Schaeffler: Op zee, op het land en niet in de lucht

ERNEUERBARE ENERGIEN

Details: Gepubliceerd: 13.01.2011; Laatst bijgewerkt: 13.02.2023; Hits: 27115

Interview met

Dr Arndt Schweigert

Hoofd van de sector Power Generation, Schaeffler Group IndustrialHerzogenaurach,

"De technologieën om energie te produceren in de zee bevindt zich nu op de stand als de wind generatie 25 jaar."

Een nog steeds relatief klein, maar zeer fijn en vooral interessant gebied van de Schaeffler Group is het beheer van de energieopwekkingssector. Hoewel windenergie de kinderschoenen al is ontgroeid, voelt men zich tientallen jaren terug in de tijd, vooral in deelgebieden van waterkracht. Naast de gevestigde technologie zijn er veel veelbelovende technologieën, projecten en prototypes, waarvan sommige duurzaam zullen blijken te zijn. ontwikkelingsscout sprak met Dr. Arndt Schweigert over de uitdagingen van hernieuwbare energie voor de Schaeffler Group.

De eerste vraag:

ontwikkeling scout: Er zijn veel technologieën om energie op te wekken uit waterkracht. Welke zijn de belangrijkste?

dr stil: Waterkracht biedt in principe het voordeel van een zeer flexibele energievoorziening en speelt met een aandeel van circa vijftien procent in de wereldwijde elektriciteitsopwekking een belangrijke rol. Dammen, als zogenaamde grootschalige waterkracht, zijn een belangrijk veld voor de centrale energievoorziening.Hoewel bijna tweederde van het dampotentieel in Europa al is benut, is er nog veel ruimte voor uitbreiding in Aziatische landen. Dat is ook nodig omdat daar nog een enorme energiebehoefte moet worden voorzien.

Per definitie ligt de zogenaamde kleine waterkracht in Europa in de orde van grootte van 10 MW, in Azië 20 tot 30 MW. Sommige principes zijn vergelijkbaar met die van grote waterkrachtcentrales, alleen op kleinere schaal. Daarnaast bestaat in landen met een lage centrale energievoorziening, zoals India of China, de mogelijkheid om steden, gemeenschappen en industriegebieden te voorzien van lokale energievoorziening. Dit gebeurt bijvoorbeeld met de conventionele waterwielen, bekend uit de historische waterkracht, die in het kW-bereik liggen. Of oude technologieën zoals het principe van de schroef van Archimedes, oorspronkelijk ontworpen voor het verpompen van water, worden nieuw leven ingeblazen. Als het principe wordt omgekeerd, drijft de neerwaartse helling de slak aan, die is gekoppeld aan een generator. Deze zogenaamde hydrodynamische schroeven kunnen vandaag al gebouwd worden met vermogens tot enkele 100 kW en worden ook steeds interessanter voor de decentrale energievoorziening in Europa.

Koppelingen, remmen en monitoring voor de windturbine

Stroom- en golfenergiecentrales leveren energie uit de zee. Het eerste principe gebruikt de natuurlijke oceaanstromingen om energie op te wekken, vooral in gebieden met getijden. Dit is ook waar het hoogste potentieel in termen van energiedichtheid kan worden gevonden. Het tweede principe vind je in vergelijkbare gebieden, waar de wind ook voor voldoende golfbeweging zorgt. De golven worden zo gebruikt dat hun kinetische energie via geschikte mechanismen wordt omgezet in elektrische energie.

ontwikkeling scout: Met zijn lageroplossingen speelde Schaeffler een belangrijke rol in het "Pelamis"-project, dat nu een beslissende doorbraak heeft bereikt. Wat waren de grootste uitdagingen bij het implementeren van deze golfenergie-omzetter?

