Mohammad Kharezy
Forskaren Mohammad Kharezy har konstruerat en prototyp som kan bidra till att göra det möjligt att direktansluta havsbaserade vindkraftsparker mot land, utan fristående transformatorplattformar.​​​​​​

Kompaktare teknik gynnar vindkraft till havs

​Kompakt, miljöanpassad och finurlig. Det är tre viktiga egenskaper hos den kraftelektroniska omriktare som industridoktoranden Mohammad Kharezy på forskningsavdelningen Elkraftteknik på Chalmers och forskningsinstitutet RISE håller på att utveckla.
I dagens havsbaserade vindkraftparker finns en eller flera transformatorplattformar anslutna till vindkraftverken för att samla ihop och omvandla den producerade elektriciteten till högspänd likström innan överföring sker via kabel in till land.

– Elomvandlingsplattformarna utgör en betydande del av investeringskostnaden för havsbaserad vindkraft, säger Torbjörn Thiringer, professor i tillämpad kraftelektronik vid Chalmers institution för elektroteknik. Det skulle därför vara en stor fördel om havsbaserade vindkraftparker kunde anslutas mot land med färre sådana plattformar, vilket är den bakomliggande tanken med det här konceptet. 

Alternativet till fristående plattformar är att istället placera utrustningen för elomvandling i själva vindkrafttornen, dels uppe i maskinhuset och dels även längre ner i tornen eller i en container på utsidan av tornen. 

Storlek och vikt har betydelse
– För att kunna installeras på tornen måste utrustningen krympas i storlek. Detta har vi av och till arbetat på under de senaste 20 åren. Tack vare prototypen som Mohammad Kharezy har konstruerat för sin licentiatuppsats har lösningen nu tagit ett betydande steg framåt, säger Torbjörn Thiringer.

Nyckeln är komponentens kompakta form och jämförelsevis låga vikt. Designen innebär att flera omriktare seriekopplas på högspänningssidan för att på så sätt få en hög likspänning. Eftersom de fysiska avstånden är små och potentialskillnaden stor måste den elektriska isolationsförmågan mot jord då vara mycket god, annars blir konsekvensen överslag och kortslutning. 

– Som isolationsmedium har jag använt en bionedbrytbar vegetabilisk olja, istället för fossilbaserad transformatorolja som vanligen används. Den senare dras med negativa miljörisker, säger Mohammad Kharezy. I kombination med cellulosamaterial är den här oljan lovande för att klara isolationsproblemet, dessutom har den tydliga miljöfördelar.

 Prototyp för frekvensomriktare


I elkraftlabbet på Chalmers, samt hos RISE i Borås, har Mohammad Kharezy byggt upp en prototyp för frekvensomriktaren, i skala 1:200. På bilden visas mätning av transformatorns kärnförlust med en precisionswattmeter. För detta experiment behövs en högfrekvensspänningsgenerator, ett California Instrument 4500LX PWM-omvandlare.




Goda erfarenheter för framtiden
Forskningen har finansierats av Energimyndigheten ​inom programmet VindEL 2017. Syftet är att bidra i omställningen till ett hållbart och förnybart energisystem genom forskning och utveckling som gör vindkraftteknik mer funktionell och konkurrenskraftig.

Forskarnas förhoppning är att få fortsatt finansiering för att kunna vidareutveckla konceptet för spänningsomvandlingen, samt att mer ingående kunna studera hur designen för isolationen kan förbättras för att funktionen ska bli mer förutsägbar. 

– Erfarenheterna av konceptet är hittills mycket goda, säger Mohammad Kharezy. Jag hoppas och tror att min forskning kan vara en del av lösningen för att i framtiden göra det möjligt att direktansluta havsbaserade vindkraftsparker mot land, utan att några stora och dyra fristående plattformar med transformatorstationer ska behövas.

Text: Yvonne Jonsson
Foto: Tatu Nieminen och Mohammad Kharezy​


Mer om forskningen
Ladda ner Mohammad Kharezys licentiatsavhandling:
A Novel Oil-immersed Medium Frequency Transformer for Offshore HVDC Wind Farms

Kontaktpersoner
Mohammad Kharezy, industridoktorand på institutionen för Elektroteknik på Chalmers, kharezy@chalmers.se

Torbjörn Thiringer, professor på institutionen för elektroteknik på Chalmers, torbjorn.thiringer@chalmers.se


Publicerad: ti 10 nov 2020.