Laser i høy sjø

Vindmålinger med laserstråler skal prøves ut til sjøs, der også de store vindmøllefarmene bygges.

Publisert

Sist høst stod en plattform med hydrauliske føtter og rugget på en parkeringsplass ved teknologiparken til Universitetet i Agder i Grimstad.

Ruggingen skulle simulere høy sjøgang. På plattformen stod to forskjellige systemer for vindmåling til sjøs. Men hvorfor simulere sjøgang på land, når sjøen ligger like ved?

- På land kan vi kontrollere og isolere bevegelsene i de forskjellige retningene. Dermed kan vi finne ut hvordan de forskjellige bevegelsene påvirker vindmålingene, sier Jon Hellevang i Christian Michelsen Research.

Fartsmåling med lys-radar

Han leder utprøvingen av vindmålinger med laserlys. Lyset sendes opp mot ørsmå partikler i lufta, som reflekterer dem ned igjen.

Refleksen tilsvarer radarekkoet fra en radar, bare at LIDAR bruker lys istedenfor de mer langbølgede radarstrålene. Derfor kalles metoden Light Detection and Ranging - LIDAR.

- LIDAR-målinger på land er velprøvd, og flere produsenter leverer slikt utstyr. Men dette er den grundigste og mest kontrollerte utprøvingen av vindmålinger med LIDAR til sjøs så langt, sier Hellevang.

Nyttige for vindmølleparker til havs

Hywind er flytende vindmøller som installeres til havs. (Foto: (Illustrasjon: Fra videoanimasjon av Statoil))
Hywind er flytende vindmøller som installeres til havs. (Foto: (Illustrasjon: Fra videoanimasjon av Statoil))

Slike automatiske vindmålinger vil være nyttige for de nye, enorme vindmølleparkene som planlegges til havs, slike som prøves ut i Statoils Hywind-prosjekt.

- Hvis målinger av vind i høyde med turbinbladene kan gjøres med laserlys fra en flytebøye, spares utgiftene til å bygge høye måletårn, sier Hellevang.

Statoil er da også tungt inne i dette prosjektet, sammen med Forskningsrådet. Målet er å finne fram til og vurdere metoder og utstyr for slike vindmålinger.

Måler i fire retninger

Figuren viser hvordan laserpulsen (rød) i rask rekkefølge skytes opp i fire retninger. Refleksjonen fra små luftpartikler i vinden (gule piler) får forskjellig bølgelengde ettersom de beveger seg litt mot strålen eller fra den. De fire pulsene kan tilsammen brukes til å beregne fart og retning til luftpartiklene og dermed vinden. (Foto: (Figur: Arnfinn Christensen, forskning.no))
Figuren viser hvordan laserpulsen (rød) i rask rekkefølge skytes opp i fire retninger. Refleksjonen fra små luftpartikler i vinden (gule piler) får forskjellig bølgelengde ettersom de beveger seg litt mot strålen eller fra den. De fire pulsene kan tilsammen brukes til å beregne fart og retning til luftpartiklene og dermed vinden. (Foto: (Figur: Arnfinn Christensen, forskning.no))

Den vanligste måten å gjøre LIDAR-målingene på, er å sende en kort laserpuls opp i lufta. Så kan du måle hvor lang tid refleksen bruker på å komme ned igjen, og dermed bestemme hvilken høyde du vil fokusere på.

Men hvis du skal måle farten til luftpartiklene, kan ikke laserstrålen peke rett opp. Da går jo partiklene i vinden bare rett sidelengs forbi strålen.

Du må peke strålen litt i retning mot eller vekk fra vinden, slik at partiklene kommer mot strålen eller går vekk fra strålen.

Dermed kan du få en fartsmåling etter omtrent samme prinsipp som politiet bruker når de måler farten på biler med radar og laser. Jo fortere bilen kommer mot strålen, desto kortere blir bølgelengden. Det tilsvarer at fargen på laserlyset forandrer seg litt, fra rødt mot blått.

- Laserpulsene sendes på skrå i kegleform i de fire himmelretningene i rask rekkefølge. De forskjellige fartsmålingene som kommer ut av dette, kan brukes til å beregne fart og retning på partiklene, og dermed vinden, forklarer Hellevang.

Feilene jevner seg ut

Men hva så med bevegelsene fra bølgene? Det blir som om en politimann med promille stod og veivet med radaren. Lyspulsene peker ikke i riktig retning. Hvordan vil dette påvirke fartsmålingene?

- Heldigvis blir feilene mindre enn vi fryktet. En grunn til det, er at vi kan beregne gjennomsnitt over en 10 minutters periode. Da jevner feilene seg ut, fordi de varierer tilfeldig, forteller Hellevang.

Resultatene fra høstens utprøvinger er så positive at neste runde flyttes fra parkeringsplassen til norskekysten. Hydrauliske bevegelser skal erstattes med virkelig sjøgang ved Titran, ytterst i havgapet på Frøya i Trøndelag.

- Vi regner med at utprøvingene til sjøs kan starte om kort tid, sier Hellevang.

Forskerne Jon O. Hellevang (t.v) og Stian H. Stavland fra Christian Michelsen Research var sentrale i gjennomføring av testen i Grimstad sist høst. (Foto: Christian Michelsen Research
Forskerne Jon O. Hellevang (t.v) og Stian H. Stavland fra Christian Michelsen Research var sentrale i gjennomføring av testen i Grimstad sist høst. (Foto: Christian Michelsen Research

Lenker:

Artikkel om prosjektet fra Christian Michelsen Research

Om hovedprosjektet som vindmålingsprosjektet er en del av, på nettsidene til Forskningsrådet