Mänskliga hjärtat inspiration för ny vågkraftteknik

Grundprinciperna för Stig Lundbäcks idéer finns i en avhandling från 1986, där han beskriver det mänskliga hjärtats pump- och autoregulatoriska funktion som en "Dynamic Adaptive Piston Pump (DAPP)". Den upptäckten stred mot tanken vid tiden om hjärtat som en klämpump. Det är också grunden för mycket av det som Stig Lundbäck sedan ägnade sitt liv åt.

Första kontakt

Det var 2011 som Stig Lundbäck första gången kom i kontakt med InnoEnergy, ett europeiskt initiativ för att stödja nya företag inom hållbar energiproduktion. Vid den tiden hade Stig Lundbäck redan ägnat ett par år åt att fundera över hur hans idéer om hjärtats funktion kunde användas för att utvinna energi från havsvågor.

Experter på InnoEnergy såg potentialen i Lundbäcks idéer, men var inte redo att gå vidare, eftersom de insåg att de behövde balansera Lundbäcks ständiga ström av idéer med någon med mer struktur på arbetet och som hade erfarenhet av att bygga företag.

Mannen som fick uppdraget var Patrik Möller. Han hade tidigare ägnat mer än tio år åt att bygga upp företag inom halvledarindustrin efter att ha tagit en ingenjörsexamen från Lunds universitet och UC Berkeley i Kalifornien. Då, 2011, var han redo för nya utmaningar.

Tillsammans med InnoEnergy startade han ett projekt för att närmare undersöka potentialen. Detta ledde till nära kontakter med en kader av experter inom olika områden i hela Europa som varit inblandade i tidigare försök med vågenergi.

– Förutom hans ursprungliga idéer var Stigs bidrag viktigt i företagets tidiga utveckling. Utan honom skulle det inte finnas något CorPower Ocean, säger Patrik Möller.

– Nyckeln till vår framgång har sedan varit förmågan att attrahera ytterligare uppfinningar samtidigt som vi byggt ett team av erfarna ingenjörer och forskare som kan kombinera flera innovativa teknologier med ett systematiskt tillvägagångssätt. Det har tagit flera generationer av prototyper och miljontals datorsimuleringar för att utveckla dessa initiala idéer till robust industriell teknik.

Forskning från Trondheim

För att vågenergi ska ge ett betydande bidrag till att tackla klimatförändringarna måste tekniken vara framgångsrik i två avseenden: den måste kunna motstå havsstormar och den måste generera tillräckligt med energi i förhållande till utrustningens storlek, vikt och kostnad.

Enkelt uttryckt kan man säga att Stig Lundbäcks uppfinning adresserar stormöverlevnad genom att skydda vågenergiomvandlaren (Wave Energy Converter, WEC) i stormar, på samma sätt som bladen på en vindkraftsturbin ställer om sina blad i stormar för att undvika överbelastning.

Efter att ha verifierat stormöverlevnad i en första omgång av prototyptester fokuserade CorPower på frågan om hur effektiviteten i elproduktionen skulle kunna öka jämfört med kända lösningar. Patrik Möller hittade svaret i Norge. Där hade forskare gjort tester med vågenergi under lång tid. Bland dem var Johannes Falnes och hans kollega Dr. Jørgen Todalshaug, som vid den tiden var verksamma vid NTNU (Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet) i Trondheim.

Baserat på forskning om hydrodynamik för vågenergibojar som har bedrivits sedan 1970-talet, kläckte Jørgen Todalshaug en idé om en ny typ av styrteknik som använder en negativ fjäderfunktion. I samarbete med CorPower genomförde han olika tester där de kombinerade denna lösning med företagets kärnteknologi.

Det var mycket framgångsrikt, och genom tanktester på Ecole Centrale Nantes lyckades man visa hur denna kombinerade teknik både kunde stå emot extrema stormvågor samtidigt som genereringen i normala vågor visade sig kunna leverera fem gånger så mycket energi i förhållande till mängden maskineri jämfört med tidigare kända vågenergilösningar. Sedan detta genombrott 2014 har företaget fortsatt att förfina och skala upp tekniken till kommersiell skala.

Stor energiomställning framför oss

Statistik från Enerdata visar att mer än 80 procent av världens energiproduktion 2022 härrörde från fossila källor som olja, kol och gas. Denna andel måste minskas dramatiskt för att nå målet om en maximalt 1,5 graders ökning av den globala medeltemperaturen, vilket 193 länder kom överens om i Parisavtalet 2015.

