Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Hywind II: Statoils ser for seg store markedsmuligheter for Hywind i framtiden. Når seks Hywind-turbiner plasseres utenfor Skottland, får de denne størrelsen, med en rotodiameter på 154 meter, tilsvarende to fotballbaner (Foto: Statoil)

VINDMØLLER

- Utbygging av fornybar energi bør ikke bare vurderes ut fra bedriftsøkonomiske prinsipper

En vindturbin til havs er i dag dobbelt så dyr som en vindturbin på land.

  • Forskning

Verden trenger mer grønn energi fra sola og vinden. For å nå målet om å begrense global oppvarming til to grader satt av FNs klimapanel er det behov for å bygge ut mer fornybar energi.

Vindturbiner kan stå på land, eller ute på havet. Til havs vil det bli færre konflikter med lokalbefolkningen, mindre inngrep i naturen og færre fugler som ørn som dør på grunn av kollisjoner med rotorbladene. Vinden ute på havet er også sterkere, og mer stabil.

Forskning fra NTNU viser at jo lengre fra ørneredet vindturbinen plasseres, desto bedre er det.

Må tåle storm og bølger i 25 år

Det er med andre ord mye som taler for å bygge vindturbiner ute i havet. Og det er nettopp det som skjer mange steder i verden. Langs kysten utenfor både Danmark, England, Tyskland og Nederland finnes det nå store vindturbinparker. Verdens aller første vindturbinpark til havs så dagens lys for 24 år siden i Danmark.

Forskere verden over jobber for å forbedre design og teknologiske løsninger for vindturbiner. Det gjelder å lage så sterke vindturbiner at de tåler storm og bølger i 25 år, og så billige at de kan erstatte mest mulig av fossil energi fra kull, olje og gass.

Prøver å gjøre vindturbiner billigere

– Det koster i dag om lag dobbelt så mye å utvinne energi fra vind til havs som på land. Men prisen for utbygging av fornybar energi bør ikke bare vurderes ut fra bedriftsøkonomiske prinsipper. En bør også ta inn kostnadene forbundet med global oppvarming, sier professor Gudmund Eiksund ved NTNU.

Norske ingeniører har skaffet seg mye kunnskap om bygging til havs etter over 40 år med olje- og gassutbygging. Mye av denne kunnskapen er direkte overførbar til utbygging av vindenergi, men det er også behov for å utvikle av ny kunnskap.

Sammenlignet med annen industri er oljebransjen svært lønnsom. Investeringene for å bygge ut et oljefelt kan tjenes inn etter tre til fire år. En vindpark til havs tjenes i beste fall inn først etter 20-25 år. Oljebransjen kan dermed ta seg råd til dyre løsninger. Når kostbare løsninger fra olje - og gass industrien overføres direkte til  fornybar energi,  kan lønnsomheten bli for lav.

– Det prøver vi å gjøre noe med, sier Eiksund.

Utviklet gjennom oljeindustrien

Hos professor Gudmund Eiksund ved Institutt for bygg anlegg og transport jobber nå seks doktorgradsstipendiater med ulike problemstillinger knyttet til fundamentering av vindturbiner til havs.

– Dagens vindturbiner til havs er laget etter modell fra vindturbiner på land, men fundamentert etter prinsipper utviklet for offshore olje og gass-industrien, sier Eiksund.

De fleste vindturbiner til havs blir i dag fundamentert på monopeler. Det vil si et store stålrør som er hamret 25-35 meter ned i havbunnen. Det er store kostnader å spare i å redusere lengden på stålrøret, og mange faggrupper jobber med å få til det. Da er det avgjørende å vite hvordan havbunnen er.

Omfattende grunnundersøkelser

– Det kan være stor variasjon i styrken i materialet i havbunnen. I områder som er aktuelle for utbygging kan havbunnen bestå av bløt til fast leire, løs til fast sand eller kalkstein som kan variere fra forvitret kritt til hard kalk. En havvindpark består gjerne av 50 til 100 turbiner og kan dekke et område på 30 – 50 km. Det er gjerne 500 meter mellom hver turbin, sier Eiksund.

En grunnundersøkelsesrapport kan ofte være på flere tusen sider. Denne type informasjon er oftest bare tilgjengelig for utbyggingsprosjektet, og dermed ikke tilgjengelig for bruk i forskingsmiljø ved universiteter.

Gjennom samarbeidet med Statoil og Statkraft har teamet til Eiksund fått tilgang på data fra grunnundersøkelsen for vindparken Sheringham Shoal som ligger cirka  20 km fra land nord for Norwich i England.

