E!113995 The project will deliver a 10kW scaled device, to exploit the turbine’s unique functionality

Målsetningen med prosjektet er å utvikle og teste en enkel vertikal turbin for å produsere elektrisk energi i tidevanns- og havstrømmer. Prosjektet har som mål å videreføre dagens TRL 3 laboratorietester opp til et TRL 6 nivå gjennom tester i et realistisk miljø. Prosjektets mål er å komme frem til en teknologi som kan møte eller overgå markedets forventninger til kostnadseffektiv produksjon av fornybar energi. Vårt hovedmål var å lage og teste en småskala (TRL6) turbin og om den var selvstartende. Turbinen er designet, bygget, testet og sammenlignet med teoretiske beregninger/simuleringer. Turbinen starter selv på grunn av sine spiralformede blader og krever derfor ingen startmotor. De teoretiske beregningene viser at effektpotensialet for modellen er 5 kW ved normale tidevannsstrømmer og kan skaleres til 1 MW for reell størrelse. Vår visjon er en enkel, minimalt vedlikehold med en 25-års designlevetid. Vi vil oppnå dette ved å bruke Darrieus turbin, som er en turbindesign spesielt egnet for marine applikasjoner. Hovedårsaken er at vann har mye mer kinetisk energitetthet enn luft. Derfor er bladlengder i hydrauliske turbiner kortere enn i vindturbiner, i forhold til størrelsen på sentralnavet og generatoren. Dette betyr at navetap typisk er mye større i marine turbiner enn vindturbiner. Darrieus-turbinen unngår navetap ved å plassere "navet" ved bunnen av enheten, vekk fra strømningsbanen. I en roterende Darrieus-turbin endres bladvinkelen alltid ettersom bladet gjør fremskritt om den sentrale turbinaksen. Imidlertid kan bladvinkelen optimaliseres når som helst i fremdriften hvis bladet kan rotere uavhengig om sin egen akse. Dette er analogt med at en seilbåt kan hente kraft fra vinden mens den seiler (nesten) hvilken som helst retning (bortsett fra direkte mot vinden). Å oppnå uavhengig bladvinkeljustering i en Darrieus-turbin med aktive kontroller (dvs. en motor ved hvert bladfestepunkt) vil føre til en kostbar og kompleks turbin. Vår innovasjon bruker en passiv, fjærlignende fleksibilitet i bladene eller skjøtene deres for å produsere omtrent den samme effekten, og et effektivitetsnivå som er overlegent en Darrieus-turbin med fast blad. Dette forbedrer levetiden og MWh produsert uten å øke CAPEX eller OPEX risiko. Hydrowatt’s evne til å starte selv i lave strømninger representerer en viktig fordel. Dette øker belastningsfaktoren vår (tid som genererer elektrisitet) og reduserer CAPEX per MWh generert. Designet vårt bruker en Darrieus-turbin med vertikal akse, der det ikke er noe sentralt nav, og generatoren er plassert ved basen, vekk fra væskestrømmens bane. Mens Darrieus-turbinen tilbyr marginale fordeler i vindapplikasjoner, gjør de store navetapene forbundet med hydrauliske turbiner fordelene med Darrieus-turbinen svært betydelige i marine applikasjoner. Det viktigste er at designen vår er ganske enkel, uten girkasse, ingen aktiv bladstigningskontroll og ingen girkontroll.

After having completed the test, we have three main take outs: 1. The turbine as it is designed have excellent capabilities of self-starting. It started at water velocity as low as 0,2 meter/second. 2. We where able to produce energy in the equivalent of 7 kW/h at a speed of 1 meter/second. This is slightly over our expectations and give great motivation to further develop the technology. 3. We did see some turbulences and flow behavior that leads us to believe that there are room for further development of the technology. Known and published data for calculating turbines in slow moving water are not common. Most data refer to air as the medium. We have learned that data from air simulations cannot be directly transferred on to our situation with water at low velocity.

The goal of this project is to research and develop a novel vertical-axis tidal stream power generation device based on our TRL3 laboratory proof of concept, achieving a TRL-6 prototype characterised through performance trials in an ocean environment. We will use our expertise in the North Sea oil & gas industry to deliver a 25-year maintenance-free design life, making this device a gateway to our planned next step, a 30kW (1st generation) commercial device. To reduce maintenance, the turbine will use a simple yet innovative Darrieus design with a single moving part and one external seal. (See Annex.) This will provide a direct drive to a generator featuring a patented non-contact magnetic gearbox, further reducing complexity. To offer competitive performance and self-starting capability versus more complex turbines, this device will feature highly innovative flexing blades capable of passively changing the angle of attack to maximise energy extraction through a range of flow conditions. The main result of the project will be a 5kW demonstrator device tested and validated in the marine environment. Accelerated life testing and operational data will validate a maintenance free design life of 25 years (95th percentile), similar to successful sub-sea devices for the oil and gas industry. The demonstrator data will provide input to a revised business plan, based around three alternative business models designed to maximise the commercial opportunity. The results of this project will build on patents and our proof-of-concept device. We will generate new knowledge in the areas of flexible blade design. The choice of optimal blade flex, the implementation (materials and geometry), generator geometry and torque/speed characteristics will be researched. The result will be a turbine that can match or exceed the cost-efficiency of existing, more complex, turbines, but with a world-leading 25-year service life and maintenance/downtime costs 90% lower than for competitors.