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".

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.

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.

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.

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.

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.

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.