Leading technology in slow tidal currents - a vast field of use - dependable and clean energy resource

imagesCA182DADThe Valorka turbines are a new technology, intended to harness the vast power of tides in the coastal areas.  Not only the fast flowing currents within narrow fjords and straits, but also the slower currents by capes and shallows.  Latest steps in development confirm these expectations.  The Valorka turbines got the approval of the IFIA as the world´s best when granted the International Inventors Awards in 2009.

The Valorka turbines are in many ways different from the propeller type turbines, most commonly being developed.  They are intended to harness currents of less velocity than 2 m/sec, even less than 1 m/sec, while propeller-type turbines need a current velocity in excess of 2,5 m/sec.  Such strong currents are only found in relatively few channels while Valorka turbines may be used in wide areas outside the coasts all over the world.  Since such slow currents are not as rich in energy, the turbines must be cheaper in production and use.  This is a challenge which calls for a new approach in development.  At the present Valorka is in the forefront of this technology. The primary goals of the Valorka turbines design are „usefulness, simplicity and rugged design“.   This kind of turbines is sometimes referred to as „crossflow turbines“.  More on the technology here....

Along with this development program, Valorka ehf is planning a research program.  This is the pioneering project of measuring velocity and behaviour of tidal currents all around Iceland´s coast.  The goal is to gather enough information to evaluate this energy source as a whole, and at the same time to find the places most suitable for tidal plant operation.  The Icelandic government has been watching this initiative closely and is now forming a governmental strategy on ocean energy, based on the pioneering work of Valorka.

 

Valorka ehf.
Skógarbraut, 1104
235 Reykjanesbær

Vinnustofa: Eldey, 235 Reykjanesbær
Sími: 426 5900 og 862 2345
Netfang: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.valdimar 2

Valdimar Össurarson, framkvæmdastjóri
verkefnisstjóri og eigandi hugverka

 

 

Samstarfsaðilar og sérfræðingar:

I.  Tækniþróun og hönnun:

Valgeir Páll Björnssonvalgeir
útskriftarnemi í umhverfis- og orkutæknifræði við HÍ
tæknileg aðstoð og vinna að eigin verkefni

halldor palsson

Halldór Pálsson Ph.D, dósent í vélaverkfræði við HÍ
aðalráðgjafi tækniþróunar

Vigfús Arnar Jósepsson, verkfræðingur hjá Verkísvigfus arnar josepsson
verkfræðileg ráðgjöf

hamid

Hamid Jamshidnia Ph.D. verkfræðingur
ráðgjöf á sviði straumaflfræði


Jóhann Eyvindsson; járnsmiður og stálvirkjahönnuðurjohann eyvindsson
hönnun, járnsmíðar; aðstoð við prófanir o.fl.

ingvar magnussonIngvar Magnússon, verkfræðingur hjá Viz ehf
hönnun og teiknun

 


Einnig:
Jóhann Björgvinsson vélaverkfræðingur; hönnun og teiknun
Kristján Björn Ómarsson hugvitsmaður; ráðgjöf við hönnun
Jens Tómasson, rennismiður; ýmis ráðgjöf
Árnason Faktor; ráðgjafaþjónusta á einkaleyfasviði

2.  Prófanir
Fjölbrautaskóli Suðurnesja og Veiðarfæraþjónustan í Grindavík; lán á prófunarkeri
Lárus Pálmason netagerðameistari og framhaldsskólakennari; ráðgjöf og aðstoð
Sveitarfélagið Hornarfjörður/ Hornafjarðarhöfn; aðstaða til prófunar; ýmis aðstoð

3. Sjávarorkurannsóknir:

hedinn valdimarsson


Héðinn Valdimarsson haffræðingur Hafrannsóknastofnunar
ráðgjöf á sviði sjávarstrauma

Sveitarfélagið Hornafjörður/  bæjarstjóri
Háskólinn á Akureyri/ Steingrímur Jónsson haffræðingur og prófessor
Háskólinn í Færeyjum/ Fróðskaparsetur Föroya/ Bardur Niclasen haffræðingur
Verkís hf/ Ólöf Rós Káradóttir verkfræðingur

4.  Alþjóðasamskipti
Ketill Sigurjónsson; lögfræðingur og sérfræðingur í orkumálum
Elinóra Inga Sigurðardóttir ráðgjafi í nýsköpun og frumkvöðlastarfi

5.  Fjármál
Bókhaldsstofan Þrastarlundur/ Guðbjartur Össurarson; ráðgjöf og aðstoð
KPMG/ Jón S. Helgason, lögg. endurskoðandi; endurskoðun og ráðgjöf
Netbókhald.is ehf/ Barbara Wdowiak; aðstoð og vistun

6.  Vefsíða og markaðsmál
Auglýsingastofan Dagsverk ehf.  www.dagverk.is / Kristján Þór Árnason; vefhönnun, lógó o.fl.
Græna gáttinn, kvikmyndagerð/  Jón Axel Egilsson; kynningarefni
Jóhann Eyvindsson; teiknun

7.  Styrkir og framlög
Helsti styrktaraðili:  Tækniþróunarsjóður Rannís
Aðrir sem styrkt hafa verkefnið:
Orkusjóður
Alþingi
Íslandsbanki
IFIA / SUF

 

Sjávarfallaorka er endurnýjanleg orkulind og að öllum líkindum áreiðanlegasta orkulind jarðar.  Sjávarfallaorka er mjög umfangsmikil og hana má nýta án nokkurra þekktra umhverfisáhrifa.  Hingað til hefur vantað samkeppnishæfa tækni til nýtingar þessarar orku, en hún er nú í sjónmáli, m.a. með tilkomu Valorka hverfilsins.  Ríki heims beina nú augum að þessari orkulind í síauknum mæli, um leið og þau stefna að minnkandi notkun jarðefnaeldsneytis.  Að öllum líkindum er sjávarfallaorka langstærsta orkulind Íslands, en hingað til hefur bæði skort rannsóknir og stefnu á þessu sviði.

Um sjávarföllin

Meirihluti yfirborðs jarðar er sjór, en höf þekja meira en 70% yfirborðsins.  Rúmtak sjávar er einnig gífurlega mikið, eða um 14 sinnum meira en rúmmál alls lands ofan sjávarmáls.  Höfin hafa mjög mikla þýðingu og áhrif, t.d. fyrir lífið og þróun þess og fyrir veðurfar til lengri og skemmri tíma.  Vatnið í höfunum er á sífelldri hreyfingu vegna margra krafta sem á það verka.  Helstu straumar í heimshöfunum eru af tvennum toga:  Annarsvegar verða miklir hafstraumar vegna vinda sem blása á yfirborðinu.  Samspil strauma vinda, seltu og hitafars eru flókin og gagnverkandi, en fleiri þættir hafa þar áhrif s.s. snúningur jarðar og botnlag.  Hinsvegar eru svo sjávarföllin, en þeim veldur einkum nágranni okkar í geimnum; Tunglið. 

sjavarfollTunglið og  jörðin toga hvort í annað, og það tog heldur m.a. tunglinu á braut sinni.  Tog tunglsins veldur einnig dálítilli hækkun sjávarborðsins á þeim hluta jarðar sem veit að tungli.  Við snúning jarðar færist þessi bunga eftir yfirborðinu, en ýmsir þættir hafa áhrif á það ferðalag.  Önnur bunga verður á yfirborði sjávar hinumegin á jörðunni; í þá átt sem snýr frá tungli.  Orsakir hennar eru einkum þær að þar gætir togs tunglsins minnst, þannig að miðflóttaafl jarðarsnúningsins nær að þrýsta haffletinum í bungu.  Þar sem snúningur jarðar er 24 tímar en umferðartími tungls 29,53 dagar (m.v. sól) ganga lönd jarðar um þessar víðáttumiklu bungur og sjórinn hækkar og lækkar við strendur.   Við upplifum þetta ferli sem flóð og fjöru, eða öðru nafni sjávarföll.  Mörg atriði valda því að sjávarföll eru með misjöfnum hætti eftir staðsetningu.  Sjávarfallabylgjan mætir ýmsum hindrunum á leið sinni.  Meginlöndin hafa áhrif; miklir hafstraumar sömuleiðis; snúningur jarðar; dýpi o.fl.  Sumsstaðar gætir sjávarfalla alls ekki, meðan aðstæður valda því annarsstaðar að mismunur flóðs og fjöru verður allt að 17 metrar.  Sumsstaðar verður flæði einu sinni á sólarhring meðan annarsstaðar gerist það tvisvar. 

Tunglið er ekki eini himinhnötturinn sem hefur áhrif á sjávarföllin.  Aðdráttarafl Sólar hefur mun minni áhrif, en veldur því þó að munur flóðs og fjöru er mismikill eftir afstöðu þessara hnatta.  Þegar jörð tungl og sól mynda nokkurnvegin beina röð í geimnum verður sjávarfallabylgjan stærri, sem veldur meiri mun á flæði og fjöru.  Við nefnum það stórstreymi, en smástreymi nefnist þegar sveiflurnar eru minnstar.  Þessar sveiflur fylgja umferðartíma tungls.  U.þ.b. tvisvar í mánuði verður stórstreymt og tvisvar smástreymt.

Að virkja sjávarfallaorku

rastir island

Sjávarfallastraumurinn verður hraðastur og öflugastur þar sem annes og landgrunn þrengja að, og einnig í þröngum sundum.  Við köllum þetta rastir, og þær geta orðið hættulegar sæfarendum.  Dæmi um öflugar annesjarastir við Ísland eru Reykjanesröst, Látraröst, Straumnesröst og Langanesröst.  Dæmi um röst í sundi innfjarðar er Röst í Hvammsfirði, sem er líklega straumþyngsta röstin við Ísland.   Engar vísindalegar mælingar hafa enn farið fram í annesjaröstum hérlendis.  Kortið hér að ofan byggir annarsvegar á reynslu sjófarenda og hinsvegar á reiknigrunni heildarmassa.  Það gefur nokkra hugmynd um þá staði sem líklega munu leggja Íslendingum til mesta orku í náinni framtíð.  Valorka vinnur nú að því, í samvinnu við Hafrannsóknastofnun og fleiri aðila, að hefja mælingar á straumum til þess annars vegar að meta heildarumfang sjávarorku og hinsvegar greina heppilega virkjanastaði.

Raforkuframleiðsla úr sjávarfallastraumum hefur ýmsa kosti.  Sjávarfallaorka er að öllu leyti endurnýjanleg orka; hún er fyrirsjánleg og útreiknanleg, svo lengi sem tunglið er á sinni braut og höfin breytast ekki; og því tryggasta og fyrirsjáanlegasta form endurnýjanlegrar orku sem hugsast getur.  Fyrir hvern stað er unnt að reikna orkuframboðið út margar aldir fram í tímann. Hér er því ekki um ófyrirséða og óreglulega framleiðslu að ræða, líkt og vindorku; ölduorku, sólarorku, vatnsfallaorku og jarðhitaorku.  Allir eru þeir orkugjafar óáreiðanlegir og illa útreiknanlegir, þó í mismiklum mæli sé.   Sú er ástæða orkuskerðingar sem stórnotendur orku hérlendis þurfa iðulega að sætta sig við.  Þá er það ekki síðri kostur að unnt er að virkja sjávarföll án nokkurra þekktra umhverfisáhrifa.  Þetta á að vísu ekki við um allar tegundir sjávarfallavirkjana, t.d. geta stífluvirkjanir haft mikil áhrif á náttúrufar.  Hinsvegar munu hverflar sem eru utan fjarða og sunda; alveg á kafi og lagt með tilliti til viðkvæmra svæða ekki hafa áhrif á umhverfið.  Í þann flokk falla hverflar alorku.  Hagkvæmni sjávarfallavirkjana hefur ekki verið samkeppnisfær við önnur virkjanaform ennþá; enda ekki við því að búast meðan tæknin er á byrjunar- og þróunarstigi.  Allt bendir til þess að þessar virkjanir verði mjög hagkvæmur valkostur þegar fjöldaframleiðsla hefst og samkeppnisgrundvöllur verður heilbrigður á þessu sviði.

Skipta má sjávarfallavirkjunum í þrjá meginflokka eftir eðli þeirra og nýtingarsvæðum:

  1. Stífluvirkjanir byggjast á því að nýta hæðarmun flóðs og fjöru.  Þá er stífla gerð í mynni fjarðar eða við árós og í hana settur hverfill.  Síðan er nýttur sá hæðarmunur sem flóð og fjara orsakar til að knýja þennan hverfil.  Með tveimur eða fleiri lónum má skapa nokkuð stöðugt rennsli.  Þessu virkjanaformi fylgja töluverð umhverfisáhrif, auk þess sem kostnaður er verulegur.  Fyrsta og stærsta sjávarfallavirkjun heims er af þessu tagi, en hún er við La Rance í Frakklandi; hóf framleiðslu árið 1966 og framleiðir um 240 MW.  Aðrar slíkar virkjanir eru t.d. í Kanada og Rússlandi.  Unnið hefur verið að athugunum á svona virkjunum hérlendis, t.d. með þverun Þorskafjarðar í tengslum við vegagerð.
  2. Sundavirkjanir eru í straumhörðum sundum, þar sem straumhraði verður um og yfir 2,5 m/sek.  Yfirleitt eru þá notaðir skrúfuhverflar, en einnig svonefndir darrieus og gorlov hverflar.  Í þessum straumhraða verður orkuþéttnin mikil á hverja flatareiningu, og því eftir mikilli orku að slægjast.  Hinsvegar eru þessir staðir tiltölulega sjaldgæfir; tæki þurfa að vera mjög sterkbyggð og tilkostnaður er verulegur.  Virkjanamannvirki eru að mestu eða öllu leyti undir yfirborði, og umhverfisáhrif eru talin mun minni en stífluvirkjana.  Nokkrir hverflar á þessu sviði eru nú í tilraunakeyrslu, t.d. MCT/Seagen; Verdant Power og Morild, en engin virkjun hefur verið starfrækt fyrir notendamarkað.
  3. Strandvirkjanir eru þær sjávarfallavirkjanir sem staðsettar verða utan sunda og þröngra fjarða; líklega helst í röstum við annes eða annarsstaðar þar sem straumþungi er meiri en úti á rúmsjó.  Orkuvinnsla í straumhraða sem hér um ræðir, ca 1 til 2 m/sek, krefst stórra átaksflata og minni orkuþéttni krefst aukinnar hagkvæmni.   Líkur eru á að virkjanir í þessum flokki verði alfarið neðansjávar.  Virkjanasvæði af þessum toga eru gífurlega umfangsmikil víða um heim, og því er hér um óhemju stóran markað að ræða fyrir þá tækni sem fyrst reynist kemst á markað og raunhæf reynist.  Ennfremur er unnt að virkja á þessum slóðum án allra umhverfisáhrifa, sé tekið nægt tillit til viðkvæms botnlags og veiðisvæða.  Snúningur hverfla er svo hægur að sjávardýrum er engin hætta búin.  Nokkrar gerðir hverfla í þessum flokki hafa komið fram.  Ennþá er þó ekki vitað um neina sem hefur meiri möguleika en Valorka hverflarnir.  Hér má sjá meira um Valorka hverflana

Eins og áður sagði er sjávarfallaorka fyrirsjáanleg langt fram í tímann og því einn áreiðanlegasti orkugjafi sem völ er á.  Reglubundnar sveiflur eru samt verulegar í orkuframleiðslunni á hverjum stað vegna sjávarfallanna.  Þannig stöðvast orkuframleiðslan um tíma á „fallaskiptum“, þar sem sjávarföllin breyta um stefnu frá flæði til fjöru og öfugt.  Staðbundið er með hvaða hætti þetta gerist, en sveiflur verða allsstaðar þar sem sjávarfallastraums gætir.  Ýmis ráð eru til að „brúa“ þetta framleiðslustopp.  Til dæmis má víða nýta það að fallastraumurinn er ekki á sama tíma við strendur; virkja á nokkrum stöðum og fá stöðuga orkuöflun með samtengingu virkjananna.  Þannig mætti fá stöðuga orku hérlendis ef samtengdar væru virkjanir við Vestfirði; Austfirði og Reykjanes.  Annað ráð er að keyra sjávarfallavirkjanir til móts við vatnsaflsvirkjanir.  Á þann hátt væri sparaður vatnsforði í lónum vatnsaflsvirkjana yfir fallið, en gengið á hann á fallaskiptum.  Fleiri aðferðir má nota, s.s. að hita kyndingarvatn með sjávarfallaorku, en í þeim efnum skiptir stutt framleiðslustöðvun litlu máli.  Ennfremur má framleiða orkumiðla til sveiflujöfnunar, s.s. vetni.

Líkast til verða fyrstu og hagnýtustu not sjávarfallavirkjana þau að afla orku á dreifðum byggðum sem erfitt hefur verið að tengja landsneti.  Hérlendis mætti t.d. horfa til Vestfjarða í þeim efnum. Þau tæknilegu vandamál sem helst eru óleyst varðandi sjávarfallavirkjanir snúa annarsvegar að raunhæfi hverfla og hinsvegar að aðferðum við niðursetningu og umhirðu virkjananna.  Nú þegar hafa fjölmörg vandamál verið leyst.  Búnaður til rafmagnsframleiðslu neðansjávar er þegar fyrir hendi og á markaði.  Rafmagn frá sjávarfallavirkjunum verður líkast til leitt til lands með köplum á sjávarbotni í spennu- og tengivirki á ströndinni.  Leita þarf leiða á hverjum stað til að koma köplum á tryggan hátt gegnum brimrót á grunnsævi, e.t.v. með skáborun. Mörg vandamál við festingar og umhirðu mannvirkja neðansjávar hafa einnig verið leyst, t.d. í tengslum við olíuboranir á rúmsjó.  Sjávarfallavirkjanir þurfa helst að vera á nokkru dýpi undir yfirborði til að losna við yfirborðshreyfingu sjávar.  Þá þurfa þær einnig að vera nokkuð hátt yfir sjávarbotni; annarsvegar til að losna við botnrek og hinsvegar vegna þess hve straumur er mikið hægari við botninn.  Því má gera ráð fyrir að strandvirkjanir verði vart á minna sjávardýpi en 30-50 metrum. 

Sjávarfallavirkjanir og hagsmunir Íslendinga

Íslendingar hafa verulegra hagsmuna að gæta varðandi þá öru þróun sem nú er í nýtingu sjávarfalla.  Stjórnvöld þurfa þess vegna að fylgjast vel með; móta sér raunhæfa stefnu og nýta tækifæri sem gefast.  Íslenskir hagsmunir eru einkum af tvennum toga:

A. Gera má ráð fyrir að sjávarfallaorka sé langstærsta orkulind Íslendinga.  Þó enn vanti rannsóknir hérlendis því til sönnunar, má leiða að þessu sterkum líkum með samanburði við önnur nálæg lönd.  Nýlega gerðu írsk stjórnvöld vandaða og umfangsmikla athugun á sjávarorku við Írlandsstrendur.  Niðurstaðan var sú að heildarumfang sjávarfallaorku þar væri um 230 TWst/ári (TWst=terawattstund=1 milljón kWst) .  Sé sú niðurstaða umreiknuð á Ísland m.v. mismunandi flatarmál landanna kemur í ljós að hér er heildarumfang sjávarfallaorku líklega 337 TWst/ári.  Til samanburðar telur Orkustofnun á heimasíðu sinni að virkjanleg vatnsfalla- og jarðhitaorka Íslands sé samanlagt um 123 TWst/ári.  Slíkur samanburður eftir flatarmáli er vissulega umdeilanlegur, en þó kemur í ljós að hann er í furðu góðu samræmi við niðurstöður rannsókna á sjávarfallaorku í Bretlandi og við norðanverðan Noreg.  Hér er það einnig að athuga að líkast til er vatnsfalla- og jarðhitaorka hérlendis ofmetin, í ljósi þess hve virkjanir af þessum toga verða sífellt umdeildari vegna vaxandi vægis umhverfissjónarmiða.  Þegar tekið er mið af hinni öru þróun sem nú er á sviði virkjanatækni; knúin áfram af kröfu uppýstra neytenda um hreina orku, þá má fullyrða að fáir áratugir muni líða þar til sjávarfallaorka verður viðurkennd sem ein mikilvægasta orkulind Íslendinga.  Því veldur furðu það fálæti sem íslensk stjórnvöld hafa hingað til sýnt þessari orkulind.  T.d. er vart minnst á hana í fyrirliggjandi drögum að nýrri (feb.2011) orkustefnu til fjögurra ára.  Á grafinu hér fyrir neðan má sjá þróun raforkuframleiðslu með vatnsfalla- og jarðhitaorku:

orkuspa island

Grafið byggir á opinberum tölum um orkuframleiðslu á tímabilinu 1977 til 2011 og spá um þróun aukningar á orkueftirspurn í takti við fyrri þróun.  Græna lárétta línan táknar orkuframleiðslu nú, rösklega 18 TWst/ári; rauða lárétta línan táknar ítrustu nýtingarmörk vatnsfalla- og jarðhitaorkulinda landsins, samkvæmt fyrirliggjandi niðurstöðu rammaáætlunar.  Samkvæmt þessu verða hefðbundnar orkulindir fullnýttar í síðasta lagi árið 2050.  Líklegt er þó að því marki verði náð nokkru fyrr; jafnvel fyrir árið 2040.  Því veldur bæði það að líklega er spáin of hófleg varðandi aukningu orkueftirspurnar og einnig það að sérhver ný virkjun mætir sívaxandi andstöðu vegna aukinnar umhverfisvitundar almennings.  Þrátt fyrir þessa yfirvofandi orkukreppu hafa íslensk stjórnvöld enn ekki sett sér nein markmið um orkuöflun til framtíðar.  
Inn á þetta línurit vantar veigamikinn þátt, sem er nýting annarra orkuauðlinda sem okkur eru tiltækar.  Um þrennt er að ræða: vindorku, ölduorku og sjávarfallaorku.  Vindorka kann að verða notuð að einhverju marki, en hún hefur fjóra augljósa ókosti; algera óvissu í orkuframleiðslu; sjón- og hljóðmengun á virkjunarstað; fugladráp og verulegt mengunarfótspor þegar framleiðsluþættir eru teknir með í reikninginn.  Af þeim sökum hafa sumar þjóðir nú snúið baki við vindorkunýtingu.  Ölduorka er gríðarmikil hér við land en enn hefur ekki fundist tæknileg lausn á vandamálum samfara ofviðrum, auk þess sem um fremur óstöðuga orku er að ræða. Sjávarfallaorkan er því langsamlega mest aðlaðandi kosturinn sem Íslendingum stendur til boða varðandi orkuvinnslu til framtíðar.

B. Við Íslendingar höfum nú einstakt tækifæri til að ná forystu á eftirsóttu sviði tækniþróunar og framleiðslu eftirsóttrar hátæknivöru.  Mikil umskipti eru að verða í orkumálum heimsins, einkum í iðnríkjum.  Öll stór ríki og ríkjabandalög keppast nú við að móta sér orkustefnu sem miðast við að hverfa frá nýtingu jarðefnaeldsneytis og leggja stóraukna áherslu á nýtingu hreinna og endurnýjanlegra orkulinda.  Í þessari orkubyltingu eru allir orkugjafar skoðaðir og miklum fjárhæðum er varið í þróunarvinnu.  Fá lönd búa jafn vel og Íslendingar að vatnsfalla- og jarðhitaorku.  Því er leitað annarra leiða.  Mikil áhersla hefur verið lögð á vindvirkjanir og sum lönd eru þar framarlega, s.s. Danmörk og Þýskaland.  Stöðugar tækniframfarir hafa einnig gert sólarorku vænlegri kost en áður, sérstaklega á sólríkum svæðum.  Mörg ríki renna hýru auga til sjávarorku af ýmsu tagi og beita ýmsum aðferðum til að örva tækniþróun.  Fjölmargir aðilar reyna að ná tökum á virkjun ölduorku, en ennþá eru þar erfið vandamál óleyst.   Einnig eru nokkur fyrirtæki að þróa sjávarfallavirkjanir, en flest eru þau verkefni á sviði stíflu- og sundavirkjana þó þar sé markaður takmarkaður af ástæðum sem áður voru nefndar.  Enn eru furðu fáir aðilar að þróa tæknilausnir til nýtingar stærstu straumasvæða heimshafanna.  Hér er augljóslega um gífurlega stóran og öruggan markað að ræða til framtíðar fyrir þann sem fyrstur nær að markaðssetja tækni til nýtingar þessarar víðfeðmu auðlindar.  Hér liggja mikil tækifæri fyrir Íslendinga.
Íslendingum hefur gengið erfiðlega að finna fótfestu varðandi framleiðslu hátækniföru til útflutnings, og hlutdeild hennar er lægri í okkar þjóðarframleiðslu en flestra þróaðra ríkja.  Ein helsta orsök þessa er sú að okkur hefur ekki tekist að nýta hugvit og tækniþekkingu þjóðarinnar á neinu nýju sviði, heldur eru allar okkar hátæknivörur í mikilli samkeppni við erlenda framleiðslu sem yfirleitt stendur betur að vígi vegna hefða og stuttra flutningsleiða.  Við blasir allt annar grundvöllur varðandi tækniframleiðslu til sjávarfallavirkjana.  Hér getum við byggt á íslensku hugviti; við höfum alla burði til að klára þróunarferli með okkar miklu tækniþekkingu; við getum byggt á „hefðum“ varðandi nýtingu endurnýjanlegra orkulinda og reynslu af nýtingu sjávarauðlinda; við erum í góðum viðskiptasamböndum varðandi íhluti og önnur aðföng.  Í stuttu máli sagt þá höfum við núna tækifæri til að verða fyrstir til að fullþróa tækni til nýtingar sjávarfallaorku; framleiða hana og hagnýta í okkar þágu og til útflutnings.

En þetta gerist ekki nema með skilningi og stefnumótun stjórnvalda.  Enn sem komið er sjást þess harla lítil merki að sá skilningur sé að vakna, en vonandi rætist úr því áður en það er um seinan.  Í þessu efni má velta því fyrir sér hvort við séum ekki núna í svipaðri aðstöðu og Finnar, sem einnig lentu í efnahagskreppu uppúr 1990.  Þeirra bjargráð var m.a. að endurskipuleggja frumkvöðlaumhverfið og styðja framgang vænlegrar hátækniframleiðslu.  Það varð m.a. til þess að stígvélaframleiðandinn Nokia náði að hasla sér völl á farsímamarkaðnum, sem þá var jafn óplægður og arðvænlegur akur og tækni til virkjunar sjávarfallaorku er núna.  Hér á vel við það fornkveðna „að grípa gæsina meðan hún gefst“.

Sjávarfallaorkan gæti því fært okkur Íslendingum ýmis tækifæri.  Þau munu þó ekki nýtast nema skipulega sé unnið, jafnt að hálfu frumkvöðla sem stjórnvalda og stuðningsumhverfis.

Valorka hverflarnir eru ný íslensk uppfinning, sem þróuð er í fjórum megingerðum. Þeir eru hægstraumshverflar; sérlega hentugir til virkjunar sjávarfallaorku. Þróun hverflanna, sem byggja á hugmyndum Valdimars Össurarsonar, hófst árið 2008, og var Valorka ehf stofnuð til að standa fyrir þróunarstarfinu og samstarf hefur verið við ýmsa aðila.
vatnshjol

Sjávarfallaorka er gríðarlega mikil orkulind, og á síðari árum hefur víða um heim verið lögð vaxandi áhersla á að finna tækni til nýtingar þessarar hreinu og endurnýjanlegu orku. Fram eru komnar nokkrar gerðir hverfla, sem skipta má í ýmsa flokka. Flestir eru af gerð skrúfuhverfla, og líkjast vindmyllum á landi. Sú gerð er hentug til að virkja mjög hraða strauma sem einkum finnast í sundum, en hentar illa til nýtingar straumasvæða sem eru margfalt algengari; t.d. straumrasta utan fjarða og sunda. Þar henta Valorka hverflarnir mun betur. Stór blöðin nýta straumþungann og verka því að sumu leyti líkt og segl.

Hverflarnir teljast til flokks þverstöðuhverfla.  Einkenni þerria er að meginásinn er hornréttur miðað við straumstefnu og breytt er áfallshorni blaða á hverjum snúningi þeirra um ásinn. Í þessum flokki eru einnig hin gamalkunnu vatnshjól sem fyrst komu fram á sjónarsviðið fyrir um 2000 árum.  Óbreytt vatnshjól nýtast ekki á kafi í straumvatni, þar sem átak straumsins er svipað báðumegin snúningsássins. Lausn Valorku felst í að minnka viðnám öðrumegin við ásinn samanborið við hina hliðina, með breytingum á hliðum vatnshjólsins og blöðum. Hver gerð hefur þó sína nálgun, og má greina þróunina í hverjum hverfli fyrir sig. 

valorka_1V-1 var fyrsta gerð Valorka hverfilsins.  Myndin sýnir lítið sýni- og virknilíkan, en með því voru sannaðir grunnþættir virkninnar.  Þetta markaði upphaf þróunarinnar. Farið var með þetta fyrsta líkan  nærtæknan læk og hann veitti fyrstu viðurkenningu á virkninni.  Þróunarferlið var hafið og frá þessari gerð þróaðist fljótlega önnur; V-2. Hún þótti hafa yfirburði um nokkur atriði og því hefur þróun V-1 ekki verið haldið áfram. Hverflinum má lýsa þannig:  Hliðarnar eru keilulaga og eru keilurnar hallandi og gagnstæðar. Blöðin eru milli keiluhliðanna og fest við þau með lið. Hvert blað er í tvennu lagi, með lið til hvorrar keiluhliðar og lið í miðju, og geta blaðhelmingarnir því lagst saman þegar keilurnar eru samsíða. Þegar straumþunginn lendir á opnum blöðum hjólsins, snýst það. Blöðin byrja að lokast hlémegin við hjólið og eru að fullu lokuð þar sem keiluhliðarnar eru samsíða. Þau opnast síðan aftur straummegin við hjólið og hringurinn endurtekur sig. Viðnámið er því mikið minna öðrumegin ássins en hinumegin og virkjanlegt snúðvægi myndast á öxlunum. Með sérstökum einkaleyfisvernduðum búnaði sem lýst er í næstu málsgrein getur hverfillinn unnið við straum úr báðum áttum án þess að snúningsáttin breytist.

valorka_2V-2 byggir á sömu grunnhugmynd og þróaðist í framhaldi af V-1. Munurinn felst fyrst og fremst í því að hér er búið að skipta út heilum keiluhliðum fyrir pinna sem veita blaðinu bakstuðning; loka þeim og opna. Með þessu vinnst ýmislegt; unnt er að láta blaðendana ganga inn í „keiluflötinn“ og hafa því blöðin stærri; blaðparið stýrir sér betur í straumnum sem leiðir til jafnara álags; efni og heildarviðnám minnkar. Virkniferill er í meginatriðum sá sami og í V-1.

Einkaleyfi hverflanna nær einnig yfir sérstakan búnað til að breyta afstöðu keilanna og nýta þannig straum úr báðum áttum; fallaskiptan straum. Þetta er gert með stýriuggum á ásunum, sem opna blöðin ýmist ofan eða neðan hjólmiðju. Þannig getur hjólið nýtt straum úr báðum áttum, án þess að breyta snúningsátt sinni.

valorka_3V-3 byggir á annarri nálgun, þó hann falli í sama meginflokk og hinir tveir.  Tvennt er einkum ólíkt;  Annarsvegar er hér um einfaldari smíði að ræða, með færri hreyfanlegum liðum. Hinsvegar er hverfillinn á heilum ási en ekki tvískiptum, svo einfaldara er að raða mörgum hverflum á sama ás og safna þannig afli i sameiginlegan rafal og annan búnað.  Í meginatriðum er þessi hverfill einföld skífa; hjólhlið. Hverju blaði er fest með lið á hlið blaðhjólsins, og geta blöðin verið mörg hvoru megin. Hvert blað er sveigt, þannig að straumop myndast milli þess og hjólsins andstreymismegin. Hverfillinn vinnur þannig að þegar blöðin eru samanlögð og ganga gegn straumnum mynda þau litla mótstöðu. Þegar straumopið lendir uppí straum opnast blöðin vegna straumþunga. Þau lokast þegar straumurinn þrýstir á „bak“ þeirra hinumegin ásmiðju. Straumurinn stýrir þannig opnun og lokun, en ekki vélrænn aflflutningur í hverflinum.

valorka_4
V-4 er þverstöðuhverfill eins og þeir fyrri, en lausnirnar eru aðrar
. Blöðin eru í pörum þannig að hverju blaði er fest við blaðás sem gengur gegnum meginöxulinn og getur snúist í sæti sínu um kvarthring.   Hver blaðás er sveigður til endanna; þannig að straumjaðar blaðs myndar dálítið horn við blaðásinn. Þessi sveigja, ásamt tengingu blaðanna í pör, veldur því að straumþunginn snýr blaðparinu í meginásnum á hringferð sinnu um hann, þannig að öðrumegin ássins snúa blöðin fleti móti straumi en hinumegin jaðri. Raða má mörgum blaðpörum á ásinn, og á ýmsan hátt. Aflið er leitt gegnum meginöxulinn til rafals.  Gerðin stóð sig mjög vel reyndist einkaleyfishæf.

v5 teikn skaV-5; fyrsti hverfill í sjóprófanir.  Áfram hélt þróunin.  Fram á sjónarsviðið kom ný gerð; án hjólhliða og með sjálfstæða opnun blaða.  
V-5 byggir á þeim fyrri en með breytingum til einföldunar og aukningar á afköstum.  Hér er hvert blað (3) sjálfstætt og situr á blaðpinna (5) sem er dálítið hallandi á öxlinum (1).  Hallinn veldur því að straumur kemur meira á öðrumegin á blaðið uppstreymis; opnar það og þrýstir því aftur að stoppara (7).  Undan straumi hleypur straumþunginn úr; og stuttu síðar kemur straumurinn í bakið á blaðinu og lokar því.  Blaðið lagar sig því að straumnum þegar það gengur móti straumi, og veitir þar lítið viðnám.  Hámarksviðnám verður hinsvegar hinumegin við ásinn.  Í opinni stöðu snúa blöðin lítillega inn að miðju og veita þannig straumþunganum á gagnstætt blað.  Þessi hverfilgerð er á beinum ási, og því er unnt að hafa marga hverfla á sama ási og samnýta búnað, s.s. rafal og festingar.

Þessi gerð var valin til fyrstu sjóprófana sem gerðar hafa verið á sjávarfallavirkjun á Íslandi.  Ekki nóg með það, heldur varð hann, eftir því sem best er vitað, fyrsti hverfill í heimi til að fara í sjóprófanir af þeim sem ætlaðir eru til orkuvinnslu úr lághraðastraumi um og undir 1 m/sek.  

2013 07 26 ai 7Sjóprófanir hófust 26. júlí 2013 í Hornafirði.  Sá staður var valinn eftir nokkra skoðun mögulegra prófunarstaða víðsvegar um landið.  Þar sem hverflarnir eru á þessu stigi prófaðir í fleka á yfirborðinu er æskilegt að vera laus við úthafsbáru en samt hafa fallaskiptan straum, allt að 1 m/sek.  Þannig aðstæður eru í Mikleyjarsundi á Hornafirði, en að auki er það rétt við góða aðstöðu í Hornafjarðarhöfn og mikilvæg aðstoð var í boði að hálfu Hornfirðinga.  Hannaður var og smíðaður sérstakur prófunarfleki.  Í honum er hverfillinn prófaður sem ø2m líkan; festur í grind þannig að unnt er að hífa hann úr sjó og slaka niður undir yfirborð.  Aflið er flutt með keðju í átaks- og snúningshraðamæli, auk þess sem straumhraði er mældur um leið.  Tvö sver rör halda flekanum á floti, en hann er um 25 m² að flatarmáli.  Valorka festi kaup á flutningabíl til að flytja flekann í pörtum, en hann var síðan settur saman við Hornafjarðarhöfn.  Hafnarstarfsemenn veittu góða aðstoð og drógu m.a. flekann á sinn stað með lóðsbátnum Birni lóðs.  Þar var flekanum lagt við botnfestingar og prófanir hafnar.  Í tveimur stuttum prófunum sumarið 2013 var einkum prófað notagildi flekans sjálfs, en ekki fengust marktækar niðurstöður varðandi hverfilinn.  Flekinn stóðst prófanir vel, þó enn megi bæta sum atriði.  Valdimar til aðstoðar við prófanirnar var Jóhann Eyvindsson, en hann hefur einnig veitt dýrmæta aðstoð við járnsmíðar, teiknun og marga aðra þætti verkefnisins.  Á meðfylgjandi mynd sést flekinn á prófunarstað í Mikleyjarál; hverfillinn er í efri stöðu og Valdimar á flekanum.  Jóhann er á gúmbát Valorku og Björn lóðs bíður átekta.  Myndina tók Agnes Ingvarsdóttir á Hornafirði, en hún og Guðbjartur Össurarson greiddu fyrir prófununum á ýmsan hátt.

Prófanirnar í Hornafirði marka ekki einungis upphaf íslenskrar sjávarorkutækni; fyrstu sjóprófanir íslenskrar sjávarfallavirkjunar, heldur var hér í fyrsta sinn í veröldinni prófaður í sjó hverfill sem ætlaður er til vinnslu sjávarfallaorku sem algengust er við strendur landa; um og undir 1 m/sek.  Slíkt forskot gæti reynst dýrmætt ef tekst að halda því þar til markaður fer að myndast á sviði sjávarorkunýtingar.

Unnið er áfram að frekari þróun Valorka hverflanna í mörgum útfærslum.  Prófaðir eru ýmsir þættir s.s. lögun og fjöldi blaða og fleira. Hverflarnir hafa tekið þróun sem rekja má í gerð þeirra. T.d. sýna hliðar hverfilhjólsins að nokkru þróunarstigin:  Í gerð V-1 hefur hliðunum verið breytt frá hefðbundnu yfirborðsvatnshjóli; í V-2 koma teinar í stað hliða; í V-3 er einungis ein hlið í stað tveggja; og í V-4 eru engar hliðar, en búið að leysa hlutverk þeirra með öðrum hætti. Þess má geta að ný gerð hverfilsins er á hugmyndastigi.

