se musí z vody vytáhnout.

Modul převodu energie, ve kterém jsou uloženy hlavní součásti – kuličkové šrouby, hydraulické válce a generátor – v utěsněném a klimatizovaném trupu (oranžové barvy), je instalován pod mořskou hladinou. (Foto: Ocean Harvesting)

Mikael Sidenmark říká: „Původně jsme v našem systému používali lanový převod s navijákem a později hřeben s pastorkem. Zjistili jsme však, že kuličkové šrouby určené pro velká zatížení poskytují vynikající kombinaci přenosu síly, vysoké rychlosti, dlouhého zdvihu, vysoké účinnosti a velkého převodového poměru z lineárního na rotační pohyb, a to s relativně nízkou cenou.“

Odolné kuličkové šrouby řady HTF, původně vyvinuté pro obráběcí stroje, také pomáhají poskytovat ochranu proti zemětřesení v budovách a mostech. (Foto: NSK)

Velmi dlouhá životnost vysoce odolných kuličkových šroubů řady HTF od NSK (obrázek 5) nakonec naklonila misky vah ve prospěch NSK jako dodavatele a vývojového partnera. Mikael Sidenmark vysvětluje: „Očekává se, že kuličkové šrouby v této úloze za 20 let činnosti vykonají 100 milionů cyklů zatížení – a to je pro ně velmi náročné.“ Dalším důvodem pro spolupráci s NSK, říká Sidenmark, je dobrá úroveň dostupné podpory.

Určeno pro náročné aplikace s velkým zatížením

Vývoj kuličkových šroubů řady HTF pro velké zatížení byl původně zaměřen na použití u velkých strojů, jako jsou lisy a další tvářecí stroje, a také vstřikovací lisy s elektrickým pohonem místo hydraulického. Kuličkové šrouby řady HTF jsou díky své schopnosti odolat velmi vysokému zatížení a zároveň dosahovat výjimečné životnosti vhodné i pro další úlohy, jako jsou tlumicí prvky v systémech, které pomáhají chránit výškové budovy před zemětřesením.

Od modelu k prototypu v měřítku 1:1

Firma Ocean Harvesting v současné době testuje prototyp InfinityWEC v měřítku 1:10 a plánuje testy s prototypem v měřítku 1:3 na moři, které se uskuteční v roce 2023. Poté bude k dispozici první skutečný „konvertor energie vln“ v plné velikosti, který prokáže životaschopnost této koncepce. Mezitím se bude firma NSK věnovat vývojovým pracím, konstruování a návrhu technologie výroby kuličkových šroubů HTF pro velká zatížení ve velikosti požadované společností Ocean Harvesting.

Zakladatelé firmy Ocean Harvesting již určili kooperační partnery pro první projekty s WEC. Například ropná a plynárenská společnost vyhodnocuje možnost zásobovat své plošiny pro těžbu ropy a zemního plynu elektřinou vyráběnou pomocí konvertorů energie vln od společnosti Ocean Harvesting. Energii vln lze využívat po celém světě a je považována za největší dosud nevyužitý zdroj obnovitelné energie. Trh pro InfinityWEC tedy existuje a s řadou HTF od NSK vybrala společnost Ocean Harvesting ty správné kuličkové šrouby pro tuto náročnou úlohu.

Související články
Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 2. díl: Elektromobilita a emise. Regulace vs. poptávka

Ačkoli je přechod na elektromobilitu motivován zejména snahou o celkové snížení emisí CO2, a tím o dosažení uhlíkové neutrality do roku 2050, má podle Evropské unie rovněž podpořit konkurenceschopnost unijního trhu. V minulém díle našeho seriálu jsme upozornili na skutečnost, že zavedený regulační rámec, zejména limity emisí CO2 pro osobní automobily a lehká užitková vozidla, má pozitivně motivovat automobilky, aby se čím dál tím víc orientovaly na produkci vozidel s nulovými či nízkými emisemi, tedy na produkci elektrických vozidel a dobíjecích (plug-in) hybridů. V tomto díle se podíváme, zda přechod na elektromobilitu tyto emise skutečně globálně sníží.

České dodávky pro jádro pokračují i letos

Když byl v únoru 2017 zahájen komerční provoz 1. bloku jaderné elektrárny Novovoroněžská II s reaktory VVER-1200 generace III+, šlo v malé míře i o zásluhu českých firem, které do této elektrárny dodaly zboží v hodnotě přesahující 1,4 miliardy korun. Dodávky pro tento typ reaktorů pokračují také v roce 2018.

