– Europa ska öka andelen förnybar energi till 20 procent år 2020, men detta ambitiösa mål kan bara realiseras om det blir en dramatisk ökning av vindkraft, deklarerade Andreas Nauen, vd för Siemens Wind Power och tillika ordförande för offshore-konferensen. Om vi ska förhindra en katastrofal global uppvärmning kan inte och får inte energisektorn fortsätta med ”business as usual”.
Det stod klart att en stor del av den utbyggnad som Europa behöver kan göras just offshore. I vår del av världen finns merparten av världens offshore-parker. Det första verket till havs installerades vid Nogesund i Östersjön 1990. Än idag är offshore-verksamheten väldigt blygsam och hittills har endast cirka 3000 MW installerats i hela världen. Det kan jämföras med totalt installerad effekt, land- och havsbaserad, på drygt 120.000 MW vid slutet av 2008.
Bättre till havs
En vindkraftpark till havs har förutsättningar att producera mer, kanske upp till 30 procent mer än om den stod på land. Till havs finns inte den topografi som annars stör vinden på fastlandet. Vår del av Europa, främst på Nordsjön, har många bra vindlägen. Det faktum att stora delar av våra havsområden är grunda har gjort det möjligt att bygga anläggningar till rimliga kostnader. Ofta har det rört sig om bara 15-25 meters djup. Nu börjar det också bli aktuellt med vindkraftverk som flyter på vattnet och är förankrade i havsbotten. I juni placerade StatoilHydro ett sådant verk 10 km utanför Norges kust. Konstruktionen, i stål och betong, är luftfylld och ser ut som ett smalt flöte som flyter i vattnet. Siemens har levererat en 2,3 MW vindturbin till detta projekt som kallas Hywind.
Tekniskt finns stor utvecklingspotential för offshore-verken, bland annat deras undervattenskonstruktioner. År 2000 användes monopile-konstruktioner som stadgades i borrad berggrund på botten, för några Vestas-turbiner. Samtidigt installerades Enron-turbiner på en monopile som drevs ner i botten. Pelaren och överbyggnaden monterades samman med ett kopplingsstycke utformat ungefär som ett omslutande rör. Det hela fästs ihop med ett slags bruk, kallat UHPG. Absoluta merparten av offshore-installationerna hittills har använt monopile som drivs ner i botten. Ett tredje koncept är ett tungt och brett fundament som vilar på botten.
Många konstruktionskoncept
Det finns många andra tänkbara konstruktioner av fundamenten. Ett av seminarierna på offshore-konferensen handlade om fundament, och framförallt aspekter på produktionsmetoder och kostnader. Med tanke på vindkraftparker på djupare vatten än som varit aktuellt hittills, behövs kostnadseffektiva fundament, men även flytande plattformar kan få bred användning.
Engelskmannen Gordon Jackson, från företaget Arup, hade kalkylerat kostnader för olika produktionssätt. Han hade jämfört betong och stål, kostnaderna var ungefär lika. Om betongfundament gjuts med klätterformar kan kostnaden minska med 35 procent. Massproduktion av betongkonstruktionen generellt kan minska kostnaden med upp till 30 procent. Jackson tänkte sig ett antal fabriker längs Storbritanniens kuster, där varje fabrik tillverkar 50 fundament per år. En sådan fabrik finns redan i Kent.
Göran Loman, från Vattenfall, är projektledare för Kriegers flak. Han redovisade en undersökning av fem fundamenttyper, produktionskostnader och egenskaper. Studien stöds av Energimyndigheten. Målet var att utvärdera befintliga fundamentkoncept och utveckla nya. Kostnaden beräknades för verk på 5 MW. Stål monopile, som klarar 35 meters djup, kostar 3,1 M€. Stål quadro-pod (alltså med fyra ben) kostar 3 M€. Konstruktionen kan bli konkurrenskraftig för större djup. Den enkla tunga betongsockeln (concrete gravity) kostar 2,4 M€. Nackdelen är att den är tung att lyfta på plats. Betongsockeln med tre ben (gravity tripod) kostar 3,8 M€ och slutligen monopilen i betong 3,1 M€. Den sistnämnda i massproduktion (130 enheter) kostar bara 2 M€. Nackdelen är att konstruktionen inte är prövad.
Thomas Østergaard från Siemens hade också jämfört fem typer av fundament. Kalkylen gjordes för 3 MW verk med 90 meters navhöjd och 40 meter till havsbottnen. Kostnaderna för monopile i stål utgjorde basindex i hans redovisning av material-, produktions- respektive installationskostnader, och därmed fick de index 100, 100 respektive 100. Gravity-based monopile hybrid fick 80, 110, 135. Fackverkskonstruktion i stål fick 80, 170, 90. Här kan installationskostnaderna minska ytterligare, ifall det är möjligt att montera utan kran. Kon-format tungt betongfundament fick index 60, 100, 135 och slutligen stålfundamentet med tre ben 90, 150, 120. Østergaard betonade vikten av att konstruera och produktionsplanera torn och fundament tillsammans, och sa också att helt nya koncept kan behövas.
