Pål Preede Revheim

er prosjektleder hos Nasjonalt Vindenergisenter på Smøla, hvor han jobber med prosjekter innen småskala- og desentralisert vindkraft. Han har bakgrunn som statistiker fra NMBU og har en doktorgrad i prognoser for vindkraftproduksjon fra Universitetet i Agder.

I november skrev jeg her i Sysla Grønn om hvordan det siste året har gått fra prisrekord til prisrekord på havvind.  En viktig bidragsyter til prisrekordene er stadig større og mer effektive vindturbiner.

Fra fysikken er det enkelt å forklare hvorfor turbinene blir større. En dobbelt så stor rotor får overført fire ganger så mye energi fra vinden, gitt alt annet likt. Men hvor lenge kan turbinene fortsette å vokse? Finnes det noen «idealstørrelse» for en vindturbin, eller vil større alltid være bedre?

Fra 40 til 100 meter

I løpet av de siste 20 årene har den gjennomsnittlige vindturbinen i Europa gått fra en kapasitet på 600 kW og rotordiameter 40 meter til kapasitet på nær 3 MW og rotordiameter over 100 meter. Og ser man utelukkende på havvindparker er turbinene enda større – i 2015 var kapasiteten på den gjennomsnittlige europeiske turbinen 4.2 MW og rotordiameter 130 meter.

For turbiner til bruk på land har det vært tegn til en utflating av kapasitetsøkningen de siste årene. Utviklingen har primært handlet om høyere tårn og lengre blader. Høyere tårn gir mer vind, og lengre blader gir turbiner som fanger mer av vinden.

Resultatet har vært turbiner som gir flere fullasttimer (måltall for forholdet mellom faktisk og teoretisk produksjon). For vindkraftprosjekter på land er det vanlig å regne at turbinene utgjør 65 – 85 prosent av utbyggingskostnaden.

Flere fullasttimer per turbin vil derfor gi betydelige bidrag til bedre økonomi, og også muligheter til å bygge ut vindkraft på steder med mindre vind. Men turbiner på land vil alltid ha begrensninger i at de som oftest må transporteres på vei, og ofte møtes de også av planbegrensninger om maksimum høyde. Det er derfor usikkert hvor mye større de kan bli uten store endringer i hvordan tårn og blader produseres.

Større til havs

For havvindturbiner er det derimot få tegn til at kapasitetsøkningen bremser. Dette skyldes først og fremst tre forskjeller mellom land og hav.

Til havs har man for det første ikke de samme begrensningene for størrelse i skarpe svinger, trange gater eller tunneler. Det er derfor få fysiske begrensninger for transport.

For det andre blåser det jevnt over mer til havs enn til lands. Dette gjør at man ikke trenger å begrense seg til å øke antall fullasttimer, men også kan øke kapasiteten til turbinene. For det tredje utgjør turbinene en vesentlig mindre andel av utbyggingskostnadene i havvindprosjekter, normalt 30 – 50 prosent, mens konstruksjon, fundamenter osv. utgjør en stor andel av kostnadene. Gevinsten i å kunne produsere mer strøm med færre turbiner, færre fundamenter, færre meter kabel osv. blir derfor større til havs.

Nok til 2250 husstander

Den tøffeste gutten i havvind-gata har de siste årene vært MHI Vestas V164. 5. oktober 2014 satte en 8.0 MW utgave av turbinen verdensrekord i høyeste produksjon for en enkeltturbin på 24 timer med 192 MWh.

1. desember 2016 satte en trimmet versjon av samme turbin, nå med kapasitet 9 MW, nok en rekord med 216 MWh. Det tilsvarer det årlige strømforbruket til 14 norske husstander.

Plassert på en god lokasjon vil én slik turbin i løpet av et år produsere nok strøm til 2250 norske husstander, eventuelt 7000 britiske husstander, noe som per i dag er et mer realistisk scenario.

MHI Vestas har alt mottatt ordre på 237 stykk V164 fordelt på sju havvind-prosjekter, med planlagt installering mellom 2017 og 2019. Den store populariteten til V164 har tvunget de andre store produsentene til å henge på.

Siemens hintet så tidlig som i 2014 om at de hadde en 10 MW turbin i utvikling, og mente det var en dårlig idé å ta omveien via 8 MW fra det som da var deres største turbin på 6 MW. Siden da har imidlertid 6 MW turbinen blitt oppgradert til 7 MW, og i januar også til 8 MW.

Opp til 10 MW?

Men hva så med 10 MW? 10 MW har lenge vært en slags hellig gral for havvindturbiner. Så tidlig som i 2010 fikk norske Sway konsesjon til å sette opp sin planlagte 10 MW turbin på Ljøsøyna i Øygarden.

