2. Teknologi

 
>> 2.1 Vindturbinen
>> 2.2 Landbasert vindkraft
>> 2.3 Havbasert vindkraft
>> 2.4 Forskning og utvikling
>> 2.5 Samspill med andre energikilder

 

  

Den mest åpenbare teknologiske utviklingen de siste årene er at størrelsen (og dermed effekten) på vindturbinene har økt kraftig. I 1996 var normal effekt for kommersielle vindturbiner 600 kW. For landbaserte vindturbiner er normal innstallert effekt i dag mellom 2 og 4 MW. Det finnes også vindturbiner på markedet med høyere installert effekt (6-8 MW), men dette er i hovedsak havvindturbiner. Vindturbiner med en installert effekt på 10 MW er foreløpig i test/demofase.


 

Utviklingen i størrelse og effekt på vindturbiner. Kilde: EWEA


2.1 Vindturbinen

En vindturbin er en maskin som omdanner bevegelsesenergien i vinden til elektrisk energi. Hovedkomponentene i en moderne vindturbin består av en rotor med tre blad som driver en generator som leverer elektrisitet. De tre bladene er festet til et nav som til sammen utgjør rotoren. Rotoren er festet til nacellen via hovedakslingen som er koblet, med eller uten gir, til generatoren. Nacellen er plassert på toppen av tårnet som er festet til et solid fundament på bakken. For optimal utnyttelse av vindressursene blir nacellen og rotorbladene kontinuerlig regulert gjennom et avansert kontrollsystem som overvåker hastigheten og retningen på vinden.

Prinsippskisse for en vindturbin er vist i figuren under og de ulike hovedkomponentene er nærmere beskrevet i de følgende underkapitlene. 

 

Prinsippskisse for vindturbin (klikk på figuren for større versjon). Illustrasjon: Kim Brantenberg 

2.1.1 Fundament

Landbaserte vindturbiner er festet i bakken med solide fundamenter. Det finnes flere måter å utforme fundamentene på, avhengig av grunnforholdene. En vanlig fundamenteringsteknikk er å fjerne jordmasser og deretter støpe et fundament av betong. Et slikt fundament kalles gravitasjonsfundament, og er vist på bilde under. Denne teknikken brukes normalt ikke i Norge, der vindturbinene ofte forankres direkte i grunnfjell. Ved fjellfundamentering borres flere forankringsstag 10-20 meter ned i grunnfjellet. Disse settes i spenn og festes i betongtoppen av fundamentet. På toppen av fundamentet støpes en ring av bolter som tårnet festes i.

Begge typer fundamenter er bygd slik at når turbinen fjernes vil fundamentet enkelt kunne tildekkes eller delvis fjernes slik at alle synlige inngrep i naturen forsvinner. 

 

Gravitasjonsfundament for vindturbin. Foto: Multiconsult

2.1.2 Tårn

Tårnet til en moderne vindturbin er mellom 60 og 140 meter høyt. Landbaserte vindturbiner i Norge har en typisk høyde på rundt 70-80 meter. Innlandsprosjekter krever normalt høyere tårnhøyde på grunn av vindskjær og turbulens. Tårnet er hult og bygges vanligvis i stål, men betong kan også benyttes. Små vindturbiner (< 500 kW) kan også bygges med fagverkskonstruksjoner (gittertårn).

Toppen av tårnet er koblet til nacellen med et dreiesystem som ofte refereres til som yaw-systemet. Yaw-systemet består ev en elektromotor som ved hjelp av tannhjul vrir nacellen med rotoren opp mot vinden. Dreiing av nacellen er avgjørende for optimal utnyttelse av vinden. 

2.1.3 Nacelle

Nacellen er en lukket kapsel på toppen av tårnet og inneholder alle de genererende komponentene. Alle turbinprodusenter konstruerer sine turbiner forskjellig, men den viktigste hovedforskjellen er om turbinens generator er avhengig av gir eller ikke. De viktigste komponentene i nacellen er hovedakslingen fra rotornavet som videre er koblet via et gir eller direkte på generator, elektronisk styresystem, kjøling, hydraulikksystem og vindmålingsinstrumenter som registrer vindretning og vindstyrke. Generatoren og styringssystemene er nærmere beskrevet under. 

