TESTES I VANNET: UMB-gruppen har testet ut den nye flytende vindturbinen i bølgebassenget til MARINTEK/SINTEF. Bak fra venstre: Fredrik Even Hansen, Anders Myhr, Karl Jacob Maus og Ulrik Aimar Møller. I vannet, ved Njord-modellen, er professor Tor Anders Nygaard. (Bilde: UMB)

Vil konkurrere ut Hywind

  • Kraft

Njord

  • Njord-konseptet går kort fortalt ut på at forankringslinene, som fester nedvindsturbinen til havbunnen, er festet mye strammere og ved flere høyder på konstruksjonen enn på Statoils Hywind-turbin.
  • Under ekstreme vindforhold, stoppes rotoren og linene kan festes helt oppe ved maskinhuset for å holde rotoren i ro.
  • Den store forskjellen mellom Njord og Hywind er likevel vekten.
  • For en flytende versjon vil samlet vekt reduseres med 70 - 80 %, sammenlignet med en spar buoy-konstruksjon, slik som Hywind.
  • Under vann kan konstruksjonens omfang reduseres med minst 50 % i forhold til en spar buoy.
  • To ulike Njord-varianter er testet hos MARINTEK: Njord A og Njord B. Den første er tre ganger så lett som Hywinds 5 MW-referansemodell, den andre er over sju ganger lettere.
  • Der Hywind i 5 MW-størrelsen har anslagsvis 1500 tonn stål i flyteren (grovt estimat basert på et depleasement på 8500 tonn), har Njord-konseptets "Njord A" en turbin på 650 tonn stål. Den mer uprøvde varianten, "Njord B", har rundt 300 tonn stål i flyteren.
  • Som alternativ til stålvaiere vurderer de å bruke syntetisk fiberrep.

Andre flyterteknologier

Hywind: En fritt flytende sylinder i stål, påmontert en konvensjonell oppstrøms offshoretilpasset vindturbin. Enheten består av et snaut 200 meter langt tårn, hvor cirka 65 meter vil rage over havoverflaten. Flyteelementet stikker rundt 100 meter under vannet, og er festet på havbunnen med liner eller ankerkjettinger.

Sway: Et rør på i underkant av 200 meter, hvorav rundt halvparten befinner seg under vann.Turbinen har ikke den vanlige dreieskiven mellom turbin og tårn i toppen av tårnet, men helt nederst i tårnet under vann. I motsetning til Hywind er rotoren på Sway montert nedvinds, det vil si at vinden treffer tårnet før den treffer rotorbladene. Stabiliseres ved hjelp av ballast og strekkstag-forankring.

WindFloat: En tung, halvt nedsenkbar plattform, som står på tre sylindere. På en av sylinderne er det montert en vindturbin. Ballastvann kan pumpes inn og ut av hvert av beina og justere slik at plattformen står vertikalt. Utviklet av Principle Power.

WindSea: En stabil, flytende plattform som bare stikker noen og tyve meter ned i vannet.Tre master med turbin og rotor monteres i en trekant på plattformen.

ÅS: Utenfor Karmøy står verdens første flytende fullskala vindkraftverk og snurrer. Hywind-piloten til Statoil har levert gode resultater det knappe året den har stått der.

I mellomtiden jobber en gruppe studenter med å gjøre det billigere å produsere energi av den kraftige vinden som blåser ute av syne til folk, langt ute til havs.

Les også: Laget eget simuleringsverktøy

Hywind-sjefen: Laget eget simuleringsverktøy

Gammel drøm

– Det er en gammel ingeniørdrøm å få realisert flytende offshore vindkraft. Det har skjedd mye på teknologifronten med Hywind og Sway, men slik vi ser det skorter det fortsatt på det økonomiske realiseringspotensialet. Vi fokuserer på realistiske løsninger tilpasset storskala utbygging, sier doktorgradstipendiat Anders Myhr.

Myhr er en av to doktorgradsstudenter ved Universitetet for miljø- og biovitenskap på Ås (UMB) som tar doktorgrad i teknologien rundt flytende vindkraftverk.

Under ledelse av IFE-forsker og UMB-professor i maskinteknikk, Tor Anders Nygaard, jobber Myhr, en annen stipendiat og to masterstudenter med å utvikle en ny teknologi for flytende havvindturbiner. I løpet av fire år er det skrevet 14 masteroppgaver om offshore vindkraft ved UMB. Målet er å kutte kostnader der det er mulig og samtidig få en fullverdig turbinløsning.

Turbin-konseptet er basert på en idé av to gamle bekjente, Nygaard selv og ingeniørgründer Christian Grorud, og har fått navnet "Njord".