Utbyggnaden av vindkraft och solenergi är i full gång på många platser i världen, även om dessa fortfarande står för en liten del av den totala elproduktionen. Bidraget från vågenergi är i princip obefintligt – än så länge.

En viktig egenskap hos vågenergi är att den har en mycket jämnare och mer förutsägbar genereringsprofil, vilket gör att den kan kombineras med vind och sol för att leverera en stabil blandning av ren energi. Vågorna från världens stora hav anländer på många platser till kusterna oavsett vilken riktning de lokala vindarna blåser eller om solen är ute vid en given tidpunkt.

– Balanseringen av variationer i solenergi och vindkraft är en av de viktigaste frågorna att lösa för att uppnå helt förnybara energisystem runt om i världen, säger Patrik Möller. För att kunna leverera förnybar el under alla timmar på året och möta det ökade behovet av elektrifiering under de kommande decennierna behövs en stabil mix av rena energikällor. Vågenergi kan bidra till stabilitet i den rena energimixen och ta den roll som fossila bränslen haft historiskt.

Han ser en stor potential för vågenergi, särskilt på Europas västkuster, Nord- och Sydamerika, Indonesien, Indien, södra och västra Afrika och Australien. Många önationer har också goda vågförhållanden – det vill säga dyningar som skapas från flera vädersystem, under lång tid över stora hav. Värdet på vågenergi är störst i regioner med sådana dyningar, som resulterar i en konsekvent och kompletterande produktionsprofil med liten eller ingen korrelation med vind- eller solenergi.

Ett antal oberoende studier visar att vågenergi har potential att stå för upp till 10 procent av den globala efterfrågan på elektricitet, det vill säga någonstans runt 500 GW eller 2 300 terawattimmar (TWh), vilket är ungefär lika mycket som all dagens vattenkraft och mer än all kärnkraftskapacitet globalt.

Bygga företaget i fem steg

Sedan starten 2012 har CorPower Ocean utvecklats till ett företag som Patrik Möller idag anser är ledande inom sitt område, med över 80 anställda med 17 olika nationaliteter. Jørgen Todalshaug från NTNU, kom till företaget 2015 som Lead Scientist, och det är också hans idéer som ligger till grund för den teknik som nu kallas WaveSpring, och som är en av grundpelarna i konceptet.

Ledande energibolag som irländska ESB, Energias de Portugal (EDP), italienska Enel Green Power och Irish Simply Blue Group arbetar med företagets teknik- och demonstrationsprojekt. Världens största rigg för torrtestning av vågenergikonverterare (WEC) har byggts av CorPower Ocean i samarbete med ABB. Den finns i företagets lokaler i Västberga i södra Stockholm.

– Vi avslutar steg fyra i vår femstegsprocess för att demonstrera vågenergi som en robust källa till ren energi. Den första kommersiella WEC – C4 – installeras framgångsrikt i norra Portugal och har redan visat bevis på stormöverlevnadsförmåga. Närmar vi oss det femte steget med självförtroende och kunskap för att driftsätta i full skala, säger Patrik Möller.

Företaget har bevisat att tekniken fungerar i flera faser med prototyptester och tar nu steget till kommersiell skala med C4-enheten som levererar el till det portugisiska nätet. Flera stora energibolag deltar i demonstrationsprojektet och arbetar parallellt med att förbereda platser för kommersiella vågenergifarmar med sikte på att de ska komma i drift från 2027 och framåt.

För att kunderna ska kunna använda traditionell projektfinansiering för stora, kommersiella farmar, önskar de certifiering av tillgänglighet och prestanda från en oberoende tredje part. C4-enheten och motsvarande i nästa generation (C5) bidrar till att CorPower kan samla in minst de 8 000 timmars driftdata som krävs för typcertifiering.