Vindturbin med nettilknytning. Illustrasjon: Kim Brantenberg  

Generator

Generatoren i en vindturbin omdanner den mekaniske energien fra rotorbladene til elektrisk energi. En standard generator opererer vanligvis med et turtall på 1 000 eller 1 500 omdreininger per minutt (RPM), som er vesentlig høyere enn turtallet vindturbinen roterer med. Det er derfor vanlig å benytte et gir mellom generator og hovedaksling. Alternativt kan generatoren utformes med tilstrekkelig mange poler slik at denne opererer på lavt turtall og man kan klare seg uten gir. Dette kalles for en direktedrevet vindturbin. Ulempen med denne løsningen er at generatoren får en relativt stor diameter. Med økende størrelse på vindturbinene og økende aktivitet innen havvind går utviklingen mot flere girløse generatorer. Årsaken til dette er at girkassen historisk sett har vært en kilde til betydelig vedlikeholdskostnader og nedetid, noe som er en stor ulempe i tøffere terreng og klima eller offshore.

Vindturbinene kan enten ha fast eller variabelt turtall. Vindturbiner med fast turtall benytter asynkrongenerator med kortsluttet rotorvikling og stator direkte tilkoblet nettet (via transformator). Vindturbiner med variabelt turtall kan være utstyrt med asynkrongenerator med variabel rotormotstand, eller med rotorkrets tilkoblet frekvensomformer eller med full frekvensomformer mellom generator og nett. Fordelen med å ha variabelt turtall er bedre effektkontroll og redusert mekanisk belastning på turbinen.

De fleste generatorer leverer en spenning på under 1 000 Volt (V). I Norge er 690 V mest brukt. For å knytte et vindkraftverk til et høyspenningsnett må en eller flere transformatorer installeres. I hver turbin er det en transformator som transformerer strømmen til høyspentnivå, normalt 22 kV. 

Meteorologiske og elektroniske styringssystemer

Alle moderne vindturbiner har avanserte styringssystemer for å kunne utnytte vindressursene optimalt. På nacellen er minimum en vindmåler og en vindretningsmåler plassert. Instrumentene registrer vindens hastighet og retning, og sender dataen til styringssystemene som regulerer turbinen. Systemet dreier vindturbinen og vrir bladene slik at vinden utnyttes optimalt. Det elektroniske styringssystemet er et datastyrt program som til enhver tid overvåker vindturbinens status og styrer turbinen. Det registrerer ikke bare vindens retning og styrke, men også flere hundre andre parametere, slik som omdreining på rotor og generator, temperatur på forskjellige komponenter, spenning, strøm og frekvens.

2.1.4 Turbinblader og regulering

Tilnærmet alle kommersielle turbiner som bygges i dag har tre blad, men både ett, to og flere enn tre blad fungerer og er utprøvd. Formen på bladene baserer seg på teknologi fra flyvingeindustrien. Det er vinden som beveger bladene, men det er ikke vindskyvet som får bladene til å rotere. Bladene har en flyvingeprofil som skaper et undertrykk og dermed oppdrift. Dette gjør at vingen får et løft, og rotoren sirkulerer.

Produsert vindkraft øker med vindhastigheten i tredje potens. Det betyr at når vindhastigheten kommer over merkevind (det vil si den laveste vindhastigheten som gir merkeeffekt fra generatoren), typisk 12-15 m/s, så må den delen av vindeffekten som nyttiggjøres begrenses. Vindturbinen har da et system for å redusere effekten som rotoren genererer. Det er hovedsakelig tre systemer i bruk:

1.      Passiv stall-regulering utnytter aerodynamikken til turbinbladet, slik at løftet avtar og effekten reduseres av seg selv ved høye angrepsvinkler (angrepsvinkelen øker med vindhastigheten). Systemet benyttes mest på små turbiner.