Maarten Van der Veen, Ballast Nedam Offshore i Holland, hade studerat monopilen i betong som stadgas i borrhål i havsbottnen. Han redovisade dimensioneringen, diameter och totalhöjd på fundamenten, för både Kriegers flak samt för lägen ute i Nordsjön, där påfrestningarna kan bli extrema.
Intrycket av seminariet var att produktionskostnaderna vid användning av kända koncept kan pressas, men samtidigt behövs utveckling av helt nya konstruktioner, speciellt för havsbaserade parker över större djup.
Arrangemanget European Offshore Wind hade denna gång nära fem tusen deltagare och 270 utställare. Det genomfördes tjugotre seminarier. Deras tema var finansiering, havsbaserade kraftnät, miljöaspekter, sysselsättningseffekter, ny turbinteknik, vindprognoser, transporter och projektgenomförande, certifiering och standarder, hur verken klarar den tuffa havsmiljö etc. Under arrangemanget visades också flera hundra posterpresentationer av utvecklings- och forskningsprojekt.
Vind 2009
Den årliga konferensen för Svensk Vindenergi var i år ett samarrangemang med European Offshore Wind. Den svenska organisationen hade också seminarieserier, passade nog med ett europeiskt perspektiv. De första seminarierna handlade om kraftnät i Europa och särskilt med tanke på kablar till Tyskland och Litauen. Andra seminarier tog upp stödsystem och frågan hur man handlar över gränserna med gröna värden. Mest tekniskt inriktat, och samtidigt mest geografiskt allmängiltigt, var seminariet om vindmätning.
’Best practise’
Günther Warmbier, Telecon, beskrev vindmätningsteknikerna SODAR och LIDAR. Metoder för användning är tyvärr inte standardiserade. Teknikerna används mest som komplement till mätning med koppanemometer. SODAR-utrustningen skickar ut ljudpulser som reflekteras av den termiska turbulensen i luften. Pulserna skickas ut i tre riktningar. Mätningarna kan ge aktuellt medelvärde på vindhastighet, statistiska data samt värde på turbulensen. LIDAR skickar ut laserljus. Det finns två varianter, kontinuerligt ljus eller pulsat. Mätresultatet visas som aktuellt medelvärde och standardavvikelse. Den pulsade varianten visar även turbulensprofilen. Både SODAR och LIDAR kan användas för att kartlägga vindprofilen från marken och uppåt, oftast är det upp till 150 meters höjd man är intresserad av. SODAR och LIDAR är billigare än att bygga mast med koppanemometer. En nackdel med koppanemometer vintertid är isbildning. Både SODAR och LIDAR har sina nackdelar, men är användbara om man följer ’best practise’, menade Günter Warmbier.
Daniel Marmander, Triventus, redovisade en särskild studie där man jämfört SODAR, LIDAR och koppanemometer monterad på mast. Arbetet har gjorts tillsammans med meteorologen Anna Derneryd vid Triventus. Studien är inte helt klar än, men intressanta resultat finns redan. Mätningarna gjordes på en kulle i skogsmark. Skog förväntas störa ”idealbilden” av vinden. Luft strömmar inte helt parallellt med marken, särskilt i komplex terräng, därför kan den medelhastighet som mäts på en viss höjd skilja sig från den som en rotor kan ta tillvara på. LIDAR förmodades på testplatsen underskatta vinden med upp till 3 procent, SODAR med upp till 2,5 procent. Koppanemometern antogs ha maximal felvisning på ± 0,25 procent. Som väntat avvek både LIDAR- och SODAR-värdena från koppanemometervärdena. Ett tydligt samband fanns mellan en matematiskt framställd linjär modell och uppmätta LIDAR-värden, och överensstämmelsen var ännu bättre när en CFD-modell användes (Computational Fluid Dynamics).
LIDAR-mätaren är dyr och modellering av värdena kan vara nödvändig. SODAR är billig och kan vara ett bra alternativ vid korta mätserier, men höga vindhastigheter ger förlust av data. De tre undersökta teknikerna är alla användbara, och kanske har den exakta placeringen av instrumenten på platsen större betydelse än teknikvalet. LIDAR och SODAR används helst som komplement till koppanemometer. Studien kommer att fortsätta. Hur bra instrumenten visar turbulensen ska bland annat också undersökas. Bra vindmätningar är viktigt, inte minst vid förstudier inför etableringar, 3 procents avvikelse motsvarar 5 procent i el-produktion, eller 300 MWh per år för ett 2,5 MW vindkraftverk.
Hela skalan på mässan
På mässan fanns hela skalan av leverantörer och konsulter representerade, samt förstås en hel rad aktörer, stora som små, ensamma eller i nya konstellationer. De sistnämnda representerades av bland andra Statkraft SCA Vind AB. Statkraft ägs helt av norska staten. Företaget ville komma åt skogsmarker för etablering i Sverige, ta del av svenskt stödsystem samt våra kortare handläggningstider (ser man på!). SCA ville å sin sida få en kapitalstark partner. Nu har Statkraft SCA Vind sökt tillstånd att bygga sex parker i Jämtland/Västernorrland, en investering på 16-20 miljarder kronor och som kan ge 2,4 TWh per år.
