Vil utnytte både vind og strøm i ny type kraftverk

I flere miljøer stilles det spørsmål ved om havvindturbinene som hittil er installert, representerer framtidas løsninger.

– Til nå har havvindindustrien gjort det enkelt ved å satse på horisontalt akslede vindturbiner utviklet til bruk på land. Slike turbiner, uten betydelige tilpasninger, er også blitt installert til havs, sier Kåre Krogenes. Han leder det vesle teknologiselskapet Windcurrent.

Kort fortalt er Windcurrents alternativ å installere vertikalt akslede vindturbiner på en flytende plattform som samtidig utnytter havstrømmer til produksjon av el-kraft. Dessuten er byggekloss-prinsippet en rød tråd i konseptet.

Krogenes, som eier storparten av aksjene i oppstartselskapet Windcurrent, har bakgrunn fra olje- og gassindustrien. Det samme har hans partner Kjartan Gilje, mens tredjemann på laget, Svein Ove Enerstvedt, kommer fra finans- og shippingvirksomhet.

I oppstartselskapet peker de på at vindturbiner som roterer rundt en vertikal akse, bygger på gamle prinsipper. For mer enn tusen år siden skal vertikalt akslede vindmøller ha blitt brukt til å male korn og til å pumpe opp vann i Persia. I mer moderne tid ble interessen vekket opp igjen på 1920-tallet med Darreius-turbinen for produksjon av el.

Uten vindskygge

Lignende prinsipper for bygging av vindturbiner vil Krogenes og hans team benytte på flytende havvindkonstruksjoner.

Han peker på viktige fortrinn med den vertikalakslede vindturbinen: De vil alltid fange opp vinden og krever dermed ikke kompliserte og fordyrende systemer, som må til for å justere rotorene til best mulig posisjon i forhold til vindretningen. Dessuten kan flere vertikalt akslede turbiner stå tett på hverandre, slik at arealet i havet blir effektivt utnyttet.

Beregninger Windcurrent har fått utført, viser at effektiviteten i strømproduksjonen øker betydelig når vertikalakslede vindturbiner står tett på hverandre. Stålkonstruksjonen, eller rammen, som de går ut fra i sin modell, måler 200 x 200 meter. På dette rammeverket vil de plassere 13 tårn med til sammen 312 rotorer.

Ifølge Krogenes oppstår det såkalt vindskygge dersom tradisjonelle horisontalt akslede turbiner står for tett på hverandre i havet.

– I en framtidig havvindpark med turbiner som kan yte 15 MW, bør avstanden mellom dem være mer enn to kilometer for å oppnå effektiv drift. I vårt konsept vil vi kunne oppnå en strømeffekt på 75 MW på et like stort havareal som én enkeltstående horisontalakslet vindturbin på 15 MW trenger.

Undervanns-strøm

Men like viktig som vindturbinene er strømproduksjonen som skal skje under havets overflate.

Beregninger som Windcurrent har fått gjort hos Simis i Trondheim, viser at på det jevne vil 60 prosent av strømproduksjonen komme fra turbinene under vann og 40 prosent fra vindturbinene på overflaten. Dette forutsetter en vindstyrke på 13 meter per sekund og at havstrømmen har en hastighet på 1,3 sekundmeter.

Fordelen med strømproduksjon fra undervannsstrømmer i havet er at denne produksjonen vil kunne skje kontinuerlig.

– Havstrømmene varierer ikke på samme måte som vinden på overflaten. Dermed kan vi bygge et balansert kraftsystem som kan sikre produksjon også under vekslende vindforhold, sier Krogenes.

Undervannsturbinene vil de konstruere på samme måte som vindturbinene. Både under og over havflaten skal rotorene bygges inn i celler eller etasjer som festes til søyler. Søylene både over og under vann er på modellen 100 meter høye eller dype. I hver celle eller etasje på søylene skal det installeres fire små rotorer, som kan dreie med vind eller strøm uavhengig av hverandre.

Energien som blir skapt i hver enkelt rotor, skal overføres til en stor felles generator på dekk.

Vikingskip

– Vi har så langt ikke landet på materialvalg. Men rotorbladene kan produseres enten i komposittmateriale eller i aluminium, mens resten av konstruksjonen må bygges i stål, sier Krogenes.