2.      Aktiv stall-regulering utnytter samme prinsipp som passiv stall-regulering. Forskjellen er at bladene er vridbare. Når effekten nærmer seg ytelsesgrensen for generatoren, vrir bladene seg i retning av høyere angrepsvinkel og tvinger frem stall.

3.      Pitch-regulering har også vridbare blader. I motsetning til aktiv-stall vris vingene mot lavere angrepsvinkler ved høye vindhastigheter. Fordelen med aktiv stall- eller pitch-regulering i forhold til passiv stall er bedre styrbarhet og dermed bedret effektkvalitet og mer kontroll på kreftene            vindkraftverket utsettes for.

Rotasjonshastigheten varierer med størrelsen på vindturbinen. Store vindturbiner har lavere rotasjonshastighet enn små. En stor vindturbin på 3 MW har 8–22 omdreininger per minutt, mens mindre turbiner, for eksempel 600 kW, har 20–28 omdreininger per minutt. Selv om diameteren øker med størrelsen på vindturbinene, er hastigheten ytterst på bladene forholdsvis konstant.

Bladene må tåle kraftige påkjenninger fra varierende vind i årevis. Vingene består vanligvis av glassfiberarmert polyester. Vingeprofilen og overflaten er meget viktig og krever nøyaktig presisjon. Det gjør produksjonsarbeidet omfattende og innebærer betydelig med manuelt arbeid.   

2.1.5 Produksjon

Andelen energi som hentes ut av turbinen kan forklares som forskjellen i vindhastigheten før og etter vinden har passert rotorbladene. Umiddelbart kan en tenke at det teoretisk er mulig å hente ut all bevegelsesenergi fra vinden. Problemet som oppstår i så tilfelle er at vindhastighet bak rotorene ville bli lik null. Luftmassene ville med dette ikke kunnet bevege seg bort fra turbinen. Matematikeren Albert Betz utledet i 1919 en fysisk lov (Betz’s lov) som sier at maksimalt 16/27 (59,3 %) av bevegelsesenergien i vinden kan omdannes til mekanisk energi ved å bruke en vindturbin. Ved omforming av bevegelsesenergien i vinden til mekanisk energi og videre til elektrisk energi vil tap oppstå. Effektiviteten eller virkningsgraden til energiomformeren (vindturbinen) er 60 - 75 % av det teoretisk mulige. Det vil si 40 – 45 % av det opprinnelige energiinnholdet i vinden ettersom kun 59,3 % er teoretisk utnyttbart.

En vindturbin settes typisk i drift ved 2-3 m/s ved at generatoren brukes som motor for å sette rotorene i bevegelse. Leveranse av elektrisk energi skjer først ved lett bris, det vil si ved 3-4 m/s. I vindspekteret ca. 3- 10 m/s vris bladene til optimal vinkel av styringssystemet for optimal utnyttelse av vindressursen. Ved sterkere vind enn liten kuling, ca. 11-14 m/s, blir påkjenningen så stor at bladene vris i mindre og mindre optimal vinkel etter hvert som vinden øker. Dette innebærer at effekten til turbinen er tilnærmet konstant i vindspekteret 11/14-25 m/s. Ved vindstyrke over 25 m/s, noe som tilsvarer full storm, stoppes turbinen. Dette skjer ved at bladene vris opp mot vinden, lik en seilbåt som legger seg rett på vinden. Minimalt med krefter fanges da av bladene, og i tillegg kan mekaniske bremser aktiveres. Årsaken til produksjonsstopp ved full storm er de enorme kreftene og påkjenningene man ønsker å beskytte komponentene mot. Effektkurven for en vindturbin angir ved hvilke vindhastigheter den henholdsvis starter å produsere, når maks effekt og slutter å produsere på grunn av for høy vind. Ulikt design gir forskjellige effektkurver, og vindturbinen som velges må være den som er mest egnet for forholdene.