dr stil: Het probleem hier is zeer complex. Het eerste voordeel was dat Pelamis niet permanent onder water wordt geïnstalleerd, maar op het wateroppervlak. Natuurlijk dompelen golven en opspattend water delen van de machine onder in het water, maar ze worden beschermd door geschikte afdichtingen. De golven daarentegen zorgen voor permanente beweging. Afhankelijk van de ascycli ondergaan de lagers voortdurend zwenkbewegingen, zo'n zeven of acht keer per minuut. Dit resulteert in scharnierbewegingen in de orde van grootte van drie tot vier miljoen per jaar. Dit is een hoge belasting van de lagerpunten die niet vergelijkbaar is met andere toepassingen en daarom een grote uitdaging voor ons is. Ook hier hebben we grotere bewegingshoeken gecombineerd met een hoog aantal trillingen per tijdseenheid. Een belangrijk doel van de fabrieksbouwers was ook om alle lagerpunten onderhoudsvrij uit te voeren, dwz smeermiddelvrije lagers te gebruiken die geen onderhoud behoeven en ook geen milieuvervuiling veroorzaken. De levensduur is echter beperkt voor elk onderhoudsvrij lager. Mogelijke vervangingsintervallen moeten daarom planbaar worden gedefinieerd. Bij Pelamis bijvoorbeeld zijn de hoofdlagers ontworpen om minimaal vijf jaar mee te gaan.

ontwikkeling scout: Welke rol spelen de verschillende locaties gedefinieerd door golven, zoutgehalte enz. voor uw kampen?

dr stil: In de afgelopen vijftien jaar zijn er veel onderzoeken uitgevoerd, waardoor sleutellocaties naar voren konden komen. In Europa zijn dat bijvoorbeeld de kusten rond Groot-Brittannië, Ierland, Portugal, maar ook deels Scandinavië. Er zijn twee basisconcepten voor het specifieke ontwerp: enerzijds worden ingekapselde of verzegelde systemen gebruikt die de componenten beschermen tegen het binnendringen van zout water. Het doel van de fabrikanten is echter om lagers te gebruiken die in water kunnen werken. Deze lagers zouden grotendeels onderhoudsvrij zijn, het risico van defecten als er water in het lager zou komen en het risico van milieuvervuiling door ontsnappende smeermiddelen zouden worden vermeden. Het is daarom noodzakelijk om watergesmeerde lagers te ontwikkelen voor stroming en golfkracht. We zijn zeer intensief bezig met deze ontwikkelingen. Er is echter nog een lange weg te gaan om zowel corrosie als slijtage onder controle te krijgen, vooral wat betreft de vereiste levensduurwaarden van meerdere jaren. De verschillende zoutgehaltes spelen niet zo'n doorslaggevende rol, omdat een relatief kleine hoeveelheid zout al voldoende is om corrosie en slijtage te veroorzaken. De systemen zijn afgestemd op de stroomsnelheden in de huidige energiecentrales en de hoogte, het aantal per tijdseenheid en de afstand van de golven in de golfkrachtcentrales in relatie tot de gebruikslocaties van de systemen.

ontwikkeling scout: Welke technologieën zijn volgens jou in de toekomst bepalend voor water?

dr stil: Op dit moment is het niet echt te voorzien. Technologieën voor het opwekken van energie in zee zijn vandaag de dag zoals windenergie 25 jaar geleden was. Er zijn momenteel zo'n 80 verschillende technieken op het gebied van golfvermogen en 40 op het gebied van stroomvermogen, waarvan sommige gebaseerd zijn op vergelijkbare maar ook andere basisprincipes. Er zijn veel projecten, maar ook prototypes, zowel op kleinere schaal als één-op-één functionele modellen. In de toekomst zal echter niet slechts één principe de boventoon voeren, maar zullen er meerdere zijn, afhankelijk van de locatie. Uit verschillende onderzoeken blijkt dat golfenergie een groter potentieel biedt dan stromingsenergie. Op dit moment bevindt alles zich nog in de ontwikkelingsfase.

ontwikkeling scout: Welke toepassingen implementeert Schaeffler in zonne-energie?

dr stil: In de zonnesector zijn alle systemen die beweging nodig hebben, d.w.z. zonvolging, interessant. Dit is met name het geval bij geconcentreerde fotovoltaïsche cellen, maar vooral bij grotere energiecentrales, de zogenaamde thermische zonne-energie. Deze zijn op hun beurt meestal te vinden in zonrijke gebieden, zoals Spanje – een voorbeeld is de Andasol-zonne-energiecentrale – of Italië, Griekenland en Californië. Er zijn enkelassige of tweeassige volgsystemen. Bij rotatie om de azimutas volgt het hele systeem de zon van oost naar west, dwz rotatie om de verticale as van zonsopgang tot zonsondergang. Dan zijn er combinaties die ook rekening houden met de hoogte van de zon. En er zijn enkelassige systemen die alleen de elevatie-as nodig hebben. In dit geval draait het systeem rond de horizontale as van oost naar west.

ontwikkeling scout: Welke trends zie je in de zonnetechnologie?

