Offshore vindkraft kan bli det neste store utbyggingsprosjektet i Kraft-Norge.

Statkraft, Lyse og Shell Technology Norway er aktørene bak selskapet Sway, mens Norsk Hydro er i ferd med å utvikle konseptet Hywind. Bak begge konseptene ligger ønsket om å utnytte den betydelige vindressursen i Nordsjøen.

Problematisk ilandføring

Daglig leder Eystein Borgen i selskapet Sway peker på ilandføringen som kanskje den viktigste teknologutfordringen før de flytende, gigantiske vindturbinene kan se dagens lys.

- Vi vurderer mange forskjellige konsepter, men det mest realistiske slik det ser ut nå er å samle kablene fra aggregatene i en eller flere flytende transformatorstasjoner. Vi snakker her om dypt vann, og transformatorer på havbunnen blir for risikabelt både med hensyn til logistikk og vedlikehold.

Den største utfordringen her er den dynamiske delen av høytspentkablene som forbinder transformatorstasjonen, hvor spenningen transformeres opp i 170kV, med land.

Kabelen må tåle både bevegelsene i svai, og egenvekten når dybden kan bli fra hundre og ned til mer enn tusen meter.

Alternative barrierematerialer

Selv om kabelen kan føres ned til bunnen i senter av et stivt ankerrør som er leddet i hver ende, vil det oppstå små bevegelser i ankerstaget som kabelen må tåle.

Blykappe, som er vanlig å bruke som vannbarriere for statiske sjøkabler for slike spenningsnivåer, kan derfor ikke uten videre brukes her på grunn av blyets dårlige utmatningsegenskaper.

Det må derfor utvikles alternative barrierematerialer uten blykappe i isolasjonen.

- En plattform som står fast på bunnen med statiske kabler, kan også brukes som transformatorstasjon. Kablene mellom hvert enkelt aggregat og hub-transformatorstasjonen kan klare seg med lavere spenningsnivåer, typisk 10-35kV, og her finnes det eksisterende løsninger for dynamiske kabler som kan benyttes, opplyser Eystein Borgen.

God erfaring

- Vi har god erfaring med dynamiske offshorekabler opp til 36 kV. De er langt lettere enn for eksempel 170 kV-kabler, påpeker senioringeniør Allen Tunheim hos Nexans Norway.

De er blant verdens ledende på utvikling og produksjon av offshore kraftkabler, og har levert kraftkabler til en rekke offshoreinstallasjoner.

- Vi har gjennomført studier for Hydro for å se på behovene som melder seg når et slikt prosjekt skal realiseres. Dette er helt i tråd med våre planer for hvordan vi ønsker å videreutvikle våre produkter, sier Tunheim.

Mer etterspurt

- Dynamiske offshore kraftkabler er et produkt som kommer til å bli mer etterspurt på verdensmarkedet i årene framover, så vi er svært interessert i å få kvalifisert slike kabler.

- For Nexans er hovedutfordringen utmatting av metalliske konstruksjonselementer som leder og metallkappe, fortsetter han.

- Vi har utviklet en omfattende kunnskap i forbindelse med mekaniske/dynamiske beregninger for analyse av påkjenningene som en kabel utsettes for når den henger fra en flytende installasjon. Dette er helt avgjørende for resultatet til den endelige kabelkonstruksjonen, legger Tunheim til.

Testinstallasjon

Sway planlegger å etablere en testinstallasjon med et aggregat på noen titalls kilowatt, rundt 20 meter over havoverflaten. Om alt går etter planen, kan et testanlegg stå ferdig i løpet av 2007.

Hittil har prosjektet kostet rundt 15 millioner kroner. Testinstallasjonen vil koste ytterligere cirka 10 millioner kroner. Sway har ennå ikke valgt leverandører.

- Det vil si at aggregatet kan være med eller uten gir, basert på synkron- eller asynkronmaskineri. Det avgjør vi når den dagen kommer, og vi skal velge det mest hensiktsmessige i forhold til pris og ytelse, sier Eystein Borgen i Sway.

Han er ikke bekymret for de blandede erfaringene danskene har gjort med sine havmølleparker.

- De feilene lå delvis hos leverandøren, og delvis i det faktum at utstyret ikke var designet for maritimt bruk. De fleste erfaringene fra vindparker på grunt vann vil i stor grad være relevant for flytende vindparker.

Neppe vedlikeholdsfritt

Vedlikeholdsfrie generatorer kunne vært en stor fordel på offshore vindparker, men Borgen tror neppe det blir en realitet i overskuelig framtid.

- I dag designes de fleste generatorer med en vedlikeholdssyklus på ett år, men i praksis må de etter sees oftere. Vi skal være fornøyd hvis vi slipper unna med ettårsintervaller. Også ankringsteknologien er en utfordring.

- Her støtter vi oss på kjent teknologi fra øvrige offshoreanvendelser, sier Borgen.

Han nevner strekkstag med universalledd i begge ender, eller enkelt monolegg. Løsningen avhenger blant annet av dybden.

Sway kommer til å satse på vindturbiner på minst 5 MW. Nasellen (maskinhuset) kommer da til å stikke 90 meter over havoverflaten, mens propellen får en diameter på 110-130 meter.

På grunn av stabiliteten kommer konstruksjonen til å stikke minst like dypt under vann.

Konsesjon utenfor Karmøy

Hydro planlegger å etablere en pilotinstallasjon med en flytende vindturbin. Men den kommer neppe før tidligst i 2009.

- Vi har fått konsesjon på å sette opp en turbin på tre megawatt utenfor Karmøy, forteller teknologiansvarlig Finn Gunnar Nielsen hos Hydro.

På sikt tror han at det kan bli aktuelt å installere en havmøllepark på 40-80 vindturbiner, på til sammen 200 MW installert effekt. Nielsen heller til et tårn/skrog i betong.

- Når det gjelder turbinteknologi, vil vi vente til vi ser hva som blir rimeligst og mest hensiktsmessig. Hydro kommer også til å satse på vindturbiner på ca 5 MW, sier Nielsen.

Nasellen (maskinhuset) kommer til å stikke 85 meter over havoverflaten, og den vil stikke like dypt under havoverflaten. Propellen får en diameter på over 125 meter.

Også bølgekraft

Et pussig poeng er at fysikkens lover gjør at vindturbinene kommer til å utnytte noe av energien også i bølgene.

Når konstruksjonen på grunn av bølgene svaier opp mot vinden, vil det ekstra energiutbyttet som følge av konstruksjonens bevegelse mot vinden være større enn tapet når den svaier ifra vinden.

- Vi har ikke regnet eksakt på hvor mye det kan dreie seg om. Det er en liten plussfaktor i moderate vindforhold før bladene begynner å vris ut av vinden for å begrense strømproduksjonen, understreker Eystein Borgen i Sway.

Lengre driftstid

De kolossale vindforholdene langt til havs bidrar dessuten til at slike anlegg får en vesentlig lengre driftstid enn tilsvarende anlegg på land.

Landbaserte vindparker har en gjennomsnittlig driftstid på 3 000 timer årlig.

Til havs tror Borgen at vindturbinene kan produsere kraft i 4 500 av årets drøyt 8 760 timer.

Sway støttes av RENERGI med 2,7 millioner kroner i perioden 2005-2007. Hywind blir foreløpig ikke støttet av Forskningsrådet, men det kan bli aktuelt dersom de etablerer et pilotprosjekt.