Valg av vindturbin velges ut fra vindforholdene med mål om lavest mulig pris per produsert energi. Den internasjonale standarden (IEC) definerer tre vindturbinklasser, klasse I, II og III. Klassen refererer til vindforholdene turbinen er designet for å produsere i samt ekstremvind. Høy klasse refererer til lave vindhastigheter og ekstremvinder. Klasse II turbiner har normalt lengre blader enn klasse I turbiner. Det gjør at de fanger mer vind, når maksimal effekt tidligere, men tåler mindre ekstremvind. I klassene finnes også A og B klasser. En klasse IIA er designet for mer turbulens enn B.

Det vil alltid være tap i et system som omformer energi fra en tilstand til en annen. For vindkraft er følgende typiske tap: i) tap i det elektriske nettet både internt i kraftverket og i overføringsnettet; ii) tap knyttet til ising; iii) tap som følge av driftsstans, vedlikehold og for høy vind; og iv) vaketap. Med vaketap menes tap som skyldes at vinden som har passert rotorbladene har lavere hastighet og er mer turbulent. Dette medfører at vindturbinene ikke kan plasseres for tett innpå hverandre dersom produksjonen ikke skal reduseres for mye. Samtidig betyr ikke dette at påvirkning fra andre turbiner for enhver pris må unngås. Den optimale løsningen er den som gir best økonomi i prosjektet. I praksis plasseres turbinen med en avstand på minimum 5-6 ganger rotordiameter i fremtredende vindretning og 3-4 ganger på tvers av vinden. I tillegg til vindressurs er avstandene også avhengig av topografi og vegetasjon.

Normalt leverer en turbin elektrisk energi i ca. 6000 av årets 8760 timer. Det betyr ikke at den leverer merkeeffekt (installert effekt), men energi (kWh). Produksjonen fra et vindkraftverk angis vanligvis som brukstid. Brukstid sier hvor mange timer turbinen må gå med full effekt for å produsere den totale årlige produksjonen. For norske forhold er brukstiden normalt i størrelsesorden 2500-3000 timer.  

2.2 Landbasert vindkraft

Dersom én eller flere vindturbiner plasseres innenfor samme område kalles det et vindkraftverk. Det er fordelaktig å plassere turbinene i nærheten av hverandre for å dra nytte av stordriftsfordeler i form av kjøp og installasjon av turbiner, veibygging, nettilknytning, bygningsmasse samt drift og vedlikehold.

2.2.1 Infrastruktur

I tilknytning til et vindkraftverk er det behov for en del infrastruktur som adkomstvei, internveier, oppstillingsplasser, servicebygg, jordkabler mellom vindturbinene, transformatorstasjon og nettilknytning til eksisterende kraftnett.

Komponentene i en vindturbin har store dimensjoner både i tyngde og størrelse. Komponenter som tårn, nacelle og rotor kan deles opp, men bladene som kan bli over 50 meter lange må transporteres som en del. Normalt er det ønskelig å transportere komponentene med båt lengst mulig da båttransport er enklere, billigere og mer effektivt enn veitransport.

Fra egnet kai transporteres komponentene frem til vindkraftområdet på trailere. Dette stiller krav til veiens fremkommelighet og vektbelastning. Det er vanlig å gjøre noen tiltak på mindre veier, særlig utvidelse av svinger samt mindre tiltak som midlertidig fjerning av skilt etc. Nye adkomst- og interveier har normalt en veibredde på ca. 5 meter.

Generatoren i hver vindturbin leverer vanligvis med en spenning på 690 V som blir transformert opp til 22 kV i bunnen av turbintårnet. Jordkablene fra hver vindturbin legges i veiskulderen til internveiene mellom turbinene og samles i et punkt (transformatorstasjon) før spenningen transformeres opp til eksempel 66 eller 132 kV. Årsaken til at spenningen heves er for å redusere tapet som synker med økt spenning.

Fra transformatorstasjonen internt i vindkraftverket tilkobles så prosjektet til eksisterende kraftnett i det nærmeste egnede punktet med ledig kapasitet. Dette kan gjøres ved bruk av en luftledning eller et jordkabelanlegg. Luftledning brukes normal fremfor jordkabelanlegg på høyere spenningsnivå i hovedsak på grunn av kostnader. 