De har laget et bearbeidet sammendrag av grunnundersøkelsen som er publisert i tidsskriftet Engineering Geology. Dermed er denne kunnskapen lettere tilgjengelig enn før, og kan brukes aktivt til å designe nye vindturbiner.

Oljefelt kan tjenes inn etter tre til fire år. En vindpark til havs tjenes i beste fall inn først etter 20-25 år. Oljebransjen kan dermed ta seg råd til dyre løsninger. Når kostbare løsninger fra olje - og gass industrien overføres direkte til  fornybar energi,  kan lønnsomheten bli for lav.

– Det prøver vi å gjøre noe med, sier Eiksund.

Fundamenteres etter metoder utviklet gjennom oljeindustrien

Hos professor Gudmund Eiksund ved Institutt for bygg anlegg og transport jobber nå seks doktorgradsstipendiater med ulike problemstillinger knyttet til fundamentering av vindturbiner til havs.

– Dagens vindturbiner til havs er laget etter modell fra vindturbiner på land, men fundamentert etter prinsipper utviklet for offshore olje og gass industrien, sier Eiksund.

De fleste vindturbiner til havs blir i dag fundamentert på monopeler. Det vil si et store stålrør som er hamret 25-35 m meter ned i havbunnen. Det er store kostnader å spare i å redusere lengden på stålrøret, og mange faggrupper jobber med å få til det. Da er det avgjørende å vite hvordan havbunnen er.

Les også: Disse 11 problemene må løses om flytende havvind skal lykkes

Omfattende grunnundersøkelser

– Det kan være stor variasjon i styrken i materialet i havbunnen. I områder som er aktuelle for utbygging kan havbunnen bestå av bløt til fast leire, løs til fast sand eller kalkstein som kan variere fra forvitret kritt til hard kalk. En hav-vindpark består gjerne av 50 til 100 turbiner og kan dekke et område på 30 – 50 km. Det er gjerne 500 meter mellom hver turbin, sier Eiksund.

En grunnundersøkelsesrapport kan ofte være på flere tusen sider. Denne type informasjon er oftest bare tilgjengelig for utbyggingsprosjektet, og dermed ikke tilgjengelig for bruk i forskingsmiljø ved universiteter.

Gjennom samarbeidet med Statoil og Statkraft har teamet til Eiksund fått tilgang på data fra grunnundersøkelsen for vindparken Sheringham Shoal som ligger cirka  20 km fra land nord for Norwich i England. De har laget et bearbeidet sammendrag av grunnundersøkelsen som er publisert i tidsskriftet Engineering Geology. Dermed er denne kunnskapen lettere tilgjengelig enn før, og kan brukes aktivt til å designe nye vindturbiner.

Norsk sokkel lite egnet for bunnfaste vindturbiner

Bunnfaste vindturbiner blir i dag bygd ut på relativt flat sjøbunn ned til cirka 35 m havdyp.

Det er få områder langs Norskekysten som har slike forhold, og norsk sokkel er lite egnet for bunnfaste turbiner. Et av de mest lovende områdene ligger sør for Lista, sier Eiksund.

Norsk kontinentalsokkel har derimot stort potensial for utbygging av vindenergi med mye vind. Havdyp og bunnforhold gjør flytende vindturbiner mest aktuelt.

– I en rekke land er det politisk støtte til å utvikle vindprosjekter til havs.  Som en oljenasjon med stor kunnskap om bygging i havet, bør Norge ha kunnskap om etablering av bølgekraftverk og vindturbiner til havs. Vi må sørge for å være så dyktige at vi kan selge kunnskapen til andre land som skal bygge, sier Eiksund.

Direktør for NOWITECH og forskningsleder ved SINTEF Energi, John Olav Giæver Tande, bemerker at markedet og teknologien for offshore vindkraft bare er i startfasen med stort potensial for kostnadsreduksjoner. Målet er å halvere kWh kostnaden for nye offshore vindkraftverk innen 2030. Norge kan bidra sterkt til dette. 

– Det er viktig at kompetansen som er bygget opp under «oljealderen» kommer til gjenbruk ved utvikling av bærekraftig energiforsyning, sier Olav Bjarte Fosso, professor og direktør for satsningsområdet Energi ved NTNU. Han mener det er potensial for gjenbruk av kompetanse innenfor mange områder.

– Vurdering av bunnforhold er viktig i denne sammenheng. Prisen må ned på vindmøller til havs for at energien skal være konkurransedyktig. En riktigere prissetting av miljøkostnader vil også bidra til at fornybar energi blir konkurransedyktig, sier Fosso.