Disse teknologi-tendenser vil gøre havvinden til løsningen på at nå klimamålene

Global Head of Offshore Technology ved Siemens Gamesa Renewable Energy Morten Pilgaard Rasmussen giver her et indblik i, hvad havvindmølleproducenten ser som vigtige tendenser i teknologiudvikling af kæmpemøllerne på havet.
Brødtekst

Klimaforandringer er vores generations største udfordring. Og det haster med handling – vi har kun få år tilbage, før det vil være for sent at nå målet om en maksimal temperaturstigning på 1,5 grader, som aftalt i Paris-aftalen.

At det haster, giver kun vores arbejde med at udvikle og producere vindmøller endnu mere mening. I dag, hvor havvind er konkurrencedygtig i forhold til alle andre energikilder, er vi som førende mølleproducent indenfor havvind – sammen med kunder og leverandører – en del af løsningen på at løse klimakrisen. 

Havvind byder på nærmest uendelige muligheder, og nye markeder opstår nærmest dag til dag, efterhånden som flere lande og regioner fastlægger ambitioner og politik på havenergi. EU har et mål om at have installeret 300 GW havvind i 2050 – i midten af 2020 var der ”kun” installeret 23 GW.

Når man dertil lægger, at mange lande har stort fokus på, at den økonomiske genopretning efter COVID-19 skal fokusere på grøn energi, synes der næsten ingen begrænsninger at være.

Men hvordan ser fremtiden for havvind ud? Hvor stor en rolle kan havvind konkret spille? Og hvilke teknologier skal være på plads for, at de ambitiøse mål kan nås? 

Udvikling af havvindmøller 

At udvikle større og større møller er rent ingeniørteknisk fuldstændig muligt. Det svære er at få alle aspekter til at gå op i en højere enhed: R&D, økonomi, produktionsfaciliteter og logistik.

Selvom vi har en af de letteste naceller i branchen, som på grund af det simple direct drive-drivtog vejer under 500 tons, er det stadig en kæmpestor maskine, som skal produceres, transporteres og installeres.

Alt skal være gearet til at håndtere en så stor maskine, og dermed stilles der store krav til hele forsyningskæden i forhold til at være klar i tide til, at projekterne realiseres til havs. 

Vi fokuserer hele tiden på at udvikle på vores havmøller; både for at forbedre dem, men også for at imødese nye markedskrav i forhold til tekniske løsninger. Et eksempel er vores 14 MW direct drive-mølle med en 222 diameter rotor.

Det er en videreudvikling af vores eksisterende platform, men med nogle teknologiske justeringer som for eksempel en ændring fra et 33 til et 66 kV el-system – både fordi det var nødvendigt i forhold til tekniske krav på nogle markeder, men også for at minimere spændingstabet.

Der er også en udfordring i at designe så store vinger, som skal kunne holde til 25 års drift i et hårdt offshore miljø. Ved 11 m/s vil cirka 520 tons luft passere gennem det areal, rotoren på 222 meter bestryger hvert sekund. Faktisk har vi på 14 MW’ens 108-meter vinge firdoblet vingerodens bøjningsmoment i forhold til 75-meter vingens, målt i newtonmeter, for at den er stærk nok til at modvirke den nødvendige rotationskraft.

For at sætte det lidt i perspektiv: Hvis en arm er cirka en meter lang, og man i hånden drejer en flaske med en liter vand i, så er kraften derfra, som trækker i skulderen, cirka 10 newtonmeter. For en 100 meter lang vinge på en relevant størrelse mølle med en tiphastighed på cirka 100 meter/s er kraften cirka 70 millioner newtonmeter!

Så med en 108 meter lang vinge er det enorme kræfter, den skal kunne modstå ude på havet – hvor der i øvrigt er færre vindstille dage og 30 procent højere vindhastighed, end vi har på land. 

At gå nye veje: Vind til brint (Power-2-X)

I kampen om at vinde ordrer – og klimakampen – er det at videreudvikle på en platform og gøre møllerne større kun én brik i puslespillet. Men vi vil også gerne bevæge os ud på andre områder og være med til at drive den grønne omstilling i bredere forstand.