dr stil: Terwijl de klassieke fotovoltaïsche systemen steeds belangrijker worden voor privégebruik, zullen het de thermische zonne-energiecentrales zijn voor grote energieproductie vanwege hun betere efficiëntie. Momenteel wordt in de Verenigde Staten in de Mojave-woestijn een thermische zonne-energiecentrale gebouwd op basis van parabolische trogtechnologie. Of neem het Desertec-project, dat ook woestijnstroom produceert, speciaal voor Europa en zal het hele Middellandse Zeegebied beleveren. Het Desertec Industrial Initiative, DII, wil met dit project tegen 2050 vijftien procent van de energiebehoefte van Europa en een aanzienlijk deel van de elektriciteitsopwekking in Noord-Afrika en het Midden-Oosten dekken. Het is voor ons een belangrijk doel om hier onderdeel van uit te maken.

ontwikkeling scout: Zon is er genoeg, maar hoe kan de opgewekte energie uit de woestijn in de toekomst de Midden-Europeanen bereiken?

dr stil: Verliesarme energietransmissie is een kernonderwerp waar intensief aan wordt gewerkt. Als opgave voor de toekomst is dit vergelijkbaar met de technologische omslag van conventionele naar alternatieve energie. De Schaeffler Groep is indirect betrokken bij dit "transport" omdat voor de uitbreiding van deze energienetwerken hoogspannings- of middenspanningsborden en hun aandrijfsystemen nodig zijn, waarin onze lagers worden toegepast.

ontwikkeling scout: Welke lagertypes worden in al deze toepassingen gebruikt?

dr stil: De glijlagers spelen een grote rol, soms zelfs een grotere rolling. Bij gebruik in water zijn er twee fundamentele toepassingsgebieden en bijbehorende uitdagingen. Op het gebied van stromingskrachten hebben we vooral draaiende beweging, waarvoor rollagers eigenlijk wel geschikt zijn. Maar ook hier zijn hydrodynamische glijlagers denkbaar – met de wens om water als medium te gebruiken. De golfkracht daarentegen genereert meestal een zwenkbeweging en stelt in dit opzicht bijzonder hoge eisen aan de lagers: vanwege de lage snelheden en de constante omkering van de beweging lopen deze lagers over het algemeen onder gemengde wrijvingsomstandigheden. Daar hebben we al hele goede, onderhoudsvrije glijlagermaterialen voor, zoals Elgoglide, maar op voorwaarde dat de lagers goed afgedicht zijn.De systeemontwikkelaars willen natuurlijk graag watergesmeerde oplossingen. Er zijn echter geen lang beproefde principes voor "watersmering" onder deze toepassingsomstandigheden. Dit geldt in de eerste plaats voor rollagers, maar ook voor glijlagers. Zoals gezegd liggen hier de nieuwe uitdagingen voor het thema “energie uit de zee”. In de solarsector hebben we veel glijlagertoepassingen omdat hier langzame bewegingen, soms hoge belastingen en zwenkbewegingen worden gegenereerd. Vrijheid van onderhoud is een essentiële vereiste - naast Elgoglide zijn ook producten zoals Elgotex of metaal-polymeercomposieten verkrijgbaar.

ontwikkeling scout: Wind, water, zon, storm: hoe bereken je in het algemeen componenten waarvan de omgevingsinvloeden eigenlijk onvoorspelbaar zijn, die onderhoudsvrij moeten zijn en idealiter ook een leven lang moeten meegaan?

dr stil: Dat kun je niet precies berekenen. De levensduur kan worden berekend onder bepaalde voorwaarden, zoals voldoende afdichtingen of corrosiebestendige oppervlakken. Om dit te doen, hebben we een specificatie nodig die het type omgevingsomstandigheden en de resulterende collectieve belastingen en bewegingen definieert. In het geval van golfenergie zijn dit bijvoorbeeld de hoogte, het aantal per tijdseenheid en de afstand tussen de golven, die de bijbehorende belastingen en bewegingsverloop veroorzaken. Bij zonvolgsystemen spelen naast het benodigde aantal zwenkbewegingen ook de krachten van de systeemeigen massa en windbelastingen een rol. Omgevingsomstandigheden zoals stof, zand, vocht, water enzovoort kunnen ook relevant zijn voor de levensduur. Uiteindelijk is de theoretische berekening echter nog onderhevig aan omgevingsinvloeden.

Interview door Editor in Chief Angela Scheufler.