Vekten på vindmølle-plattformene må ned

Å redusere størrelse og vekt på plattformen som holder selve vindmøllen oppreist i vannet, er ifølge rapporten det smarteste grepet for å senke prisen på flytende vindturbiner. Kostnadene kan redusere ved å bruke mindre stål, og gjøre konstruksjonene mindre komplekse, slik at de kan serieproduseres i en fabrikk.

– I ingeniørverden kan man være konservativ, lage store plattformer og pøse på med materialer for å sikre at flytende turbiner er stabile nok til å tåle belastningene fra vind, strøm og bølger. Men det er lett å overdimensjonere materialbruken. Man må lage konstruksjoner med mindre materialer, men som er stabile og robuste nok, sier forskningsleder Petter Andreas Berthelsen ved Marintek.

Mens tunge, halvt nedsenkbare flytere gjerne veier 4-5000 tonn, vil hver Hywind-turbin i Skottland veie rundt 2000 tonn.

Installasjonen av vindmøllene må bli enklere

Da Statoils første flytende vindmølle ble installert, ble den satt sammen ved kai og slept vertikalt ut den dype Åmøyfjorden og til Karmøy. Metoden koster mye og krever godt vær. Ikke minst krever den store havdyp hele veien ut: Hywind I (2,3 MW) stakk 120 meter ned under vann.

Installasjon utgjør en betydelig del av kostnadene. Statoil og andre aktører må finne løsninger som gjør transport og installering enklere, og gjør det mulig å frakte og installere flere av de enorme vindmøllene av gangen. Dette vil igjen kreve mer avanserte slepebåter og lektere - og bedre værmålinger, fordi arbeidet krever lengre perioder med godt vær.

Selskaper har foreslått alternative monteringløsninger for Statoil, som nå vurderer hvilket av de tre konseptene de skal velge.

Drift- og vedlikeholdsrutiner - i havn

Vindmøller må vedlikeholdes og repareres fra tid til annen. Flytende vindturbiner, spesielt på halvt nedsenkbare og strekkstagplattformer, kan slepes til land for større reparasjoner, men prosessen er omfattende.

Kronene ruller når vindturbiner må frakobles strømnettet, fraktes inn for reparasjon, og taues ut igjen for ny installering. Selskapene må utvikle metoder for å gjøre operasjonen mer effektiv.

Sparbøye-konseptet, som Hywind er, egner seg ikke for reparasjon ved land, ifølge Carbon Trust-rapporten.

Statoil ser for seg at Hywind vedlikeholdes ved at servicepersonell jobber skift i 14-dagers rotasjon – ankommer turbinene med servicefartøy om morgenen, og hentes på ettermiddagen.

Nye, flytende transformatorstasjoner og dynamiske høyspentkabler

Store havvindparker trenger en transformatorplattform som omformer strømmen til høyere spenningsnivå, og for eksempel likestrøm, for mer effektiv transport til land.

Flytende transformatorstasjoner, på flere hundre meters dyp, vil bli et kostnadssluk, advarer rapporten. De kan også komme til å trenge flere separate støtteplattformer. Samtidig øker behovet for høyspentkabler som tåler bevegelsene som oppstår når de henger frittspent fra sjøbunn og opp til plattformen.

– Kabelen må tåle de dynamiske bevegelsene, som kan føre til utmatting og kortere levetid, sier Petter Andreas Berthelsen ved Marintek.

Avanserte simulerings-verktøy

Aktører verden over har jobbet med å utvikle gode simuleringsverktøy for vindmøller, men det gjenstår fortsatt å verifisere at verktøyene virkelig gjenspeiler de belastningene vindturbinene utsettes for ute i den virkelige verden.

– Det er begrenset med fullskala-tester som man kan ta måledata fra og verifisere simuleringsmodellene. Olje- og gassindustrien har tradisjonelt vært veldig åpen og delt mye erfaring og data med forskere, mens vindindustrien holder dataene tett til eget bryst, sier forsker Petter Andreas Berthelsen.

Mer avanserte simuleringsmetoder kan være avgjørende for å avdekke kostnadsbesparende tiltak flere steder i verdikjeden, ifølge rapporten. Pålitelige beregningsmetoder kan for eksempel forhindre at man velger unødvendig tykke skrogvegger. Dermed bruker man mindre stål.

