Bedre lønnsomhet i havvind

Denne saken med professor i havvind ved GFI, Finn Gunnar Nielsen, er skrevet i sin helhet av Claude R. Olsen ved NORCOWE. Saken er gjengitt med tillatelse og hentet fra NORCOWEs nettsider.  

For å få ned kostprisen pr kilowattime vindkraft er det tre ting eieren av vindparken må gjøre: Redusere investeringene, redusere drift og vedlikehold og øke produksjonen. Forskningssenteret NORCOWE har funnet metoder for å bedre de to siste.

Vindkraftbransjen har alltid vært veldig fokusert på å redusere investeringskostnadene. Det har utbyggerne sett et stort potensial for å gjøre noe med, og de har lykkes. Nye tekniske løsninger og mer effektiv utplassering har fått investeringskostnadene ned.

– Men det blir ofte underkommunisert hvor viktig det er å også øke energiproduksjonen i en vindpark for å få ned kostnaden per produsert kilowattime elektrisk kraft, sier professor Finn Gunnar Nielsen ved Universitetet i Bergen. Han er også leder av det vitenskapelige rådet i NORCOWE.

Beregningen av såkalt levelized cost of energy (LCOE) for en vindpark viser den gjennomsnittelige prisen parken kan levere energi for. Er den lav nok, vil vindparken kunne levere energi på nettet uten subsidier. De viktigste faktorene er investeringskostnader, drift og vedlikeholdskostnader og energiproduksjon (se faktaboks lengre ned).

Om det er investeringene eller produksjon som betyr mest for energikostnaden avhenger av rentenivået. Med dagens lave rentenivå betyr økt energiproduksjon og reduserte kostnader til drift og vedlikehold forholdsvis mer enn reduserte investeringskostnader. Med høyt rentenivå blir investeringskostnadene viktigst.

Bedre layout

En vindpark kan produsere mer energi ved å plassere vindturbinene smartere i forhold til hverandre. Simuleringer med utgangspunkt i NORCOWEs referansevindpark har vist hvordan utbyggerne kan påvirke lønnsomheten til vindparken ved å endre plasseringen av vindturbinene.

Professor Finn Gunnar Nielsen ved Universitetet i Bergen. Han er også leder av det vitenskapelige rådet i NORCOWE. (Foto: Marit Hommedal)

Men for å finne den beste plasseringen, må vindkraftutbyggerne ha detaljert kunnskap om vindfeltet der den enkelte vindturbin skal stå. Slik kunnskap skaffes best ved målinger av vindforholdene på det aktuelle området. NORCOWE har bygd opp en stor park med måleinstrumenter og god kompetanse på å bruke dem (se artiklene om Motion Lab og måling av vindhastighet med laser). Instrumentene kan både brukes når vindparkeiere skal kartlegge vindforholdene for nye vindparker og for å forbedre driften av eksisterende vindparker.

NORCOWE har også laget numeriske modeller for vake-effektene, det vil si hvordan vindturbiner i en i en vindpark påvirker vindfeltet for vindturbinene bak dem. I vaken bak en turbin er vindhastigheten redusert og turbulensnivået økt. Om en turbin er plassert i vaken fra en annen turbin, vil den gi lavere produksjon, samtidig som den får økte belastninger pga. økt turbulens. Et sentralt forskningstema er hvordan vaken samspiller med det ytre vindfeltet. Kunnskapen vil bidra til bedre plassering av vindturbinene i forhold til hverandre.

Mer kraft fra hver vindturbin

En vindturbin til havs produserer mer energi i løpet av et år enn en vindturbin på land i samme størrelse. Det skyldes bedre og mer stabile vindforhold til havs. Mens en havvindturbin kan produsere 40-50 prosent av kapasiteten dersom den hadde gått for fullt hele tiden, vil en landvindturbin produsere omkring 30 prosent. Hywind utenfor Karmøy nådde for eksempel over 50 prosent et år. Denne forskjellen gjør at havvind kan bli lønnsom selv om investeringene er høyere enn på land.

Industrien øker diameteren på rotoren for å hente mer energi ut fra hver vindturbin. Det gjør hver turbin dyrere, men siden det da trengs færre turbiner for å produsere samme mengde energi, er dette et bidrag til å redusere LCOE.

Større turbiner er mer krevende

Store vindturbiner produserer mer energi, men er også mer kompliserte å designe og drive. Nye vindturbiner kan ha opp mot hundre meter lange turbinblader og rage nesten 250 meter over bakken. Hver gang et turbinblad når på toppen, møter det en høy vindhastighet, mens når det kommer ned langs sjøen, møter det en mye lavere vindhastighet. Turbinbladene utsettes for en syklisk belastning som konstruktørene må legge inn i styrkeberegningene.

Drift og vedlikehold

Drift og vedlikehold er en stor post i kostnaden pr produsert kilowattime. Den tradisjonelle strategien for vedlikehold i vindparker på land er at vindturbinene rusler og går helt til noe går galt. Da kjører teknikerne ut og fikser dem. Denne strategien ville blitt veldig kostbar og til tider umulig offshore.

I stedet blir vindturbinene til havs utstyrt med en rekke sensorer som måler tilstanden. Informasjon om temperatur, vibrasjoner, metall i oljen i girboksen, belastninger og annet sendes til kontrollrommet på land. Overvåkingen gir operatørene beskjed om når det er på tide med vedlikehold. Med såkalt prediktivt vedlikehold beregnes sannsynligheten for når deler vil bryte sammen slik at de kan skiftes ut før de blir et problem.

En god vedlikeholdsstrategi gir høyere energiproduksjon ved at det blir mindre nedetid på grunn av stopp og vedlikehold.

Referansevindparken blir et nyttig verktøy til finne den beste vedlikeholdsstrategien for en vindpark til havs.

Fartøyplanlegging

Med hundre turbiner i en havvindpark som skal vedlikeholdes, er det en utfordring å rekke over alle i periodene været tillater det. Hvordan skal vindparkoperatøren få mest mulig gjort på kortest mulig tid? Svaret er å ikke la alt stoppe opp selv om én oppgave må vente på grunn av dårlig vær. I stedet kan operatørene fortsette med andre vedlikeholdsoppgaver.

En doktorgrad i et NORCOWE-prosjekt utviklet et verktøy for å planlegge drift og vedlikehold ut fra værforholdene. Det er nå blitt et nytt selskap Shoreline.

NORCOWE har også utviklet et beslutningsstøtteverktøy for installasjoner av vindturbiner til havs i spin-off prosjektet Decision Support for installation of offshore wind turbines (DECOFF).