2.2.2 Drift og vedlikehold

Vindturbinene har behov for jevnlig vedlikehold og overvåkning. Godt vedlikehold er viktig for å redusere skader og feil, og ikke minst for å opprettholde en tilfredsstillende produksjon. Kun fagpersonell kan vedlikeholde turbinene, og som en tommelfingerregel vil det være behov for ett årsverk for hver 15 MW installert effekt. 

2.2.3 Småskala vindkraft

Tidlig i utviklingen av vindkraft dominerte de mindre vindturbinene. Selv om utviklingen har gått mot større turbiner, benyttes fortsatt småskala vindkraft (under 100 kW) enkelte steder og da særlig i avsidesliggende områder der det er vanskelig å bygge ut strømnett med tilstrekkelig kapasitet.

USA har ledet an i utviklingen av småskala vindkraft der den i stor grad har vært brukt på gårder i Midtvesten. Mer enn 150 000 små vindturbiner er installert i USA. Også andre land satser på småskala vindkraft. Dette markedet fikk blant annet et oppsving i Italia etter at en incentivordning ble utvidet til å gjelde også småskala vindkraft.

Installert effekt for småskala vindkraft ligger normalt mellom 20–100 kW. Kostnaden for slike anlegg varierer i stor grad, men er gjerne over 20 000 kr/kW. Anleggene finnes tilgjengelig både som frittstående, der en ikke kobler anlegget til kraftnettet, og for tilkobling til kraftnettet, slik at eventuell overskuddskraft kan selges. I Norge har enkelte gårdbrukere installert små vindturbiner, men generelt er slike anlegg lite utbredt. 

2.2.4 Økonomi og energikostnad

Vindkraft er i dag en moden teknologi, og en viktig bidragsyter når et gjelder å skaffe fornybar kraftproduksjon. Lønnsomheten for vindkraft henger nøye sammen med tilgjengelige vindressurser og prisen på strøm. Der forholdene er gunstige kan vindkraft i visse tilfeller konkurrere med tradisjonell vannkraftproduksjon.

Energikostnaden varierer med det enkelte prosjekt og er svært avhengig av vindforhold, brukstid og nettkostnader. Typisk energikostnad varierer mellom 40 og 60 øre/kWh, inkludert kostnader til vedlikehold og kapital. Eksempel på typiske kostnader for vindkraftverk er angitt i tabellen under. For mer informasjon om energikostnad for vindkraft og andre teknologier, se NVE's rapport Kostnader i energisektoren (2015).

 
Typiske kostnader for vindkraftverk [NVE, Kostnader for produksjon av kraft og varme 2011]

Vindturbinen er den største kostnadskomponenten i et vindkraftverk. Avhengig av prosjektet utgjør den normalt rundt 65-75 % av de totale investeringskostnadene. Andre store poster vil i hovedsak være nettilknytning, trafobehov, grunneiererstatninger, terrengarbeid som veier, grøfter og fundament, servicebygg og prosjektledelse. Kostnadsfordelingen er illustrert i figuren under. Tallene er basert på data fra europeiske utbygginger, men gir et godt bilde på norske forhold.


Illustrasjon over fordeling av investeringskostnader på ulike komponenter basert på europeiske utbygginger. Kilde: NORWEA.

Investeringskostnaden for vindturbinen ligger mellom 6-10 000 kr/kW. I tillegg kommer frakt- og anleggskostnader som fundamentering, el- og veianlegg etc. i vindkraftområdet.

 

Nettkostnaden for nettilknytningen fra vindkraftverket til eksisterende kraftnett vil variere fra prosjekt til prosjekt og avhenger av spenningsnivå, avstand og om nettilknytningen er ren en produksjonslinje eller del av et masket nett. En produksjonslinje (kalles radial) som ikke har annet formål enn å frakte kraften ut av vindkraftverket, må bekostes av tiltakshaver alene. Dersom kraften leveres direkte inn på en linje med ledig kapasitet eller i et nett hvor det ikke entydig er mulig å henføre nytten i sin helhet til én enkelt eller klart avgrenset kraftprodusent (kalles masket nett), vil kostnadene bli delt på flere.