Tidig finansiering för projektet kom från EIT InnoEnergy och Energimyndigheten och genom åren har offentliga investerare från Sverige, Portugal, Skottland och EU stött bolaget. Ägarbasen har efterhand breddats och omfattar idag, förutom grundarna, flera investerare, bland annat SEB:s riskkapitalenhet SEB Greentech VC, CoreSpring Technology, ALMI Invest Greentech, InnoEnergy och Sierra Global;

Flytande vindkraft till havs en välsignelse

2020 fick flytande vindkraft till havs ett stort kommersiellt genombrott. Omfattande planer har nu tagits fram för sådana vindkraftsparker runt om i världen. För vågenergi är detta en möjlighet att påskynda utbyggnaden, eftersom de två kompletterar varandra och tillsammans kan ge en jämnare generering som kan säljas till ett högre pris. Kombinerade vind- och vågenergiparker kan också dela kostnaden för överföringsinfrastruktur, få högre utnyttjande av havsområden och dra nytta av gemensamma tillståndsprocesser och serviceteam för underhåll.

Patrik Möller beskriver hur kluster av CorPower Oceans Wave Energy Converters, kallade CorPacks, kan placeras i direkt anslutning till rader av havsbaserade vindkraftverk. Varje CorPack med 25 bojar kommer att generera cirka 10 megawatt el. Detta motsvarar ungefär kapaciteten hos ett modernt vindkraftverk till havs. CorPowers teknologi använder havsytan effektivt och kan leverera ungefär tre gånger mer kapacitet per kvadratkilometer jämfört med havsbaserad vind.

Vågenergiparker kan också installeras fristående. En stor fördel är att bojarna är små i förhållande till vindkraftverk och därigenom kan placeras närmare kusten utan att störa utsikten eller havsmiljön, vilket underlättar tillståndsprocesser. Vindkraftverk är ofta placerade minst 20 kilometer från kusten, medan vågenergibojar kan placeras bara ett par kilometer ut. Detta gör infrastrukturen för överföring till land billigare och tillgången till service snabbare. 

Dags att bygga produktionskapacitet

I och med lanseringen av den första kommersiella C4-maskinen 2022, arbetar CorPower Ocean nu för att säkerställa leveranskapacitet för att kunna skala upp från prototyper till volymproduktion. Kärnan i systemet – det så kallade Power Take-Off (drivlina) – kommer att göras i Sverige, både i form av egen montering och hos underleverantörer. CorPower samarbetar med bland annat Blue Future i Kristinehamn, som är beredda att skala upp sin monteringskapacitet.

Mycket av den övriga tillverkningen kommer att ske lokalt nära de platser där utrustningen ska installeras. Bojskroven, med en diameter på 9 meter, är tillverkade med en innovativ teknik där kompositmaterial vävs i en helautomatisk process. Ett koncept bestående av mobila fabriksceller har utvecklats och demonstrerats med C4-bojen i Portugal, där CorPower har byggt ett team med experter på komposittillverkning. 

För att leverera vågenergiparker till kunderna kommer dessa mobila fabriksceller att flyttas dit de behövs för tillfället. Där kan de producera det antal skrov som behövs för projektet och sedan flyttas över till nästa projekt. Detta kommer att möjliggöra kostnadseffektiv tillverkning och lokala jobb samtidigt som man undviker betydande transportkostnader och relaterade koldioxidutsläpp. 

Den övriga utrustningen för förtöjning och förankring av bojarna, samt infrastrukturen för att överföra el till land kommer också att tillverkas av lokal försörjningskedja i närheten av respektive vågenergipark. Dessa delsystem är också baserade på teknologi utvecklad av CorPower. 

Med alla bitar på plats räknar CorPower Ocean under de kommande åren med att utvecklas från ett utvecklingsföretag till en stor industriell aktör inom energiproduktion. 

– Vi bygger CorPower Ocean till ett nytt Vestas för vågenergi och siktar på att bli en betydande industriverksamhet i Sverige, Portugal och på flera andra platser i Europa. Vi är på god väg. I år har vårt fokus varit på att få vår första maskin i kommersiell skala utplacerad i Portugal och nu ska vi bevisa vad ingen hittills har kunnat bevisa, att vi kan utnyttja haven för att tillhandahålla ren, pålitlig och kostnadseffektiv el i stor skala, säger Patrik Möller. 

Det danska vindkraftsföretaget Vestas världsledande inom sitt område och värderas just nu till cirka 21 miljarder euro på Köpenhamnsbörsen.

Läs mer om CorPower Ocean: corpowerocean.com

Artikeln publicerades ursprungligen 25 oktober 2022. Uppdaterad 9 november 2023.
Text: Magnus Hansson