HYWIND-KOPI: For å sammenligne Njord-flyteren med eksisterende alternativer, laget studentene en egen versjon av Hywind fra dataene i det internasjonale forskningsprosjektet Offshore Code Comparison Collaboration (OC3). Her pakker stipendiat Anders Myhr ut understellet til "Hywind".
HYWIND-KOPI: For å sammenligne Njord-flyteren med eksisterende alternativer, laget studentene en egen versjon av Hywind fra dataene i det internasjonale forskningsprosjektet Offshore Code Comparison Collaboration (OC3). Her pakker stipendiat Anders Myhr ut understellet til "Hywind". Jannicke Nilsen

Laget skisse

– Jeg var programleder for det norske vindkraftprogrammet i NVE på 90-tallet, Nygaard forsket på vindkraft på Institutt for energiteknikk (IFE, red. amn). Vi så mange rare, framtidsrettede konstruksjoner for offshore, flytende vindkraft, og avskrev de fleste. Etterhvert begynte markedet for offshore vindkraft å se interessant ut. Jeg tok tak i Nygaard og laget en skisse for en ny flytende turbin. Siden har ballen rullet, sier Grorud.

Han legger til at Njord-konseptet er et resultat av dialogen mellom de to.

Han legger til at Njord-konseptet er et resultat av dialogen mellom de to.

Njord er kort fortalt et forsøk på å lage en flytende havvindturbin som er mange ganger lettere, mye billigere og mer stabil enn de løsningene som har vært framme til nå.

– Vi har jobbet systematisk med å ta horisontalkreftene som oppstår i toppen av tårnet og lede dem ned til havbunnen, i fra så stor høyde som mulig. Denne løsningen får virkninger på hele konstruksjonen, både på tårn, turbin, utforming og flytelegemet som er under vann. Slik får vi et lavere materialforbruk og en vindturbin som er mye mer stabil på toppen. Det er gull verdt for å holde vedlikeholdskostnadene nede, sier Grorud.





Danker ut på vekt

I en stor vanntank i en garasje på UMB demonstrerer Nygaard, stipendiatene og mastergradsstudentene hvordan to nedskalerte Njord-turbiner flyter i vannet. Ved siden av duver en halvannen meter lang stokk lett avgårde. Det er en nedskalert modell av "Hywind".

– Den minste Njord-varianten har en materialbesparelse for stålet opp mot 70 prosent i forhold til referanseversjonen av Hywind. Det er egentlig ekstremt. Med en stålpris på 16-17 kroner kiloet, blir det et enkelt regnestykke, sier Myhr.

Doktorgradsstipendiaten tror ikke bare at deres flyterkonsept kan bli mer lønnsom enn Hywind. Han håper også det vil kunne måle seg med de mer etablerte bunnfaste turbinene som installeres i høyt tempo mange steder i grunnere europeisk farvann.

FIRE ULIKE KONSEPTER: Her er fire ulike turbinkonsepter stilt ved siden av hverandre for å illustrere forskjellen i størrelsen. Fra venstre: Hywind, Hywind OC3, Njord og Sway.
FIRE ULIKE KONSEPTER: Her er fire ulike turbinkonsepter stilt ved siden av hverandre for å illustrere forskjellen i størrelsen. Fra venstre: Hywind, Hywind OC3, Njord og Sway. UMB

Testet i basseng

I midten av april fikk UMB-gruppen innpass i bølgetanken MCLab hos MARINTEK/SINTEF ved NTNU i Trondheim. Her ble to ulike nedskalerte Njord-modeller, en liten og en stor sammenlignet med Hywind-modellen. Går alt etter planen, er de endelige testresultatene klare til å presenteres på forskningskonferansen "Renewable Energy Beyond 2020" i Trondheim i juni.

– Vi var spente på testkjøringen i bassenget, ikke minst for hvordan den minste modellen ville oppføre seg i vannet. Men den stod støtt i ekstremtilfeller av bølger på litt over 30 meter. Den overrasket oss alle. For neste test må vi finne et større basseng med kraftigere bølger, sier Myhr.

Hywind-sjefen: Laget eget simuleringsverktøy

Tror på 3-4 teknologier

Professor Tor Anders Nygaard har jobbet med vindkraft generelt og havvindkraft spesielt i mange år. I årene 2000-2006 jobbet han spesielt med rotorbladteknikk for helikoptere ved Eloret, NASA Ames Research Center i California.

– Slik jeg ser det nå, er det 3-4 teknologier for havvindflytere, som det bør jobbes videre med, sier Nygaard, og nevner Hywind, Sway, Njord og WindFloat.

Sistnevnte er et mer ukjent konsept som består av en halvt nedsenkbar plattform, laget av amerikanske Principle Power.

– Jeg har veldig respekt for Hywind-piloten, det er et fint stykke ingeniørarbeid. Men hvis man skal ta scenariene for storskala utbygging av vindkraft til havs på alvor, er stålmengden viktig. Stålproduksjon har uheldige klimaeffekter, og det vil være et poeng å ikke drive opp stålprisen, sier Nygaard.

