Parker med havvindmøller, der flyder på dybt vand, hvor vinden er mere kraftig og vedvarende er en mulig løsning for at høste billig grøn energi. Men indtil videre er de samlede udgifter til at producere og installere flydende havvindmølleparker så store, at prisen per kilowatt-time (kWh) bliver for høj til at kunne konkurrere med havvindmøller, der står fast placeret på havbunden.    

Men potentialet for at bygge flere af de traditionelle bundfikserede havvindmøller er begrænset. Selv om Europa har mange tusind kilometer kystlinje, er det kun økonomisk rentabelt at bygge disse på op til 50 meters dybde. Det betyder, at vindmøllerne skal stå forholdsvis tæt på kysten – ofte indenfor 10-20 kilometer fra land. Og i disse kystnære arealer er det ofte ikke tilladt at bygge havvindmølleparker af sociale og miljømæssige årsager.

Det er derfor nødvendigt at finde løsninger til at placere vindmølleparkerne længere ude på havet – væk fra kystnære aktiviteter og fredede områder – og ude af syne fra kysten.

“Kun en meget lille del af de kystnære arealer er tilgængelig for vindudvikling, og mange mennesker ønsker ikke havvindmøller tæt på. Derfor er løsningen at få dem til at flyde, så de kan være længere væk. Det gør det også muligt at høste mere vedvarende og stærkere vindkraft i de områder af havet, som har større vindressourcer”, siger PhD-studerende David Stamenov, Institut for Byggeri og Bygningsdesign. Han skal snart forsvare sin PhD-afhandling, som er en del af det 4-årige forskningsprojektet CYBERLAB.

Matematisk model hjælper med at designe optimalt testforløb

Før denne teknologi for alvor kan blive et attraktivt alternativ skal der ske en udvikling af de gigantiske, flydende elementer, der skal bære og stabilisere turbinerne. De store mænger stål, der skal bruges, er en af de ting, der får prisen i vejret. Andre faktorer er den megen planlægning og logistik der er nødvendig for overhovedet at få de kæmpestore vindmøller og flydeelementer transporteret og installeret på dybt vand. Men omvendt viser både erfaring og beregninger, at større flydeelementer fører til lavere kWh, og derfor er udviklingen i øjeblikket, at der arbejdes på turbiner på helt op imod 20MW.

For at understøtte denne udvikling, er eksperimentel testning en afgørende komponent for at sikre, at turbinerne er stabile i storme og kan modstå bølger og barske forhold langt ude på havet i mange år.

Men hvad skal testes – og hvordan? Den udfordring tog CYBERLAB projektet op: Ikke ved at teste 100x100 meter store flydeelementer langt ude på havet, men ved at teste en langt mindre model i et bølgebassin hos det norske forskningsinstitut SINTEF Ocean.

Nu er projektet afsluttet, og forskerne lykkedes med at udvikle en matematisk model, som kan afgøre hvilke parametre i designet, der er mest følsomme og dermed kan påvirke den måde, strukturen opfører sig under forskellige forhold på havet.  Ud fra dette kan man udføre en effektiv testkampagne, som vil give de bedste svar på, hvordan en rigtig flydende offshore vindmølle vil reagere under de præcise forhold, den vil blive udsat for langt ude på havet.

"Ved at bruge den matematiske model, vi har udviklet, er det muligt at bestemme, hvilke eksperimenter der bedst vil stimulere modellen på en bestemt måde og afsløre dens adfærd ved at udføre betydeligt færre tests end normalt. Vi opnåede de samme resultater med to tests, som normalt ville kræve fem til syv tests," siger David Stamenov.

Billigere fortøjningssystem

Kun meget få projekter rundt om i verden udvikler løsninger til flydende vindmøller. Alle disse er eksperimentelle forskningsprojekter, der generelt arbejder ud fra antagelsen om, at hver vindmølle skal være forankret til havbunden, hvilket også er mere komplekst og dyrere på større dybder end tættere på kysten.

På trods af, at der er mere plads til offshore vindmølleparker i områder med dybt vand, og der også er potentiale for at udnytte mere konsistente og stærkere vinde længere ude på havet, har flydende havvindmølleprojekter endnu ikke tiltrukket store investeringer. Selvom omkostningerne falder hurtigt, er der stadig et stykke vej endnu. Fortøjningssystemet er en komponent, der endnu ikke er optimeret og det er derfor en potentiel måde at reducere omkostningerne på. En mulighed er at forbinde de flydende strukturer med fælles liner i et mønster, så man kan reducere antallet af havbundsankre betydeligt. Men dette kræver også omfattende forskning og test:

"Forestil dig gigantiske flydere bundet sammen med liner i en slags netstruktur. Her er der brug for at sikre sig, at de belastninger, du forudsiger i testene og de numeriske modeller, er, hvad vindmølleparken faktisk kommer til at blive udsat for. For hvis du fejlkalkulerer belastningerne og overbelaster nogle af linerne, og hvis de går i stykker, kan du få en dominoeffekt, hvor hele parken risikerer at blive skadet," siger han.

Ingen tid eller penge til trial and error

Der er heller ikke enighed om, hvordan de gigantiske flydere konstrueres optimalt. I øjeblikket er der hundredvis af flyderkoncepter af forskellige slags. Eksperimentet i CYBERLAB-projektet blev udført ved hjælp af en langt mindre model af en af flydertyperne, der er egnet til arbejde i testfaciliteten.

• "Det er endnu ikke klart, hvilken type der er den bedst mulige flyder, fordi de er enorme, de skal modstå havets belastninger, men de skal også være billige, de skal samles et sted, og en blok på 100 gange 100 meter er ikke let at samle," siger Giuseppe Abbiati, lektor og sektionsleder for Structural Engineering på Institut for Byggeri og Bygningsdesign på Aarhus Universitet.

Derfor er effektive og realistiske tests afgørende for udviklingen. Testene skal give svar på, hvad der sker, når en gigantisk stålblok flyder i havet i 30 år.

"Trial and error tilgangen har lært ingeniører værdifulde lektioner gennem årene. Du lærer af dine fejl, og du forbedrer dig. Vi er gode til at designe bygninger og broer, fordi vi har gjort det i 3.000 år. Flydende vindmøller? Ikke rigtig. Så for at opnå forståelse og kunne sige, at en flyder er bedre end en anden, er der brug for mange eksperimenter. Eksperimentering i denne fase, hvor teknologien ikke er velkendt, er afgørende," siger Giuseppe Abbiati.