Avanserte kontrollsystemer mangler

Fordi hele vindmøllekonstruksjonen er flytende, og ikke er montert fast til havbunnen, må vindmøllenes kontrollsystem justeres og tilpasses til de nye lastene og belastningene maskinhuset utsettes for.

Avanserte kontrollsystemer må utvikles, konkluderer rapporten.

Kontrollsystemene til en vindmølle skal sørge for at turbinen til enhver tid produserer så mye strøm som mulig, uten at vinden påfører for store belastninger på konstruksjonen. Det gjør systemet blant annet ved å vri rotorbladene i best mulig vinkel i forhold til vindretningen.

Kostbare fortøynings- og ankersystem

Mange systemer for å fortøye og forankre flytende vindturbiner til havbunnen, er importert fra andre industrier, typisk fra olje- og gass. Disse er ofte svært kostbare og ikke nødvendigvis egnet for flytende vindmøller.

Spesielt ikke om turbinene "bare" skal stå på 50-150 meters dyp, ifølge rapporten. Årsaken er at olje- og gassinstallasjoner gjerne er plassert på langt større dyp enn dette. Hywind skal stå på rundt 100 meters dyp utenfor Skottland.

Grunnere vanndyp kan føre til større belastninger på ankerfestene, og man kan måtte utvikle nye ankersystemer til grunnere vanndybder. Koblinger som gjør det lett å koble turbinen av og på, slik at den lett kan fraktes til land for reparasjoner, må også utvikles.

Avanserte tank-test-fasilliteter mangler

Alle konstruksjoner som designes til bruk i havet, bør gjennomgå bassengtester for å teste hvordan vil oppføre seg når bølger og vindlaster påvirker dem.

I dag finnes det ikke gode nok tank-test-fasiliteter til å gi industrien sikre svar, konkluderer rapporten.

– De fleste havbassengene er imidlertid bygget for å teste olje- og gassinstallasjoner. De simulerer bølger veldig bra, men vil ikke kunne modellere vind av samme kvalitet som en vindtunnel, sier Petter Andreas Berthelsen ved Marintek.

Utviklingsløpet fra småskala til fullskala demonstrasjonsparker er en betydelig flaskehals for utviklere av flytende vindkraft, ifølge rapporten. Bedre tanktestingsmuligheter kan bidra til å løse problemet.

Flytende vindmøller påvirker hverandre

Vindmøller som står i nærheten av hverandre påvirker og "stjeler" vind fra hverandre. Havvind-industrien har gjort en betydelig jobb for å forstå denne "wake-effekten" for fastmonterte vindmøller. Det er utviklet programvare som hjelper vindpark-eierne å få mest mulig ut av vindparken ved å plassere vindturbinene optimalt i forhold til hverandre.

Men flytende vindturbiner vil ikke bare "stjele" vind, de vil også påvirke naboturbinenes bevegelser i havet.

– En park med 100 vindturbiner som beveger på seg, gir andre "wake-effekter" enn om turbinene er fastmontert, sier Petter Andreas Berthelsen ved Marintek.

Nye simuleringsverktøy, som tar høyde for alle de dominerende effektene på en gang, må utvikles, konkluderer rapporten.

Nye Industri-standarder

Løsningene som i dag testes ut for flytende vindkraft stammer gjerne fra olje- og gassindustrien. Mange konsept-designere har påpekt at mange av de adopterte prosessene og standardene arvet herfra ikke nødvendigvis egner seg for flytende havvind.

Rapporten anbefaler å introdusere egenutviklede løsninger og egne standarder, blant annet bygget på standardene DNV GL allerede har laget for fornybarindustrien.

Miljøpåvirkning

Flytende vindparker vil ligge mye lengre unna land enn eksisterende havvindparker i Europa. Likevel må ikke utviklere ta for gitt at de ikke vil møte på omfattende krav om miljødokumentasjon fra myndighetene.

Fugledød, som følge av sjøfugl som flyr inn i turbinene, er noe de må forholde seg til, en annen er hvordan ankerfestene påvirker havbunnen. Utviklere anbefales å tråkke i sporene til den bunnfaste vindindustrien, for å lære av deres feil.