 

Drift- og vedlikeholdskostnader for vindkraftverk varierer i stor grad. Typiske drifts- og vedlikeholdskostnader for moderne vindkraftverk har økt de siste årene, og ligger i dag på 10-18 øre/kWh [NVE, Kostnader for produksjon av kraft og varme]. Det er imidlertid observert betydelige variasjoner i driftskostnader. Vedlikeholdskostnadene kan bli langt høyere dersom hovedkomponenter må erstattes. Det er viktig å øke påliteligheten på komponenter, spesielt gjelder dette offshore der dårlig være kan hindre reparasjoner og vedlikehold. Drifts- og vedlikeholdskostnadene for større vindkraftverk er normalt lavere per kWh enn for små, mens det offshore er noe høyere driftskostnader [SINTEF Energiforskning]. 


2.3 Havbasert vindkraft

Her beskrives forhold som er spesielle for vindkraftverk til havs sammenlignet med landbaserte anlegg.

Mange land ser med økende interesse på å plassere vindturbinene til havs. Dette er blant annet på grunn av begrenset areal på land, men også fordi vindkraftpotensialet til havs er større og vinden mer stabil enn på land. Det undersøkes muligheter både for bunnfaste turbiner på relativt grunt vann og flytende forankrede turbiner på dypere vann.

De første vindkraftverkene til havs var konvensjonelle vindkraftverk modifisert for marint miljø. Utviklingen går nå mot bruk av større turbiner (>3 MW) og med design spesielt tilpasset offshore forhold. De store utfordringene er knyttet til installasjon, nettilknytning, fundamentering og drift/vedlikehold.


2.3.1 Bunnfaste vindturbiner

For havbaserte vindturbiner er fundamenteringen mer komplisert og kostbar enn for landbaserte vindturbiner. På grunt vann er det hovedsakelig tre fundamenteringsmetoder: monopæl, gravitasjonsfundament i stål eller betong og trefotsfundament.

  • Monopælen består av et stålrør som presses ned i havbunnen.
  • Gravitasjonsfundamentet består av et rør som plasseres vertikalt på en boks i stål eller betong på havbunnen.
  • Teknologien til trefotsfundament kommer fra offshoreplattformer. Fra et stålrør midt under tårnet går det gitterstenger til konstruksjonens tre føtter. Føttene er slått ned i havbunnen.

Monopælen er egnet for grunt vann og mindre turbiner. På dypere vann og ved bruk av større vindturbiner kreves bruk av gravitasjons- eller trefotsfundament (engelsk: tripod). Bunnfaste vindturbiner kan bygges på opptil 70 meters vanndyp. Alle idriftsatte og planlagte større havbaserte vindkraftverk er så langt basert på bunnfaste løsninger.

Det danske prosjektet Horns Rev ble oppført i 2002, med 80 vindturbiner og en samlet installert effekt på 160 MW. I september 2009 åpnet Horns Rev 2. Vindkraftverkets samlede kapasitet er på 209 MW og forventet elektrisitetsproduksjon er 800 GWh i året.



Horns Rev, bygget i 2002 på 6 -14 meters vanndybde, 14 - 20 km ute i Nordsjøen

Statoil og Statkraft samarbeider om et offshore vindkraftverk (Sheringham Shoal) utenfor kysten av Storbritannia. Vindparken på 315 MW vil bestå av 88 turbiner. Forventet årlig produksjon er om lag 1,1 TWh, som er nok til å forsyne ca. 220 000 britiske husstander med strøm.

2.3.2 Flytende vindturbiner

Det utvikles også teknologier for flytende vindturbiner som kan installeres på større havdyp. Disse forankres til havbunnen ved hjelp av ulike ankerløsninger.

Flytende installasjoner gjør kostbare fundamenteringsløsninger overflødige, men introduserer samtidig nye utfordringer som økt fare for slitasje og økte kostnader til forankring og nettilknytning. Flytende vindturbiner kan i første omgang være en løsning for områder der det er lite tilgjengelige ressurser og/eller areal på land men gode vindforhold til havs, som for eksempel i USA, Japan eller i nærheten av offshoreinstallasjoner.

