Flytande vindkraft – framtidens energiförsörjning?

Vindkraften i Skandinavien fortsätter att expandera i rekordfart. Med turbiner både på land och ute till havs står vindkraften idag för hela 17 procent av Sveriges elproduktion. Nya metoder och tekniker utvecklas för att göra energikällan mer hållbar, effektiv och samtidigt mindre skadlig för lokala ekosystem. Flytande vindkraft, utan fast förankring i botten, möjliggör produktion av havsbaserad vindkraft på djupare vatten och på ett betydligt mer effektivt sätt. Konsultföretaget COWI driver samarbetsprojektet EMULF för att påskynda utvecklingen av framtidens kostnadseffektiva flytande vindkraft.

Den havsbaserade vindkraften associeras idag med långa tillståndsprocesser, överklaganden och diskussioner om en förändrad kustlinje. Fördelarna är dock många – vindhastigheterna är högre och jämnare samtidigt som kraftverken stannar på behörigt avstånd från bebyggelse. Processen att tillverka bottenfasta havsvindturbiner blir däremot för dyr när havsdjupet blir fört stort. Fundament i stål eller betong förankras i havsbotten, med vindkraftverket installerat ovanpå, vilket är en mycket väderberoende process. Flytande vindkraftverk har potentialen att öppna upp enorma nya områden för produktion av vindenergi och komplettera befintlig teknik.

Teknikkonsultbolaget COWI driver sedan 1,5 år tillbaka samarbetsprojektet EMULF (Efficient numerical Methods for Ultra-Large Floating wind-turbines) för att utveckla kostnadseffektiva metoder tillsammans med Norges Teknisk-Naturvetenskapliga Universitet (NTNU), Danmarks Tekniska Universitet (DTU) och det norska klassificeringsföretaget DNV. Projektet finansieras av COWIfonden.

– COWI har tagit sig an utmaningen att skapa modeller som kan möjliggöra kostnadseffektiva flytande offshore-turbiner. Vi vill hitta effektiva metoder för att anpassa vindkraftverket utifrån platsens omständigheter och energibolagens krav, säger Stian Fiskvik, specialist inom strukturell vindenergi och förnybar energi på COWI.

Fördelar med flytande vindkraft

Dagens bottenfasta havsbaserade vindkraft har idag två huvudsakliga begränsningar: Den första begränsningen är kostnaden associerad med att bygga fundament på stora havsdjup. Ju större fundament som krävs, desto högre blir kostnaderna. Den andra begränsningen är tillgången till installationsfartyg och effektiva leverans- och tillverkningskedjor. Större konstruktioner kräver särskild utrustning (exempelvis fartyg) för frakt, byggnation och installation – och detta finns det bara ett begränsat antal av. Installationen av större vindturbiner kräver kranar som både kan lyfta mycket tunga vikter samt nå mycket höga höjder.

 

Flytande vindkraft, å andra sidan, behöver inte anpassas efter havsbottnen. Detta gör att varje kraftverk i en flytande vindfarm kan installeras på samma sätt. Standardiseringen gör att både konstruktionen och installationen på sikt kan gå ner i pris. För bottenfast havsbaserad vindkraft är kraftverk på vatten över 60 meters djup inte längre kostnadseffektiva. Det kostar helt enkelt för mycket att uppföra fundamenten. Flytande vindkraftverk kan användas i betydligt djupare vatten.

Den nu pågående trenden inom vindenergi är att bygga färre men större vindturbiner.

Utmaningen för flytande vindkraftverk är således att skapa flytanordningar som klarar av stora vindkraftverk och som samtidigt har en minimal materialåtgång.

– En av de stora tekniska utmaningarna är att hitta balansen mellan storleken på vindturbinen och storleken på flytanordningen. Kombinationen av större turbiner och minimerade dimensioner på flytanordningen gör strukturen mycket flexibel. Det blir en utmaning att hantera belastningen – inte minst från vågor och vind, säger Stian Fiskvik.

Inte enbart långt ifrån kusten

En vanligt förekommande uppfattning med flytande vindkraft är att kraftverken enbart placeras långt ute till havs – långt bort från ett lands kustlinje. Stian Fiskvik intygar att detta är en fördel – men menar att det finns länder vars kustlinje snabbt blir alltför djup för att bygga bottenfasta vindkraft på. Det krävs därför flytande vindkraftverk även vid de djupaste kustlinjerna. Norges kust, USA:s västkust och vid det japanska havet är några exempel på sådana områden. Taiwan, som var tidiga med att satsa på havsbaserad vindkraft, har nu börjat få ont om lämpliga havsbotten att fästa vindkraftverken på. Flytande vindkraft kan då vara avgörande för att lyckas uppnå satta klimatmål.

Innovation tillgänglig för alla

EMULF:s modell för att optimera flytande vindkraftverk kommer nu i projektets slutfas att offentliggöras . Förhoppningen med COWI:s projekt är att resultaten ska gynna hela branschen och göra flytande vindkraftverk mer lönsamma.

– Det finns väldigt lite nytta i att sitta på värdefull kunskap utan att sprida den vidare. Det är inte enbart COWI som arbetar inom området – hela branschen behöver nya metoder och mer kunskap, säger Stian Fiskvik.

Befintliga metoder för att analysera flytande vindkraftverk är mycket avancerade men också tidskrävande. EMULF:s modell för att designa resurseffektiva vindkraftverk ger snabbare analyser som gör det möjligt att skapa mer optimerade konstruktioner och som i sin tur blir billigare att producera.

Flytande vindkraft i framtiden

Enligt COWI kommer det att finnas flytande vindkraftsparker i industriell skala runt 2030. Det finns idag ett fåtal exempel på mindre flytande vindprojekt runt om i världen – Hywind Scotland och Hywind Tampen. Trots att de flesta projekt ännu inte är lönsamma, växer marknaden snabbt.

– COWI ser på flytande vindkraft som en dramatiskt växande marknad. EMULF-projektet är bara en del av COWI:s satsning och vår ambition är att bygga kompetens för att bli ett branschledande företag med expertkunskap inom flytande vindkraft.

Efter det att nuvarande projekt avslutats kommer EMULF 2 att ta vid 2023. Denna gång med samma partners och med ambitionen att fortsätta utveckla kunskapen från EMULF 1 för ännu fler typer av flytande fundament. På sikt menar Stian att det krävs enorma investeringar och fortsatt gott samarbete för att göra flytande vindkraft konkurrenskraftigt.

– Vi behöver göra det lockande för tillverkare att producera utrustningen och assistera dem i hur flytanordningarna ska utformas. COWI:s ambition är att vara med genom hela värdekedjan – från optimering och design av den flytande vindkraften – till rådgivningen och specifikationen hos tillverkaren – till projektledning för själva installationen, säger Stian Fiskvik.

Med länder som Frankrike och Storbritannien i framkant har även Norge och Sverige börjat investera i den här typen av vindkraftfundament. Med målmedvetet samarbete och riktade investeringar ser storskalig flytande vindkraft ut att snart bli verklighet.

 

Innovationscase – Hur våra medlemmar gör skillnad

Innovations­företagens medlemmar driver samhälls­utvecklingen framåt genom innovativa projekt. Med Innovationscase lyfter vi kontinuerligt särskilt spännande och nytänkande case från våra medlems­företag.

Läsa alla case här.