Ny type havvindturbin aktuell for Utsira Nord

En forenklet prototype har alt vært testet i Vatsfjorden i Rogaland. Om få uker vil en mer sofistikert prototype bli prøvd ut.

– Målet er å kunne tilby en fullskala versjon i 2028-2029, og dermed bli aktuell til bruk i de flytende havvindparkene som skal bygges i området Utsira Nord, sier Stian Valentin Knutsen. Han er opphavsmann til ideen til det kontraroterende prinsippet, som dannet grunnlaget for teknologiselskapet World Wide Wind.

Knutsen sier videre at teknologiselskapet, som han startet i 2022, utvikler et design for vindturbiner som blir skreddersydd til bruk i havet.

– De flytende vindturbinene, som man hittil har benyttet i havvindindustrien, er alle designet for bruk på land og deretter flyttet til havs, sier Knutsen.

Han legger til at World Wide Winds design inkluderer to kontra-roterende turbiner rundt samme vertikale akse. Tårnet hviler på en spar-struktur i betong, som skal forankres med et nytt fortøyningssystem.

«Game-changer»

– Dette blir en “game changer” for havvindindustrien, sier Knutsen og peker videre på sentrale punkt i World Wide Winds nytenkning:

I stedet for å plassere generatoren og annet tungt maskineri, som kan veie nær tusen tonn, i toppen av en flere hundre meter høy mast, overfører deres vindturbin effekten fra to bladsett, som er kontraroterende, til en generator i bunnen av flyteren. World Wide Wind har hentet inspirasjon fra en tradisjonell seilbåt.

– Dette gjør det mulig å bygge en lettere og slankere konstruksjon med mindre materialbruk, enklere sammenstilling og installasjon. Den lar seg skalere opp til for eksempel 24 MW generatorytelse. Dermed kan vi oppnå stordrifts-fordeler, sier Knutsen.

Konseptet fungerer

Prototypen ble nylig testet i Vatsfjorden ved AF Decoms anlegg for demontering og opphogging av utrangerte olje- og gassinstallasjoner.

Teknisk sjef i World Wide Wind, Rune Strømquist, forteller at i Vatsfjorden fikk de testet de viktigste prinsippene og fikk bevist at konseptet med to kontraroterende rotorer med blader virker.

– Vi benyttet enkel elektronikk og enkle lagre i piloten, som gir 30 KW. Den veier tre tonn og er 20 meter høy. Hele strukturen er bygget i aluminium, bortsett fra bladene som er av vanlig komposittmateriale, sier Strømquist.

Han forteller videre at testen også viste at den flytende strukturen bøyer seg med vinden, slik den er designet for.

Redusert vindskygge

Da hovedprinsippene var bevist etter 14 dager i fjorden, ble piloten tatt opp av vannet. Nå bygger World Wide Wind pilot nummer to i samme størrelse og med samme struktur. Men den neste piloten får nytt kontrollsystem, bedre lager og mer instrumentering.

Planen er å sjøsette den andre piloten i løpet av sommeren. Det skal skje på samme sted, altså i Vatsfjorden nær AF sitt landanlegg. Da skal piloten bli stående i fjorden for testing og strømproduksjon gjennom seks måneder.

– Vi vil da måle kraftproduksjonen i forhold til vindstyrke og vindretning. Dessuten skal vi måle turbulensen og vindskyggen som oppstår bak den flytende vindturbin.

Ifølge beregninger vi har fått utført, vil en vindpark med vår type flytende vindturbiner ha behov for bare halvparten så stort areal i havet som de mer tradisjonelle flyterne, sier teknisk sjef Rune Strømquist.

– Dette gir mye bedre arealutnyttelse, reduserer mengden kabel og forbruket av kobber.

Han legger til at DNV skal leies inn med målestasjoner for å verifisere vindskyggen. Strømquist forklarer at ettersom deres vindturbin skal tilte med vinden, vil de skråstilte vertikalt roterende turbinbladene i sterk vind ligge nærmest parallelt med havflaten. Samtidig vil et annet rotorblad peke rett opp. Dermed blir det mindre grad av vindskygge og mer vind til å drive neste turbin i parken. Dermed kan turbinene stå tettere i havet.

Demo-turbin om to år

Etter at testperioden med pilot nummer to i Vatsfjorden er over, sikter World Wide Wind mot bygging av en større demo-turbin med effekt på 2,4 MW.

Ifølge gründer og daglig leder i World Wide Wind, Stian Valentin Knutsen, er planen at en større demo-versjon skal kunne sjøsettes i løpet av de nærmeste to år.