Siemens
Siemens Wind Power hade en flott och välbesökt monter. Företaget är ju störst i världen på offshore-verk, och har referenser i kända projekt som Middelgrunden, Rødsand och Lillgrund. Irländska sjön var förr i tiden fruktad av seglare för sina hårda vindar, idag utnyttjas vinden där för energiproduktion i vindkraftparken Burbo Bank. Siemens levererar nu verk till Greater Gabbard vid Themsens utlopp. Parken ska stå klar nästa år och producera el som räcker till 415.000 hushåll. London Array, i samma område, har nyligen fått tillstånd och dit ska Siemens leverera 175 verk på 3.6 MW.
– Siemens 3.6 MW verk är det största serietillverkade verk som finns idag, större verk kommer att efterfrågas särskilt av offshore-marknaden och det är något som vi tittar på, men vi har ännu inga prototyper, säger Roland Arvidsson, chef för Siemens Wind Power i Sverige.
– Ett intressant utvecklingsprojekt vi genomför nu är direktdrift, vilket innebär att verken inte behöver någon växellåda. Vi testar två fabrikat av nya generatorer som klarar att producera el vid de lägre varvtal som rotorerna har, berättar Roland Arvidsson.
Att rationalisera bort växellådan ökar tillgänglighet och produktivitet, som i sin tur ger betydande intäktsökningar. Möjligheterna att producera el i flera vindlägen förbättras genom att Siemens nu kan leverera två av sina verk med längre rotorblad, 101 meter för 2,3 MW-verket och 120 meter för 3,6 MW-verket, så platser med lägre medelvind kan utnyttjas.
Stödjande företag och underleverantörer – Holtab
En rad utställare på mässan var inte i första hand vindkraftföretag, utan företag som stöder med olika tjänster eller är underleverantörer av komponenter och utrustning. Ett sådant är Holtab som konstruerar, tillverkar och levererar transformator- och kopplingsstationer.
– Hela företaget expanderar starkt och vi har satt fokus på tre branscher, berättar Peter Ackebjer, marknadschef på Holtab. Det första är vindkraft, sedan är det spårbunden infrastruktur och industri/byggsektor. Trots den ekonomiska avmattningen har vi haft många leveranser under 2009. Det är nätbolag som E.ON och Vattenfall som är våra största beställare.
Holtab levererar transformatorer till sekundärnivån, vilket innebär att de är placerade vid varje enskild vindturbin eller vid kopplingspunkter intill flera vindturbiner. Strömmen transformeras upp till 12-36 kV innan den matas till fördelningsstation.
– Vi har utvecklat ett totalleverantörskoncept, vilket innebär att Holtab kan leverera all den utrustning för transformatorstationer och kopplingsskåp som kunden kan tänkas beställa. Sedan har vi inga färdiga standardlösningar utan varje beställning projekteras separat. Vi tar väldigt mycket hänsyn till det specifika projektets krav på teknik och miljö, avslutar Peter Ackebjer på Holtab.
Holtab har utvecklat sitt företag utifrån produkterna transformator- och kopplingsstationer. Andra företag profilerar sig mot en viss bransch, ett exempel är Triventus AB med dotterbolagen Triventus Consulting AB och Triventus Energiteknik AB. Koncernen har kompetens genom hela projektprocessen vad det gäller vindkraft. Triventus Consulting AB utför vindmätningar, men åtar sig också hela förstudier samt för- och detalj-projektering och även projektledning av vindkraftbyggen samt hela tillståndshanteringen. Triventus Energiteknik AB erbjuder avancerad centraliserad övervakning av vindkraftverk inklusive driftdata och larm. De erbjuder service, underhåll och garantibesiktningar och är en av de få märkesoberoende serviceföretagen på vindkraftmarknaden. Moderbolaget Triventus AB står för byggnation och förvaltning av vindkraft. Markfrågor, projektutveckling, projektledning och genomförande hör till moderbolagets verksamhet.
wpd satsar stort till havs
En aktör som ställde ut på mässan var wpd Scandinavia AB. Företaget ser stora fördelar i Sverige med utmärkta förutsättningar för vindkraft till havs. Skandinavien är en prioriterad marknad för wpd-koncernen internationellt. Under mässan offentliggjorde wpd Scandinavia att man gör tillståndsansökan till regeringen för att bygga vindkraftpark vid Finngrundet 4 mil utanför Gävles kust. Avsikten är att 2014 börja installera 300 turbiner med total effekt på 1500 MW. Det skulle ge en årsproduktion på 5,5 TWh när parken planeras vara i full drift 2017. Installerade effekten kan jämföras med vad wpd-koncernen idag har i befintligt bestånd i världen, som är 2000 MW och totalt installerad effekt i Sverige, alla aktörer inräknade, i slutet av 2008, som var 1100 MW. Under 2008 producerades i Sverige 2 TWh.
Wpd planerar ytterligare en park i havet, då utanför Söderhamn. Om wpd:s planer sätts i verket kommer deras produktion att väsentligt bidra till Sveriges mål för vindkraften 2020. Wpd ser stora möjligheter för Sverige att bli stor exportör av grön el.