Turbinen ble imidlertid aldri realisert, og Sway gikk senere konkurs. Sway var ikke de eneste som tidlig siktet mot 10 MW. I 2011 fikk de kinesiske turbinprodusentene Sinovel og Goldwind utvikling av 10 MW turbiner inn på Kinas nasjonale budsjetter.

Nasjonal backing til tross, få år senere måtte begge droppe redusere ambisjonsnivået, dels for å konsentrere seg om mindre turbiner og dels for å kutte kostnader. Heller ikke de store europeiske turbinprodusentene har klart å styre seg for 10 MW drømmen.

Eller enda større?

Dagens største turbiner er optimaliserte utgaver av mindre turbiner, og kan neppe presses særlig lenger, i hvert fall ikke som kommersielle produkter. Skal noen av de etablerte aktørene komme med en turbin på 10 MW eller mer vil det derfor trolig kreve en helt ny modell.

Det er likevel ingen grunn til å tro at alle planer om 10 MW turbiner er lagt på is. I juni 2016 antydet konsernsjefen i Siemens om at en ny og større modellserie ville komme når potensialet for optimalisering av dagens 6/7/8 MW turbin er fullt utnyttet.

Også fra MHI Vestas pekes det i samme retning. Uten å ville bekrefte om de jobber med konkrete utviklingsprosjekter ble det i juni 2016 uttalt at det var sannsynlig med turbiner på 12 MW og 200 meter rotor før 2030, og at slike turbiner også kan ha potensiale for kapasitet opp til 15 MW.

Utbyggerne ser ut til å ha troa på at det neste steget kan komme ganske snart. Den danske havvindparken Kriegers Flak, med planlagt oppstart i 2022, er godkjent for turbiner opp til 10 MW. Og i trinn 2 av det britiske gigantprosjektet Hornsea, med forventet oppstart en gang rundt 2025, er det gitt godkjenning for turbiner opp til 15 MW.

Helt ny teknologi

Hvor går utviklingen etter 12 – 15 MW? Det er neppe noen tvil om at enda større turbiner vil være teknisk mulig.

Et vanskeligere spørsmål er om det vil lønne seg økonomisk. Fram til nå har utviklingen av vindturbiner vært preget av mindre endringer og forbedringer, dels av eksisterende vindkraftteknologi og dels av teknologi fra andre industrier.

Alt i dag er de største turbinene vel så store som noe som finnes i flyindustrien eller andre industrier. Skal størrelsene økes videre vil det ikke være noe å støtte seg til, hverken på teknologisiden eller innen produksjon av komponenter. Dette vil kreve omfattende egenutvikling og egenproduksjon av praktisk talt alle komponenter. Vil det finnes et stort nok marked til at noen tar sjansen på å utvikle så store turbiner? Jeg tviler.

Store endringer

Men hvis man uansett må starte så å si fra scratch, hvorfor ikke tenke helt nytt? Vestas overrasket alle for et snaut år siden med sin multi-rotor testturbin bestående av én turbinstamme med fire rotorer.

En vesentlig del av motivasjonen bak turbinen er å vise at oppskalering ikke nødvendigvis må bety større rotor.

Den aktøren som til nå har dratt det aller lengst er amerikanske Sandia National Labs. I januar 2016 lanserte de et konsept for en 50 MW(!) turbin med 400 meter rotordiameter basert på et blad-konsept de omtaler som Segmented Ultralight Morphing Rotor (SUMR).

Med SUMR forsøker de å løse noen av utfordringene som oppstår ved oppskalering av tradisjonelle rotorer ved å snu rotoren nedvinds og gjøre den mer fleksibel.

En mer fleksibel rotor vil beskytte konstruksjonen fra deler av de enorme kreftene den ellers ville utsettes for, og gjør at den kan lages lettere og deles opp i mindre segmenter. Et artig historisk poeng er at dette er en lignende løsning som det amerikanske vindmølleprodusenter revolusjonerte industrien med på slutten av 1800-tallet.

Opp til markedet

Som for kostnadsreduksjoner i produksjon av vindkraft har også utviklingstakten til vindturbiner gått fort og hatt en lei tendens til å bli undervurdert.

Likevel tyder utfordringene med å utvikle en 10 MW turbin på at industrien nærmer seg en grense, i det minste for hva som gir mening kommersielt.

Stadig større turbiner byr unektelig på store tekniske utfordringer, men det er nok mer sannsynlig at det til slutt er markedssiden som sier stopp. Men kanskje er det ikke hugget i stein at dagens tre-bladere for alltid vil være den beste løsningen?