Digitální éra

Odštěpný výrobní závod Siemens Elektromotory ve Frenštátě pod Radhoštěm rozšířil své výrobní kapacity o nové digitalizované motory Simotics SD. S rozšířením výrobního portfolia vznikla také nová montážní linka. Montovat se na ní budou motory řady 1LE5 a 1PH8.

Související články
Průmyslový veletrh Hannover Messe 2015

Významný světový průmyslový veletrh Hannover Messe 2015 letos proběhne od 13. do 17. dubna. Pod hlavičkou Hannover Messe se spojí deset vedoucích veletrhů na jednom místě ‒ v Hannoveru: Industrial Automation, Motion, Drive & Automation (MDA), Energy, Wind, MobiliTec, Digital Factory, ComVac, Industrial Supply, SurfaceTechnology a Research & Technology.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Obrábět stejně za méně - Energetická efektivita obráběcích strojů

Energetická efektivita výrobních strojů - ekodesign, má čím dál větší význam. Na světových výstavách v čele s EMO Hannover 2013 byla patrná snaha výrobců nabídnout zákazníkovi nejen stroj s potřebnými užitnými vlastnostmi, ale i stroj pracující energeticky úsporně. Je také patrná vyšší informovanost zákazníků a do obecného povědomí se dostává čím dál více informací o řešeních, která zajišťují stejné užitné vlastnosti při snížené spotřebě energie.

Novinky na veletrhu Amper 2013

Společnost Siemens se zúčastní 21. ročníku mezinárodního veletrhu elektrotechniky a elektroniky Amper, který se uskuteční od 19. do 22. března letošního roku na veletržním výstavišti v Brně.

Výkonná ložiska s optimalizovanou klecí

Společnost NSK nabízí novou řadu soudečkových ložisek ECA. Tato ložiska mají patentovanou optimalizovanou konstrukci klece. Tato klec snižuje vnitřní namáhání a eliminuje potřebu vodicího kroužku. Potenciální oblasti použití ložisek nové řady ECA sahají od dopravníků, převodovek a strojů v metalurgii až po lisy a stroje používané v důlním průmyslu a při těžbě surovin.

Ložiska pro servomotory

V nabídce NSK jsou k dispozici kuličková ložiska přizpůsobená specifickým požadavkům servomotorů. Díky vývoji speciálních maziv a vysoce účinného těsnění s malým třením překonávají řešení NSK omezení konvenčních ložisek pro elektrické motory používané v servopohonech.

Úspěšná implementace směrnice ErP

White paper / Bílá kniha ke stažení

Indie zvažuje náklady a hledá optimální podmínky

Mezi země s nejrychlejším růstem ekonomiky patří již více než deset let Indie. Na druhé straně ovšem stále postrádá dostatek energetických zdrojů k tomu, aby takovouto expanzi zvládla. Zvyšující se náklady a stále častější výpadky energie ji nutí přehodnocovat své dosavadní plány.

Ruské jádro s českými dodavateli

České firmy budou pomáhat stavět ruské jaderné elektrárny po celém světě, a to bez ohledu na fakt, zda se ruská státní společnost Rosatom bude podílet na dostavbě JE Temelín. K tomuto stanovisku došli účastníci 2. středoevropského fóra jaderného průmyslu Atomex - Europe, které se v polovině října konalo v Praze.

Zakázka pro Rostovskou jadernou elektrárnu

Strojírenská společnost ZVU POTEZ Hradec Králové odeslala začátkem října do Ruska pět speciálních výměníků. Určeny jsou k termoregulaci hydrosystému parogenerátoru v primárním okruhu 4. bloku Rostovské jaderné elektrárny, která leží u vodní nádrže na řece Don.

Bezkonkurenční rychlost zdvihu retraků Toyota

Retraky BT Reflex disponují nyní výrazně vyšší rychlostí zdvihu a spouštění s nákladem i bez něho a dominuje v tomto důležitém výkonovém ukazateli celému trhu. S prázdnými vidlicemi BT Reflex zrychlil dokonce o více než 40 % a blíží se dosud nikdy nikým nedosažené metě 1 m za sekundu.

Silné čisté srdce nových čelních vozíků Tonero

Nová Toyota Tonero s nosnostmi 1,5 až 8 tun svou vysokou produktivitu a efektivnost opírá o čistý, úsporný a štíhlý provoz, nadstandardní výkon, ale zejména o vynikající odolné průmyslové motory splňujících s přehledem Stage V - nejpřísnější emisní normu v historii.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit