Kybernetikk sparer penger (6.11.07, 16:18)

NTNU'ere har hentet inspirasjon fra en såkalt Segway for å utvikle kompressorer av en helt ny type. Gassindustrien kan spare store summer.

Foto: Geir Mogen

Jeg balanserer på én aksling i en kjellerkorridor under Institutt for teknisk kybernetikk, NTNU.
Professor Tommy Gravdahl gir raske instrukser, mens jeg opplever at jeg er på full fart rett i murveggen, før jeg plutselig fyker bakover i stedet. Sekunder senere står jeg i ro oppå hjulene.
Mens professoren forklarer prinsippet, kjenner jeg at hjulene under meg hele tida foretar små retningsjusteringer for å hindre at jeg velter. Stikkordet for suksess er tillit.

Forbudt og uanstrengt
Segway er et kjøretøy som er forbudt i Norge - fordi myndighetene ikke helt kan tro på at det virker, og virker trygt.

Segway er i all hovedsak to hjul på én aksling, med en el-motor som styres etter et kybernetisk prinsipp som kan sammenlignes med å balansere en blyant i håndflaten.

Du skal være ganske god for å få det til, men Segwayen gjør jobben uanstrengt og med et minimalt energiforbruk.

Dette er også virkeprinsippet til den nye kompressorteknologien som nå er under utvikling. Det er første gang slike eksperimenter foretas, og resultatene er unike i verdensmålestokk.

Om uttestingen fungerer tilfredsstillende, vil systemet spare gassindustrien for store summer.

Øker gasstrykket
Kompressorer brukes på svært mange områder, i alt fra kjøleskap og klimaanlegg til turboladeren i en bilmotor. Formålet er alltid å øke trykket på en gass som er på vei inn.

Slike kompressorer har svært ulike dimensjoner. Det er i olje- og gassindustrien man finner noen av de største. Her er oppgaven å transportere store mengder gass gjennom rør over lange avstander.

Disse industrielle kompressorene forbruker mye energi. Derfor er det mye penger å tjene på selv marginale forbedringer i energieffektiviteten. Det er dette forskerne nå er i ferd med å få til ved Institutt for teknisk kybernetikk. De har utviklet et nytt virkeprinsipp for disse kompressorene.

Dyrt i dag
Professor Gravdahl forklarer:

– Ved all gasstransport må man løse problemet som skapes på grunn av naturlige variasjoner i gasstransporten. Dersom tilførselen av gass inn blir for lav, risikerer man at kompressoren går ustabilt (på fagspråket heter tilstanden tilstanden «surge»), og ødelegges.

Et nytt virkeprinsipp for stabilisering av kompressorer kan spare gassindustrien for store summer. Illustrasjonsoto: Geir Mogen.

– Dette kan være svært farlig, og dessuten kostbart. Dagens etablerte teknologi løser dette problemet, men løsningen er forholdsvis dyr i drift:

Den fungerer slik at man leder noe av den ferdig komprimerte gassen som kommer ut av røret, inn i et eget rør, som går tilbake til inngangen til kompressoren.

Når tilførselen av ukomprimert gass synker under et visst nivå, kompenseres svikten i tilførsel ved at mer ferdig komprimert gass føres inn. Dermed holdes trykket på gass inn konstant.

– Metoden fungerer utmerket, men den er uøkonomisk ved at en del gass komprimeres to ganger, forklarer Gravdahl.

Prinsipielt umulig
Den nye metoden består i bunn og grunn av ren matematikk. Ved hjelp av avansert matematisk analyse har man lyktes i å utvikle et styringsverktøy som holder en i utgangspunktet ustabil maskin – altså kompressoren – stabil.

Det er her professor og journalist går ned i kjelleren og starter opp Segwayen for å få prinsippet demonstrert i praksis.

Det å stå på én aksling uten å miste balansen, skal ikke være mulig. På samme vis skal det å holde en kompressor med ustabil gasstilførsel stabil, heller ikke være mulig.

– Prosessingeniørene har problemer med å tro på at dette lar seg gjøre, for det er prinsipielt umulig, smiler Gravdahl.

– Derfor må dette prinsippet demonstreres i praksis. Da ser vi at på samme måte som at Segwayen holder deg i balanse uten å forbruke mer enn noen få kalorier energi, makter dette stabilisatorverktøyet å holde kompressoren ute av surge hele tida.

Lovende
At forsøkene nå bærer frukter, er resultat av mange års forskning ved instituttet. Stipendiat Bjørnar Bøhagen, som nylig disputerte for doktorgraden over dette temaet, har hatt hånd om arbeidet med å sette opp en testrigg for å vise funksjonaliteten i praksis. Forsøkene så langt er lovende, forteller Gravdahl.

Da er det tilbake til det gamle munnhellet «du tror det ikke før du ser det».

– I dette tilfellet hører man virkemåten, mer enn man ser den. Når gasstransporten går under et visst nivå og kompressoren vår begynner å jobbe, hører du hva som skjer.

Statoil og ABB har alt vist interesse for å se det nye styringsverktøyet vist i praksis, men professor Gravdahl regner med at det er et stykke igjen før man er overbevist:

– Det som må til, er kanskje tester i full skala, og de er risikable på grunn av de store kreftene som settes i sving om en surge skulle inntreffe.