Ocean Harvestingin WEC-järjestelmä voi tuottaa meren aalloista energiaa kestävästi ja CO2-neutraalisti. Valokuva: Ocean Harvesting

Vesivoima on teknologiassa valokeilassa. Esimerkiksi Norjassa vesivoimalaitokset tuottavat noin 95 prosenttia kaikesta sähköenergiasta, kun taas Sveitsissä osuus on 56 prosenttia. Nämä turbiinivoimalat sijaitsevat kuitenkin vuoristoalueilla. Valtameret – jotka kattavat kaksi kolmasosaa maapallon pinta-alasta – ovat maailmanlaajuisesti vielä suurelta osin hyödyntämättömiä energialähteitä, lukuun ottamatta muutamia jokien suissa sijaitsevia vuorovesivoimalaitoksia.

Teknologian perusperiaate on innovatiivinen.Valtameren aallokko saa merenpohjaan kiinnitetyt poijut nousemaan ja laskemaan, ja tämä liike välitetään hydrauliseen vakiovoimajousijärjestelmään (suureen kaasutilavuuteen yhdistetty hydraulisylinteri) ja kahteen NSK:n heady-duty-kuularuuviin.

Kuularuuvien mutterit kytkeytyvät suoraan sylinteriin, jolloin lineaarinen ylös- ja alaspäin suuntautuva liike muuttuu pyörimisliikkeeksi (kuularuuvin kara). Tämä vaikuttaa suoraan generaattoriin ja tuottaa sähköenergiaa.

Sylinterin jousivoima tuottaa lähes vakion voiman suuruudeltaan 1 MN, joka vetää poijua, kun taas kaksi kuularuuvia yhdessä generaattoreiden kanssa tuottavat kaksisuuntaisen voiman, joka voi olla jopa ±1 MN. Kukin WEC välittää yhteensä 0–2 MN:n suuruisen välittömästi käytettävissä olevan voiman. Tällä tavoin on mahdollista saavuttaa suuri tehotiheys ja varmistaa vastaavasti korkea energiantuotto. Käytännössä useita aaltoenergiamuuntimia asennetaan yhteen "puistoiksi".

Kuularuuveilla on kaksi tehtävää: energiantuotanto ja vaimennus

Oli kehitettävä monia yksityiskohtaisia ratkaisuja, ennen kuin tämä konsepti voitiin käytännössä toteuttaa. On esimerkiksi tärkeää varmistaa poijurungon optimaalinen suuntaus kutakin yksittäistä aaltoa varten, niin sanottu vaiheohjaus. Tämä on erittäin tärkeää tehokkaan energiantuotannon kannalta. Tällöin järjestelmä ottaa energiaa talteen hyödyntämällä kuularuuvin voimaa liikkeen vastakkaiseen suuntaan; tätä kutsutaan vaimennukseksi.

- Ennen kuin aalto nousee, poijun on oltava ihanteellisessa asennossa. Kuularuuvit ovat tässä ratkaisevassa asemassa, sillä ne tuottavat esijännitetyn jousijärjestelmän avulla vaiheen säätövoiman. Tässä ne käyttävät varastoitua liike-energiaa. Näiden aikaansaama vaimennus noudattaa laskettua voimakuvaajaa tehon maksimoimiseksi, Mikael Sidenmark, Ocean Harvesting Technologies AB:n toimitusjohtaja, selittää.

On myös varmistettava, että kuularuuvin mutteri aloittaa paluuliikkeensä alaspäin. Tämä on hydraulisylinterin tehtävä. Sylinteri varastoi osan kelluntavoiman tuottamasta energiasta ja luovuttaa sen kuularuuville, kun se liikkuu alaspäin.

Vaati paljon työtä kehittää algoritmi, joka laskee poijun ihanteellisen asennon jokaiselle WEC:n liikkeelle ja laskee, miten tämä liike saavutetaan kuularuuvin voimaa ohjaamalla.

Toinen innovaatio on kaksivaiheinen päätyvaimennusjärjestelmä. Kovassa merenkäynnissä tämä järjestelmä pysäyttää pehmeästi poijun liikkeen ylöspäin.

Voimakkaassa aallokossa poiju pysyy veden alla suurten aaltojen harjalla ja alkaa taas tuottaa energiaa heti, kun poiju palaa pinnalle. Järjestelmää ei tarvitse koskaan sammuttaa ja asettaa suojaustilaan, toisin kuin monet muut WEC-laitteet, joissa sähköntuotanto keskeytyy pitkiksi ajoiksi, Mikael Sidenmark kertoo.

Voimansiirron valinta: hammastanko, vinssi vai kuularuuvi?

- Käytimme järjestelmässämme aluksi vinssipyörästöä ja myöhemmin hammastankoa. Olemme kuitenkin havainneet, että heavy-duty-kuularuuvit tarjoavat ylivoimaisen yhdistelmän: voimakapasiteetti, korkea nopeus, pitkä iskunpituus, korkea hyötysuhde ja korkea muuntosuhde lineaarisesta liikkeestä pyöriväksi liikkeeksi suhteellisen alhaisin kustannuksin, Mikael Sidenmark toteaa. Kuularuuvien odotetaan suorittavan 100 miljoonaa kuormitussykliä 20 vuoden aikana.

HTF-sarjan raskaat kuularuuvit kehitettiin alun perin heavy-duty-työstökonesovelluksiin, kuten puristimiin ja muihin muotoilukoneisiin sekä ruiskuvalukoneisiin, joissa käytetään hydrauliikan sijasta sähköä. Koska HTF-sarjan kuularuuvit kestävät erittäin suurta kuormitusta ja tarjoavat samalla poikkeuksellisen pitkän käyttöiän, ne soveltuvat myös muihin infrastruktuurisovelluksiin, kuten innovatiivisissa järjestelmissä käytettäviin vaimennuselementteihin, jotka auttavat suojaamaan kerrostaloja maanjäristyksiltä.

Pienoismallista 1:1 prototyypiksi

Ocean Harvesting tekee parhaillaan testejä InfinityWEC-prototyypillä, jonka mittakaava on 1:10. Yritys suunnittelee suorittavansa vuonna 2023 merellä kokeita 1:3 mittakaavan prototyypillä. Tämän jälkeen toteutetaan ensimmäinen täysikokoinen "aaltoenergiamuunnin". Tämä tulee osoittamaan ratkaisun toteutuskelpoisuuden. Tällä välin myös NSK on kiireinen kehitystyössä suunnitellessaan ja valmistaessaan niin suuren HTFkuularuuvin, kuin Ocean Harvesting tarvitsee.

Yhtiön perustajat ovat jo löytäneet yhteistyökumppaneita ensimmäisiä WECsovelluksia varten. Esimerkiksi eräs öljy- ja kaasuyhtiö harkitsee sähkön toimittamista öljyn ja kaasunporauslautoille käyttämällä Ocean Harvestingin aaltoenergiamuuntimia.

//Nina Garlo-Melkas