En af måderne er at få den grønne energi til at række ud over elsektoren og ind i den tunge transport samt den tunge industri. Vi har hos Siemens Gamesa taget det første skridt ud i grøn brintproduktion med et brint-test-site placeret her i Danmark, koblet direkte til en vindmølle nær Brande.

På dette site kan vi, takket være vores innovative kontrolteknologi, teste kørsel af mølle og elektrolyse i ø-drift (”island mode”); altså uden forbindelse til et elsystem. Her vil vi teste teknologien til at producere brint direkte fra vind og blandt andet undersøge, hvordan man kan lave omkostningseffektiv brintproduktion i stor skala.

I januar i år annoncerede vi også et storskala samarbejde med Siemens Energy, hvor vi investerer næsten 900 millioner kroner i at udvikle et fuldt integreret havvind-til-brint-system.

Her er hver enkelt mølle en produktionsenhed for brint, der bliver produceret ved, at mølle og elektrolyse kobles direkte sammen på møllens platform, så man rykker konverteringen til brint så tæt på kilden til den grønne energi som muligt. På den måde kan vi reducere tab i systemet, og med en løsning, der er uafhængig af netforbindelse, kan en sådan havvind-til-brint-løsning installeres, hvor der er mest vind.

Sådan en modulær løsning har et enormt industrialiseringspotentiale og kan bringe den grønne brint ned i pris, så den bliver et konkurrencedygtigt alternativ til de fossile brændsler, der i dag bruges i tung transport og industri. Vores mål er at have første prototype i vandet senest i 2026.  

Flydende møller – en del af fremtiden

Endnu et område, som vi ser som fremtiden for havvind, er flydende møller. Vi forudser stor vækst på flere nye markeder, og selvom vi har en del erfaring med møller på flydende fundamenter, så vil det stadig kræve noget finjustering, når vi laver de nye kæmpevindmøller.

Der behøver ikke umiddelbart at være teknisk forskel i forhold til en vindmølle, der står på et bundfast fundament, men der skal udvikles ny software, så vindmøllen og fundamentet arbejder med hinanden for at optimere den stålmængde, der bruges til møllens fundament og forankring.

Der kan nemlig være forskellige måder at lave et flydende fundament på. I nogle koncepter benyttes fyldning/tømning af ballasttanke for at modvirke hældninger og dæmpe bevægelser fra for eksempel bølgelaster – det skal vindmøllens controller være opmærksom på, ligesom fundamentets controller skal vide, når vindmøllen ser vindlaster. I andre koncepter påregnes der ikke aktive dæmpningstiltag.

Før vi ser en storstilet udrulning af flydende fundamenter, er der dog en række udfordringer der skal løses. Hele industrialiseringen af produktionen af fundamenter skal løftes op på samme niveau, som vindmølleproduktionen vil være på, når de store projekter skydes i gang.

Vi arbejder med forskellige løsninger, som vi mener, kan bidrage til at hjælpe hele industrien i den rigtige retning. Derudover skal industrialiseringen af kabelløsninger og forankringsløsninger også følge trop.

Produktionskapacitet til produktion af store antal fundamenter er også en væsentlig faktor. Den måde, man producerer jackets på i dag, kræver både tid og plads.

Flere flydende fundament-designs minder om jackets, og hvis man kan optimere jacket-produktionen, kan man også optimere flyderproduktionen.

De bedste jacket-producenter kan i dag producere mellem 40 og 50 jacket-fundamenter om året, og det rækker ikke med det store marked, vi kigger ind i. Vi vil gerne bidrage til, at de bliver i stand til at producere tre til fire gange så mange fundamenter om året.

Innovationerne inden for flydende havvind og brint vil også have synergieffekter på den lange bane. Når den tunge skibsfart og flyene skal bruge brint som en komponent i deres grønne brændsler, skal vi til at tage sites i brug langt ude på havet, hvor der blæser stærke vinde og er store vanddybder. Den vanskelige nettilslutning under disse forhold kan netop fjernes med brintmøller i ø-drift.

Der er nok at tage fat i, hvis vi skal løse klimakrisen. Vindkraft - ikke mindst havvind - kan spille en stor rolle, og kontinuerlig innovation vil være nøglen til vores succes med at omstille verden til grønne energiformer.