Foreløpig er ikke denne teknologien utnyttet kommersielt, men blant annet de to norske selskapene Sway og Statoil arbeider med utviklingen av slike konsepter.

Se prosjekteksempel her: HYWIND 

2.3.3 Ilandføring av strøm

Det er en utfordring å tilknytte havvindkraftverk til det nasjonale kraftnettet, spesielt de som ligger langt fra land.

Flere land rundt Nordsjøen, deriblant Norge, gikk i 2009 sammen om å planlegge felles offshore strømnett (North Seas Countries Offshore Grid Initiative). Et slikt nett vil ha flere funksjoner. Noe av det viktigste vil være nett-tilknytning for havbasert energiproduksjon, samt økte muligheter for overføring av elektrisitet mellom de ulike markedene. Utviklingen innen kabelteknologi gjør dette mulig da nye likestrøms kabler har et mye lavere tap enn sine forgjengere. Ulempen er at disse kablene fremdeles er svært kostbare.

Nexans har utviklet teknologi for polymerisolasjon for bruk i høyspent kraftkabler. Selskapet er en ledende leverandør av høyspent sjøkabler både i Norge og internasjonalt. Teknologien er tatt i bruk innen petroleumsvirksomheten og i flere havbaserte vindkraftverk som er bygget på dansk og britisk sokkel.

2.3.4 Økonomi

Havbasert vindkraft er vesentlig dyrere enn vindkraft på land, men det jobbes med å kutte kostnader. Størrelsen på investeringskostnaden avhenger av dybde, bunnforhold, avstand til land samt vind og bølgefold. Dette vises også i forskjellen i faktiske investeringskostnader for ulike havbaserte vindkraftverk. I tillegg vil det være betydelig høyere drift- og vedlikeholdskostnader [Norwea].

Erfaringstall fra andre Europeiske land viser at investeringskostnadene kan variere mellom 17-25 MNOK/MW. Dette er anlegg som er bygd på dybder mellom 5 og 20 meter [NVE, Kostnader for produksjon av kraft og varme 2011]. Investeringskostnadene for Sheringham Shoal utenfor Storbritannia lå på ca. 32 MNOK/MW. Dette er et vindkraftverk som er lokalisert nært land på 10-20 meters dybde. To uavhengige gjennomganger av kostnadene forbundet med havbasert vindkraft utført av Douglas-Westwood og Lyse Produksjon konkluderer med investeringskostnader på henholdsvis 26 MNOK/MW og 33-66 MNOK/MW, avhengig av vindressurs, dybde og avstand til land [Lyse Produksjon, Oppdatering av Mulighetsstudie, Vurdering av vindkraft offshore til reduksjon av klimagassutslipp].  

Energikostnad (LCOE - Levelized cost of energy) for havbasert vindkraft i Norge er beregnet til å ligge mellom 0,7-1 kr/kWh. For mer informasjon om energikostnad for vindkraft og andre teknologier, se NVE's rapport Kostnader i energisektoren (2015). 


2.4 Forskning og utvikling

Viktige Forskning og Utviklings (FoU) aktiviteter innen vindkraft er knyttet til utviklingen av store vindkraftverk tilpasset tøft klima på land (høy turbulens og lave temperaturer) og til havs. Det fokuseres spesielt på bedre design- og beregningsverktøy, utvikling av nye teknikker og verktøy for nettintegrasjon og bedre vindvarslingsmetoder.

Bedre vindvarslingsmetoder kan øke verdien av vindkraften ved å varsle vindforholdene for eksempel 6 til 48 timer på forhånd. Det er også rom for å få mer energi ut av et område da det er stor forskjell på elektrisitetsproduksjonen ved en god og en dårlig plassering av vindturbiner. Simuleringsprogrammer som egner seg til kupert terreng, og som beregner vindfelt og vaker bak turbinene, er under stadig utvikling.

Nettilknytning av store vindkraftverk og effektiv samdrift med kraftsystemet er også tema som krever økt forskningsinnsats. Norge har spesielt utfordringer knyttet til utnyttelse av vindkraft i områder langt fra lastsentre og tilsluttet svake overføringsnett.

