Havvindmølle vestas teknikere

Gigantturbiner tapper havet for grønn energi

Havvindturbinene vokser raskt, og nå er en 280 meter høy gigant klar til testing. Den grønne omstillingen vil nemlig kreve enorme mengder strøm.

Havvindturbinene vokser raskt, og nå er en 280 meter høy gigant klar til testing. Den grønne omstillingen vil nemlig kreve enorme mengder strøm.

Claus Lunau

43 000 kvadratmeter! Eller arealet av seks fotballbaner av internasjonalt format.

Et så stort rotorareal dekker de 115,5 meter lange bladene på den nye gigantturbinen til det danske firmaet Vestas.

Den 280 meter høye vindturbinen bærer det litt kjedelige og tekniske navnet V236-15.0 MW, men særlig den siste delen, 15 MW, er interessant. Det er turbinens effekt, altså kapasitet eller yteevne. Femten megawatt.

Vindturbiner i 15 MW-klassen er kulminasjonen av tiår med utvikling. Effekten av en enkelt turbin har blitt fordoblet om lag hvert sjuende år. Dermed kan bare en eneste av de nye gigantene forsyne hele 20 000 av våre stadig mer energikrevende husstander med strøm.

Nå skal vindturbinene etableres i klynger langt fra land og dele fornybar energi med hele kloden.

Kloden krever energi

For bare noen år siden var effekten av verdens kraftigste vindturbin 10 MW, men nå er Vestas klar til å teste et monster av en storebror. Effekten på 15 MW gjør akkurat nå V236-15.0 MW til den største vindturbinen i verden.

Graf vindmøllerhøjde
© Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

Turbiner skyter i været

De første strømproduserende vindturbinene ble bygd på 1800-tallet. Med den nye Vestas-modellen har de på om lag 200 år vokst i høyde fra 20 til over 250 meter.

Vindturbiner av det kaliberet blir helt sentrale for å bremse den globale oppvarmingen. Den grønne omstillingen vil nemlig kreve enorme mengder strøm.

Vi kan ta Danmark som eksempel: Landets samlede strømforbruk er i dag om lag 35 terawattimer (TWh), noe som svarer til 35 billioner watt i en time. Vi kan oversette det energiforbruket til en målestokk det er enklere å forholde seg til. Det er som å ha på 570 millioner lyspærer på sju watt året rundt.

Framskrivninger viser at energiforbruket vil være det doble, altså rundt 70 TWh, allerede i 2030.

Hvis Danmark skal innfri målet om 70 prosent reduksjon i utslippene av CO2, blir dermed elektrisitet helt avgjørende.

I dag går strøm i danske boliger til lys, hvitevarer, klimaanlegg, tv og spillkonsoller, men i framtiden skal elektrisiteten også varme opp boligene og drive elbiler.

Dessuten skal strømmen levere energien til nye datasentre og tog – og drive kjemiske reaksjoner som skal produsere grønt drivstoff – for eksempel hydrogen, parafin eller ammoniakk til fly og skip.

Prinsippet kalles strøm-til-x, og bare i Danmark vil produksjonen av grønt drivstoff kreve 10 TWh elektrisitet i 2030.

20 000 husstander vil den gigantiske havvindturbinen kunne forsyne med strøm.

Heldigvis er det nok energi å ta av.

Jorden blir kontinuerlig bombardert med 173 000 trillioner watt solenergi, og vel to prosent av dette blir gjort om til kinetisk energi i form av vind. Vinden inneholder dermed om lag av 3500 trillioner watt som vindturbinene kan hente ut og gjøre om til elektrisitet.

I 2009 beregnet to amerikanske og en finsk forsker at verdens vindturbiner til sammen kan utvinne om lag 840 000 TWh i året.

Til sammenligning er klodens totale strømforbruk for tiden om lag 25 000 TWh, og selv om det tallet vil stige betydelig de neste tiårene, vil det fortsatt være nok energi til å dekke behovet.

Når den nye vindturbinen kommer i drift i 2024, vil den gi et viktig svar på hvor en del av elektrisiteten til den grønne omstillingen skal komme fra.

Gigantturbiner er løsningen

Ingeniørene har flere gode grunner til å bygge stadig høyere turbiner, for selv om det er nærliggende å tro at flere små vindturbiner er like bra som én stor, er det faktisk ikke slik – særlig på åpent hav.

Først og fremst rager store vindturbiner høyere opp i atmosfæren, der vinden er sterkere og jevnere enn ved jordoverflaten.

En rapport fra USAs nasjonale laboratorium for fornybar energi, NREL, har vist at vindpåvirkningen stiger med mellom en 1/2 og 1 sekundmeter fra 80 til 110 meter over havoverflaten og med ytterligere 1/2 sekundmeter opp til 160 meter.

For det andre er bladene til gigantturbinene lengre, noe som betyr at fanger svakere vind og arbeider ved lavere vindstyrker.

Og siden den store turbinen bare på grunn av størrelsen er mer robust enn forgjengerne, tåler den også mye kraftigere vind før den må stanse.

De 115,5 meter lange bladene begynner å rotere ved bare 3 sekundmeter vind, og de kan operere i opp til 30 sekundmeter. Det er nesten orkan styrke.

Til sammenligning har dagens toppmodell fra Vestas, V164-10.0 MW, en utkoblingsfart på «bare» 25 sekundmeter.

Når Vestas-ingeniørene er så oppsatt på å bygge verdens største vindturbin, gjelder det ikke bare skryterettigheter. På viktige områder er den nye modellen bedre enn dagens toppmodell, V164-10.0 MW.

© Alexander Lund-Andersen

1. Høyden øker effektiviteten

En høyere turbin får fatt i vinden i større høyde. Jo lenger fra overflaten man beveger seg, jo mer fart – og dermed energi – er det i vinden.

© Alexander Lund-Andersen

2. Giganter tåler storm

En kraftigere turbin tåler mer vind og har dermed en høyere utkoblingsfart. Når den nås, blir turbinen stanset.

© Alexander Lund-Andersen

3. Kjemperotor fanger vinden

En vindturbin med lengre blader fanger inn vinden over et større areal. Det gjør at den kan produsere mer strøm.

Som en tredje fordel har store vindturbiner også lengre blader, og det lar dem fange vinden over et større areal. Hvis man dobler bladlengden, dekker turbinen et fire ganger så stort område, og det øker naturligvis strømproduksjonen betydelig.

Vestas V117-4.2 MW, med en rotordiameter på 117 meter, har en maksimal effekt på 4,2 MW, mens den nye V236-15.0 MW, med en dobbelt så stor rotordiameter, altså har en over tre ganger så stor effekt.

Forbedringen skyldes både rotorstørrelse, høyde og utkoblingsfart.

Størrelsen utfordrer ingeniørene

Selv om det altså er opplagte gevinster ved å bygge havvindturbiner så store som mulig, skaper det også utfordringer for ingeniørene. Det er nemlig vanskelig å bygge større turbiner.

Når høyden på en turbin fordobles, og rotorarealet blir fire ganger så stort, stiger vekten drastisk fordi fordoblingen skjer både i høyden, bredden og lengden.

Turbinen blir altså opp mot åtte ganger så tung og krever åtte ganger så mye materialer.

Selv om vekten før eller senere setter en øvre grense for hvor store havvindturbiner kan bli, har kineserne nå erklært at de vil bygge en vindturbin på 16 MW, MySE 16.0-242, enda større enn den nye Vestas-giganten.

Sugeanker
© Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

Vindturbiner suger seg ned i havbunnen

Gigantturbinene står urokkelig fast. En av de nyeste metodene for å feste vindturbinene er såkalte sugeankre, der et undertrykk suger turbintårnet flere meter ned i havbunnen uten behov for noe støpt fundament.

Havbund luft
© Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

1. Turbinen senkes forsiktig ned

Tårnets understell består av et eller flere hule sugeankre som senkes langsomt mot bunnen. Ved å slippe ut luft av ankrene justeres graden av oppdrift og dermed tårnets vekt i forhold til vannet.

Havbund luft forsvinder
© Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

2. Vekten sørger for en del av jobben

Når tårnet er senket helt ned på havbunnen, slippes luften langsomt ut av ankrene slik at hele konstruksjonen mister oppdrift og blir tyngre. Vekten av tårnet presser sugeankeret det første stykket ned i havbunnen.

Havbund mudder
© Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

3. Undertrykk suger fast tårnet

Vann, sand og søle pumpes ut av sugeankret slik at et det oppstår et undertrykk. Samtidig suges det vann ned langs utsiden og inn i sugeankeret, noe som skaper kvikksand som sammen med undertrykket sørger for at tårnet festes dypt i havbunnen.

Den kinesiske rekordturbinen er fortsatt bare på tegnebrettet, men skal etter planene komme i drift i 2024.