Han tror mange blir skuffet over hvor lite norsk innhold det vil bli i forbindelse med utbygging av havvindparker i norsk farvann med tradisjonelle typer turbiner.

– Vi tar mål av oss til å utvikle et konsept som kan bygges av norske verft sammen med norsk leverandørindustri. Vi henter flere løsninger som er utviklet innenfor boreteknologi i olje- og gassindustrien.

Krogenes ønsker å bygge noe som man kan bli like stolt av som norske vikingskip. Og som kan bli en stor norsk eksportvare. Han legger til at standardisering og designgrunnlag for masseproduksjon er målet for konseptet som skal kunne bygges i størrelse etter behov og lokale forhold.

Basseng-test

Skal det kombinerte kraftverket fungere best mulig, bør det plasseres i havområder hvor det er både gode vind- og strømforhold. Ifølge utviklerne i Windcurrent finnes slike velegnede lokaliteter nærmest overalt på kloden.

– Er det aktuelt å lansere Windcurrent til bruk i de flytende havvindparkene som skal bygges i området Utsira Nord?

– Ved Utsira er det gode strømforhold i havet. Men vi er neppe kommet langt nok i utviklingsarbeidet til å kunne bli et alternativ der, sier Krogenes.

Han viser til at konseptet nå er kommet til trinn nummer fem i teknologiutviklingstrappa TRL (Technology Readiness Level).

Windcurrent samarbeider tett med ingeniørselskapet Moss Maritime. De har verifisert at konseptet kan bygges i praksis. Innovasjon Norge har ytet støtte til utvikling av simuleringsverktøy hos det vesle teknologiselskapet Simis i Trondheim.

Neste trinn i utviklingen av konseptet er å bygge en modell for testing i basseng. En demoversjon med installert effekt på 20 MW skal stå ferdig 2028. Da kan Windcurrent komme i posisjon til å søke om Enova-støtte. Piloten skal testes i et egnet havområde i Lofoten eller Vesterålen, hvor Metcentre søker om konsesjon og legger til rette.

Svalbard og nye fabrikker

Selskapet mener det er mest aktuelt å bygge slike kombinerte kraftverk utenfor øyer, større byer eller nær nye fabrikkanlegg, steder hvor det er behov for betydelig økt effekt basert på fornybar kraft.

Utviklerne har for eksempel brukt Svalbard som et eksempel i sin planlegging. Kraftverket i Longyearbyen har så langt blitt fyrt med kull og diesel.

– Vi tar sikte på å forankre kraftverkene i relativ kort avstand fra land, slik at utstyr for omforming av strøm fra likestrøm til vekselstrøm eller omvendt ikke skal bli nødvendig.

Forretningsmodellen til selskapet er å stå for bygging og drift av kraftverket sammen med kapitalsterke partnere og selge strøm til kunder på land.

Som sine store fortrinn framholder utviklerne at de kan bygge kraftverket integrert og kompakt for å redusere kostnader. Krogenes peker på at konseptet vil ha behov for langt færre kilometer med kabel, færre lengder ankerkjetting, bare en generator og lavere vedlikeholdskostnader.

– Beregninger som vi har fått gjort, tilsier at vi kan bygge og investere i anlegg til 40 øre per kilowattime.

Utfordringer

– Dette er et interessant nytt konsept der utviklerne tenker utenfor boksen, blant annet ved å satse på vertikalakslede turbiner, sier forskningsleder Hagbart Skage Alsos i Sintef Ocean. Han viser til at vertikalt akslede turbiner kan være velegnede til visse formål.

– Man vil samtidig kunne unngå utfordringene med resirkulering av store turbinblader i komposittmateriale. Til turbinblader i mindre skala kan et mer resirkulerbart materiale som aluminium trolig benyttes.

Men han peker også på betydelige utfordringer med konseptet:

– En stor konstruksjon i havet, som dertil har mange turbiner under vann i havstrømmene, vil bli utsatt for store krefter. Det krever blant annet et solid forankringssystem. Konseptet har mange bevegelige deler som trenger tilsyn og vedlikehold. Dessuten vil alle anlegg i havet bli utsatt for begroing. Men jeg regner med at utviklerne har tenkt på disse spørsmålene.. De har en solid partner i Moss Maritime, som har lang erfaring med energiteknikk og offshorekonstruksjoner, sier forskningslederen.

Artikkelen ble først publisert i TU-magasinet, nr. 4/2024