I FLERE HØYDER: Njord-konseptet går blant annet ut på å feste forankringslinjene ved flere høyder på konstruksjonen for å motvirke vind- og havkreftene, eller det såkalte "momentet" som forsøker å velte flyteren.
I FLERE HØYDER: Njord-konseptet går blant annet ut på å feste forankringslinjene ved flere høyder på konstruksjonen for å motvirke vind- og havkreftene, eller det såkalte "momentet" som forsøker å velte flyteren. UMB

Venter kritikk

Professoren er imidlertid forberedt på å møte motforestillinger mot Njord-konseptet.

– Forankringssystemet blir dyrere når forankringen er stram. Det er vi klar over, og vi jobber videre med denne og andre problemstillinger. Vektreduksjonen i Njord-konseptet er imidlertid så stor at vi synes vi må undersøke om denne teknologien lar seg realisere, sier Nygaard.

Laget eget simuleringsverktøy

Søker verft

Ingeniørgrunder Christian Grorud synes det er vanskelig å spå hvor Njord-konseptet vil være om ti år, men han går ut i fra at de første kommersielle, flytende vindkraftparkene er bygget da. Nå mener han Njord-konseptet er modent for å få inn store industrielle alliansepartnere som kan følge prosjektet videre over flere år.

– Dette er et marked som utvikler seg sakte. Jeg har vært med på å etablere mange bedrifter i bransjen, og jeg pleier alltid å si at man må gange med tre både på budsjettanslag og tidsplan. Hywind kostet Statoil 400 millioner kroner. Det er ikke mange som har noen hundre millioner å putte inn og samtidig har evnen til å tenke langsiktig. Jeg tror vi må lete etter en alliansepartner som er interessert i å kjøpe seg et lodd til framtiden, som en stor verftsgruppering med globalt nettverk, sier Grorud.





UMB-GRUPPEN: Fra venstre: Anders Myhr, Ulrik Aimar Møller, Tor Anders Nygaard, Fredrik Even Hansen og Karl Jacob Maus. Ingeniørgrunder Christian Grorud var ikke til stede. Jannicke Nilsen

Gøy å studere umoden teknologi

– Det har gått med en del timer nattestid hvor jeg har grublet på hvordan jeg skulle klare å konstruere en Njord-modell som fungerer, sier masterstudent Ulrik Aimar Møller.

Sammen med masterstudent Fredrik Even Hansen har han konstruert og bygget skalamodeller av forskjellige typer flytere og tårn med instrumentering til en bølgetanktest.

– Du har vel snart en mastergrad i lim og teip, spøker doktorgradstipendiat Anders Myhr.

De fire studentene ved UMB jobber med flyterkonseptet Njord på hver sin måte.

Møller og Fredrik Even Hansen skriver masteroppgave om nedskalering og modellkonstruksjon av konsepter for flytende vindkraftverk. Karl Jacob Maus videreutvikler og implementerer professor Nygaards simuleringskode 3DFloat (se egen sak) og Anders Myhr tar doktorgrad på sammenligning av ulike flytertyper.

TESTMODELLENE: Her er de tre modellene av havvindflyterne som ble testet i bølgetanken hos MARINTEK. Njord A (midten), som er 110 meter i fullskala versjon, er her 110 centimeter, mens Njord B er 62 centimeter. Til venstre er UMB-gruppens versjon av Hywind, som Njord-konseptet er sammenlignet med.
Møller og Fredrik Even Hansen skriver masteroppgave om nedskalering og modellkonstruksjon av konsepter for flytende vindkraftverk. Karl Jacob Maus videreutvikler og implementerer professor Nygaards simuleringskode 3DFloat (se egen sak) og Anders Myhr tar doktorgrad på sammenligning av ulike flytertyper. TESTMODELLENE: Her er de tre modellene av havvindflyterne som ble testet i bølgetanken hos MARINTEK. Njord A (midten), som er 110 meter i fullskala versjon, er her 110 centimeter, mens Njord B er 62 centimeter. Til venstre er UMB-gruppens versjon av Hywind, som Njord-konseptet er sammenlignet med. Ulrik Aimar Møller

Uløst problem

– Professorene presenterte hva de ønsket å få masteroppgaver om, og jeg ble veldig nysgjerrig. Det er gøy å få jobbe med noe som fortsatt er på forskningsstadiet. Stabiliseringsproblemet for flytende turbiner er fortsatt uløst, og det har vært veldig lærrerikt å få være med å finne en løsning, sier Møller.

– Jeg har fordypet meg i offshore vindkraft og prosjektstyring, turbiner generelt og økonomien bak. Det er blitt en blanding av ingeniørfag og økonomifag, så jeg har fått hele perspektivet, sier Hansen, masterstudent i industriell økonomi.

Tidlig fase

De fire studentene synes det er spennende å få dykke ned i problemstillinger knyttet til flytende vindturbiner, hvor teknologiutviklingen nærmest er i startfasen.

– Hvis noen allerede hadde satset og masseprodusert en konkret flyter, ville et konsept som dette ikke hatt en sjanse. Situasjonen nå er at alle er i en tidlig-fase. Da er det lettere å komme igjennom med en alternativ løsning, sier Myhr.