Alle selskaper som produserer vindturbiner, bygger nå stadig større, og både Siemens Gamesa og General Electric arbeider med 14 MW-turbiner som kommer i drift fra 2023.

Og det er store planer for havvindturbinene, for gigantene skal ikke settes opp i kystnære vindturbinparker med strømkabler rett inn til land. I stedet skal de stå i grupper langt ute på havet.

Turbiner på tur

Danmark er det første landet som planlegger å bygge såkalte energiøyer. De to første skal bygges i Østersjøen og Nordsjøen og tas i bruk rundt 2030.

Ideen er at kablene med strøm fra hver havvindturbin samles på energiøyene, der den oppbevares.

Energiøya i Nordsjøen skal ligge 80 kilometer fra kysten og ha en kapasitet på 3000 MW. Det svarer til den maksimale ytelsen av 200 av de nye gigantene fra Vestas – nok til å forsyne tre millioner husstander med strøm.

Energiø strøm

Klynger av kjempeturbiner skal levere strøm til verdens første energiøy. Herfra fordeles strømmen videre ut til verden og lagres i perioder med ekstra høy produksjon.

© Energistyrelsen

Senere skal øya oppgraderes til hele 10 000 MW, som kan dekke nesten hele det forventede danske strømforbruket i framtiden.

Men energiøyene skal ikke bare forsyne danske kaffetraktere og elsykler.

Øyene skal også fordele strøm til for eksempel Tyskland, Storbritannia, Norge, Sverige, Polen og de baltiske landene.

Fordelingen skal dempe et av de store problemene med grønn energi, for hva gjør vi når solen ikke skinner og vinden ikke blåser?

For å jevne ut variasjonene i strømproduksjon og forbruket i løpet av døgnet må ulike tidssoner bytte strøm med hverandre.

Den gigantiske vindturbinen vil spare klimaet for 38 000 tonn CO2 i året – noe som svarer til å fjerne 25 000 biler fra veiene.

Hver morgen øker etterspørselen etter strøm dramatisk når folk skrur på lyset og kaffetrakteren samtidig.

Ved å dele strøm på tvers av tidssonene kan etterspørselen jevnes ut – selv om man har stått opp til en vindstille gråværsdag.

Framtidens turbinblader er grønne

Selv om vindturbinene vil spille en helt avgjørende rolle i den grønne omstillingen, er de ikke særlig grønne selv.

Det viser en stor studie utført av seniorforsker Leon Misjnajevskij ved Danmarks tekniske universitet i februar 2021.

Vindturbiner som ble satt opp for 20–25 år siden, og som nå skal pensjoneres, er nesten umulige å gjenbruke materialer fra.

Det er bladene som er det største problemet. Den europeiske interesseorganisasjonen WindEurope spår at det vil være 25 000 tonn av dem allerede i 2025.

Ifølge Misjnajevskij fører det til utslipp av om lag 200 tonn CO2 hvis man skal gjøre om et 6,5 tonn tungt blad til fortausmateriale, mens det bare slipper ut om lag 1 tonn CO2 å kassere det.

Derfor vil det være bedre å renovere bladene og bruke dem som turbinblader igjen – siden det bare koster om lag tre tonn CO2.

Vindturbinprodusentene tar imidlertid problemet på alvor, og i september 2021 presenterte Siemens verdens første fullt ut gjenbrukbare vindturbinblad til havvind.

Havvindmøllevinge

I 2021 lanserte Siemens et 100 prosent gjenbrukbart blad til turbiner for havvind. En ny type løsemiddel sørger for at ulike komponenter i bladet kan skilles fra hverandre.

© Siemens Gamesa

Turbinblader kan inneholde materialer som plast, glassfiber og karbonfiber, PVC, skum og til og med tresorten balsa. De ulike komponentene limes vanligvis sammen med et ekstremt holdbart, harpikslignende stoff.

Men nå har Siemens produsert et nytt bindemiddel som gjør at de ulike materialene kan skilles fra hverandre og gjøres om til blant annet flatskjermer og kofferter.

Det lille amerikanske firmaet Global Fiberglass Solutions går mer drastisk til verks. De tilbyr allerede i dag å komprimere brukte glassfiberblader til plater som for eksempel kan fungere som veggkledning.

Den første kommersielle versjonen av den nye giganten til Vestas tas først i bruk i 2024, så du må nok vente noen tiår før bladene fra verdens største vindturbin kan pryde stuen din.