Unnið er að nýstárlegu tæki á vegum Valorku, sem er blendingur ölduvirkjunar og sjávarfallavirkjunar.  Tækið hefur fengið íslenska vinnuheitið "ölduhrókur" en á ensku má nefna það WATT (Wave Assisted Tidal Turbine).  Það byggir á hugmyndum Valdimars til virkjunar ölduorku en þær hafa, líkt og hverflarnir, verið í marga áratugi á hugmyndastigi.  Helsti þrándur í götu olduvirkjana er djöfulgangurinn sem verður á yfirborði sjávar í verstu veðrum.  Þrátt fyrir mikla viðleitni hugvitsmanna um allan heim hefur enn ekkert fundist sem stenst þau átök.  Hugmynd Valdimars byggir á notkun baujutækni á sama hátt og hérlendis hefur verið gert í fiskveiðum um langan aldur.  Í þessu nýja tæki er átakið frá baujunum fært niður á ás sjávarfallahverfils og nýtt þar til að auka afl hverfilsins með sérstökum tengibúnaði. Verkefnið er á fyrstu stigum þróunar og því verður ekki greint hér nánar frá þessum aðferðum.  Ekki er vitað til þess að blendingstæki af þessu tagi sé komið áleiðis í þróun annarsstaðar í heiminum, og því gæti hér verið um enn eitt tækifærið að ræða fyrir íslendinga til að verða í fremstu röð á framtíðarmarkaði.

Samstarf hefur verið við ýmsa aðila um þróunarstarfið. Verkstæði Valorku er í frumkvöðlamiðstöðinni Eldey að Ásbrú í Reykjanesbæ, en mikil vinna fer einnig fram á skrifstofunni að Skógarbraut 1104, Ásbrú. Mikilvægt skref var stigið þegar Halldór Pálsson Ph.D, dósent í vélaverkfræði við Háskóla Íslands kom að verkefninu. Halldór hefur síðan verið helsti sérfræðilegi ráðgjafi verkefnisins og samstarfsaðili, ásamt Vigfúsi Arnari Jósepssyni vélaverkfræðingu, sem er fyrrum nemandi Halldórs og tók vinnsluþátt í hverfli Valorku sem hluta af sínu lokaverkefni. Besta straumker landsins til prófana er staðsett í Veiðarfæraþjónustunni ehf í Grindavík, og er í eigu Fjölbrautaskóla Suðurnesja. Skólinn hefur reynst mikilvægur samstarfsaðili Valorku og veitt afnot af kerinu. Teiknun og hönnun er mikilvægur þáttur þróunarstarfsins og hafa ýmsir komið að því; Jóhann Björgvinsson verkfræðingur; Aðalsteinn Erlendsson; Jóhann Eyvindsson og Ingvar Magnússon á teiknistofunni Vís ehf, en hann er nú helsti ráðgjafi verkefnisins á sviði hönnunar.  Mikilvægt samstarf komst á við Hafrannsóknastofnun, sem m.a. miðar að mælingum á straumhraða í röstum á vænlegum virkjanasvæðum.  Héðinn Valdimarsson haffræðingur hefur verið helsti ráðgjafi varðandi straumasvæði og er tengiliður Valorku við Hafró í þessu samstarfi.  Fleiri aðilar hafa sýnt verkefninu áhuga og lagt til vinnu og ráðgjöf. Má þar t.d. nefna Björgvin Jónsson rafiðnfræðing; Ketil Sigurjónsson, lögfræðing; Guðbjart Össurarson frkv.stjóra o.fl. 

Þróunarverkefni Valorka hverfilsins er dæmi um verkefni sem alfarið er sprottið af hugviti einstaklings. Þó á bak við það liggi fjögurra áratuga athuganir og hugsun, þá komst hugmyndin ekki á þróunarstig fyrr en með efnahagslægð og atvinnuleysi árið 2008. Í byrjun voru horfurnar ekki sérlega glæsilegar fyrir atvinnulausan hugvitsmann með tvær hendur tómar og engin háskólapróf. Þeir hugvitsmenn hafa átt erfitt uppdráttar á Íslandi sem ekki koma úr jarðvegi háskólaumhverfis og hafa enga fjársterka aðila á bakvið sig.   Þetta hefur reynst þjóðinni dýrt og verið stjórnvöldum til skammar.
Eftir nokkrar tilraunir fór þó svo að sjóðaumhverfið áttaði sig á mikilvægi og möguleikum hverfilsins. Orkusjóður veitti styrk árið 2009 og Tækniþróunarsjóður veitti frumherjastyrk um sama leyti. Það dugði til að ljúka 1. áfanga þróunar árið 2010, sem fólst einkum í kerprófunum. Tækniþróunarsjóðurveitti síðan 3ja ára verkefnisstyrk frá 2011.  Ýmsir smærri styrkir hafa fengist, s.s. frá Landsbanka, Hornafjarðarbæ og Íslandsbanka. 
Þess er vænst að verkefnið njóti stuðnings samfélagslegra sjóða og samkeppnissjóða þar til það hefur náð því svigi að virkni hefur endanlega verið staðfest  og útfærð og öll einkaleyfi eru í höfn.  Eftir það er unnt að vænta aðkomu fjárfesta á þann hátt að frumkvæði og stjórnun verði í höndum þeirra sem að verkefninu standa og vonandi á þann hátt að sem best nýtist íslenskri þjóð.  Það er hinn upprunalegi tilgangur verkefnisins.  Til að hann náist er nauðsynlegt að íslenskir ráðamenn átti sig betur á þýðingu verkefnisins en þeir hafa hingað til gert.

Page 3 of 3