Det er samtidig ventet en videre utvikling innen vindkraftverk som ikke er tilknyttet kraftnettet og innen energisystemer som utnytter hydrogen og andre former for energilagring.

I Norge finnes det flere forskningssentre og programmer innen både landbasert og havbasert vindkraft:

·        Center for Environmental Design of Renewable Energy (CEDREN) forsker på miljøaspekter ved fornybar energi, herunder vindkraft.

·        Research Center for Offshore Wind Technology (NOWITECH) tilknyttet at SINTEF Energiforskning forsker på tekniske løsninger innen havbasert vindkraft.

·        Norwegian Center for Offshore Wind Energy (NORCOWE) tilknyttet Christian Michelsen Institutt tekniske løsninger innen havbasert vindkraft.

·        Norges forskningsråd administrerer et forskningsprogram innen bærekraftig energi kalt ENERGIX. Her kan både industrien, forskningsinstitutter og universiteter søke om midler til vindkraftrelaterte prosjekter.

·        Innovasjon Norge gir støtte til prototyper innen miljøvennlig energi, herunder vindkraft.

·        Enova SF gir tilskudd til full-skala demonstrasjonsanlegg innen havbasert vindkraft.

Norge deltar også i flere globale forsknings programmer administrert av vindenheten til International Energy Agency (IEA). Disse programmene dekker tema både innen teknologi, økonomi og miljø. For mer informasjon om disse programmene, se her.


 

Gjennom flere vindkraftprosjekter har norske vindkraftmiljøer opparbeidet seg en betydelig erfaring i utvikling av vindkraftverk i arktiske strøk. Bildet er fra verdens nordligste vindkraftverk på Havøygavlen. Foto: Atle Abelsen.

 

2.5 Samspill med andre energikilder

Vindhastigheten varierer raskt både over døgnet og over året. I tillegg er effekten avhengig av vindretningen og variasjoner i denne. Et forsyningssystem med vindkraft er derfor avhengig av å samvirke med andre energikilder.

Vinden er en varierende energikilde og kan ikke reguleres slik som vannkraft med magasiner. Når det ikke blåser, eller det blåser så mye at turbinen må kobles fra, produserer ikke vindturbinen elektrisitet. Derfor kan vindkraft bare dekke en viss del av kraftforsyningen. Dette kan til en viss grad avbøtes ved at det etableres et system med store vindkraftverk flere ulike steder. Det vil oftest blåse minst ett av stedene. Ettersom flere vindkraftverk etableres over et større geografisk område, vil påliteligheten for vindkraft som energikilde øke. Det er beregnet at ca. 10 % av installert effekt alltid vil være tilgjengelig i et system med godt spredt vindkraftproduksjon.

Vannkraft egner seg godt i samspill med vindkraft. Vannmagasinene kan fungere som lager for vindenergien, og kan på den måten veie opp for at produksjon av vindkraft varierer. Gjennom blant annet interaksjon med norsk vannkraft over Skagerak-kabelen, har man i Vest- Danmark klart å oppnå et funksjonelt kraftnett med 30 prosent andel vindkraft.

I Norge blåser det normalt mest om vinteren. Dette korrelerer godt med elektrisitetsforbruket, og er motsatt at tilsiget av vann i magasinene. Figuren under viser vind, vanntilsig og elektrisitetsforbruk for Norge over året. Norge har, sammenliknet med resten av Europa, særdeles gode reguleringsmuligheter på grunn av vannmagasinene. Dette gjør at den uregulerbare vindkraften passer perfekt sammen med den regulerbare vannkraften i Norge.  

  

Forventet variasjon i vindkraftproduksjon, forbruk og tilsiget til vannkraft. Kilde: Sintef Energiforskning

Vindturbiner kan også egne seg godt på avsidesliggende steder uten tilkoblingsmuligheter til kraftnettet, men for å unngå at svikt i strømforsyningen når det ikke blåser, er man avhengig av et lagringsmedium for energien.