– Den vil bli designet som en fullskala-turbin på 24 MW. Men demoversjonen skal nedskaleres til en tidel av full størrelse.

Demo-turbinen blir totalt 120 meter høy og 100 meter av konstruksjonen vil rage over havflaten.

– Vi er i samtaler med AF-gruppen om bygging av denne turbinen ved deres anlegg i Vats. Demo-turbinen planlegges i samarbeid med MET-Centre og skal plasseres i sjøen utenfor Tau Autonomy Center (TAC) i Strand kommune i Rogaland.

– Der ligger det svært godt til rette for realistisk testing ettersom Lyse Energi har installert tilkopling til strømnettet, sier grunnlegger Knutsen

Nå arbeider selskapet med å få på plass et konsortium av leverandørselskaper, som skal være med å utvikle og bygge demo-versjonen og senere fullskala-versjonen. Leverandørene arbeider med å verifisere hver sine biter av helheten. Patentet for designet er godkjent. Det samme er mellom åtte og ti andre patenter, som skal benyttes i den videre byggeprosessen. Det arbeides samtidig med å få investeringselskaper og internasjonale investorer med på laget.

– Den prosessen ser vi lyst på. Det finnes blant annet flere grønne fond som er rettet inn mot slike energi-prosjekter, sier Knutsen.

Det irske analyseselskapet Exceedence har på oppdrag fra World Wide Wind gjort en sammenlignende studie av kostnader. Den viser at turbindesignet til World Wide Wind kan produsere strøm til en kostnad som ligger mer enn 40 prosent under dagens brukte løsninger for flytende vindturbiner.

Generator under vann

I den nye turbintypen vil selskapet også ta i bruk en ny type generator. Til utviklingen av denne er World Wide Wind sammen med Uppsala Universitet tildelt fem millioner kroner fra Eureka Eurostars via Norsk Forskningsråd og Vinnova i Sverige. Generatoren ble først utviklet hos ABB på 1990-tallet, hvor Rune Strømquist og professor Hans Bernhoff den gang var ansatt.

Videreutvikling av teknologien i generatoren ledes nå av Hans Bernhoff ved Universitetet i Uppsala. Han er oppfinneren bak den nye havvindturbin. Generatoren er basert på en magnetisk kjerne av ferritt, mens den har isolerte kabler som viklinger. Ferritt er ifølge Store norske leksikon en strukturvariant, eller fase, hos jernlegeringer, som kjennetegnes ved en romsentrert kubisk krystallstruktur.

– Generatoren utvikler lite varme og trenger derfor ingen væskekjøling. Den skal ikke, som på tradisjonelle vindturbiner plassers i nacellen i toppen av tårnet, men i et luftfylt generatorhus under vann. På grunn av friksjon mellom bøyen og vannet, vil havvindturbinen miste noe kraft. Men oppsummert vil effekten være omtrent som for en tradisjonell turbin med generator plassert i toppen av turbintåret, sier Strømquist.

Han hevder videre at generatoren har få bevegelige deler og skal bli nærmest vedlikeholdsfri. Det blir ingen tannhjul, ingen girboks og dermed ingen oljer. En annen stor fordel vil ifølge Strømquist være at generatoren kan bygges nesten hvorsomhelst, der det finnes kvalifiserte mekaniske verksteder.

– Slike finnes det mange av langs vestlandskysten.

Limtre og aluminium

Når det gjelder byggematerialer ellers vil World Wide Wind bruke mest mulig resirkulerbare materialer. Limtre i selve tårnet mens bladene skal produseres av aluminiumforsterket limtre. Moeleven og Sweco er utviklingspartnere når det gjelder bruken av limtre, mens Hydro bidrar til løsninger i aluminium.

Akslingen inni tårnet, mellom øvre turbin og generatoren under vann, vil på en fullskala turbin (24 MW) bli 300 meter lang. Den skal settes sammen av 20 meter lange aluminiumsrør med en diameter på to meter. For å unngå strukturelle utfordringer vil World Wide Wind koble rørseksjonene sammen med flenser.

– Ettersom generator, tårn og flyter kan bygges i Norge med stort innslag av norsk produserte materialer, legger vi til rette for norsk verdiskaping og mange arbeidsplasser i Norge. Hele strukturen kan bygges liggende uten krav til stor krankapasitet og fraktes ut til feltet i samme posisjon. Med stor tyngde nederst, vil den enkelt kunne reises til vertikal stilling før den fortøyes på feltet, sier grunnlegger og gründer Stian Valentin Knutsen.

Artikkelen ble først publisert i TU-magasinet nummer 3, 2024.