Den havsbaserade vindkraften växer idag i snabbare takt än någonsin tidigare och tillväxttakten förutspås fortsätta öka under de kommande åren. Samtidigt går också den tekniska utvecklingen framåt och förutom att de havsbaserade vindkraftverkens storlek och produktionskapacitet hela tiden ökar utvecklas även teknik som bland annat gör det möjligt att öka vindkraftverkens tekniska livslängd.
AV ALARIK HAGLUND
Under 2021 driftsattes hela 82 nya havsbaserade vindkraftsparker världen över, med en rekordstor produktionskapacitet på sammanlagt 18 gigawatt. Den havsbaserade vindkraftens totala installerade kapacitet ökade därmed till omkring 51 gigawatt. Till 2030 förutspås den havsbaserade vindkraftens installerade kapacitet ha ökat till runt 225 gigawatt.
Den kraftiga ökningen beror bland annat på att man genom att bygga vindkraft till havs slipper hinder som bromsar vinden och skapar turbulens. Det betyder att vindarna inte bara är starkare utan också mer stadiga än på land och resulterar i att havsbaserad vindkraft har en högre och jämnare elproduktion än landbaserad vindkraft. Till havs finns det också större möjligheter att bygga storskaliga vindkraftsparker samtidigt som den genomsnittliga rotordiametern för havsbaserade vindkraftverk är större än för landbaserade vindkraftverk och fortsätter att öka. En större rotordiameter gör, tack vare att rotorbladen sveper över en större yta och fångar upp mer av den tillgängliga vinden, att varje vindkraftverk kan producera mer elektricitet.
Havsbaserad vindkraft innebär emellertid också utmaningar. Till exempel är kostnaderna för både installation och drift av havsbaserade vindkraftverk fortfarande betydligt högre än för vindkraftverk på land, trots att de minskat i takt med att marknaden för havsbaserad vindkraft växt sig större. De starka vindarna, i kombination med salt havsluft, vågstänk, regn, hagel och blixtnedslag, gör dessutom att havsbaserade vindkraftverk har en kortare teknisk livslängd än landbaserade vindkraftverk. Förutom att de havsbaserade vindkraftverken hela tiden blir större utvecklas det därför även teknik för att förlänga vindkraftverkens tekniska livslängd.
Större produktion med färre vindkraftverk
Vestas Wind Systems största kommersiellt tillgängliga havsbaserade vindkraftverk är idag V174-9.5 MW, som har en rotordiameter på 174 meter och en produktionskapacitet på 9,5 megawatt elektricitet. Med sin nästa plattform utökar företaget rotordiametern till 236 meter och det havsbaserade vindkraftverket V236-15.0 MW har tack vare sin stora rotordiameter en produktionskapacitet på cirka 15 megawatt elektricitet. Ett enskilt vindkraftverk kan därmed producera upp till 80 gigawattimmar elektricitet om året, vilket motsvarar den årliga elförbrukningen för mer än 20 000 hushåll. Det gör det möjligt att använda färre vindkraftverk för att generera en större årlig energiproduktion än någonsin tidigare.
V236-15.0 MW är baserat på beprövad teknik, men även om de 115,5 meter långa rotorbladen bara är 35 meter längre än rotorbladen för V174-9.5 MW ökar vissa egenskaper, som rotorbladens vikt, exponentiellt med längden. Enligt Alessio D’Alesio, som är chef för bladproduktionsteknik på Vestas Wind Systems, är de därför på väg in på nytt territorium när det gäller många av de tillverkningsprocesser de använder för rotorbladen. Trots det är vindkraftverket designat för en teknisk livslängd på 25 år och det finns möjlighet att förlänga livslängden ytterligare beroende på förhållandena i det aktuella projektet.
En prototyp av V236-15.0 MW började under andra halvan av 2022 installeras vid Österilds nationella testcentret för stora vindkraftverk i Danmark och vindkraftverket förväntas kunna börja serietillverkas 2024.
Rotordiameter på 236 meter
Nästa steg inom havsbaserad vindkraft för Siemens Gamesa Renewable Energy är också ett vindkraftverk med en rotordiameter på 236 meter, som går under namnet SG 14-236 DD. Tack vare den större rotordiametern har vindkraftverket en produktionskapacitet på upp till 15 megawatt och den årliga energiproduktionen är mer än 30 procent högre än för föregångaren SG 11.0-200 DD, som har en rotordiameter på 200 meter.
En prototyp av vindkraftverket SG 14-236 DD började i oktober 2022 monteras vid det nationella danska testcentret för stora vindkraftverk i Österild, som är ett av världens största dedikerade testcenter för vindkraftverk. Efter att prototypen genomgått en rad omfattande tester förväntas vindkraftverket vara kommersiellt tillgängligt under 2024.
Teknisk livslängd på över 25 år
Förutom att SG 14-236 DD försetts med en ny och förbättrad version av Siemens Gamesa Renewable Energys teknik för direktdrivna vindkraftverk, som använder sig av färre rörliga delar än vindkraftverk med växellåda, är vindkraftverkets rotorblad utvecklade för att det ska kunna uppnå en teknisk livslängd på över 25 år.
De 115 meter långa rotorbladen är tillverkade av fiberglasförstärkt epoxiharts och gjutna i ett stycke. På så vis undviker man limmade fogar, som kan utgöra svaga punkter, samtidigt som rotorbladen väger tre till fyra procent mindre än limmade rotorblad.
Sedan SG 11.0-200 DD används också kolfiberteknik som ett komplement till rotorbladens fiberglasförstärkta struktur. Tack vare att kolfiber är ett både styvt och lätt material gör det att rotorbladen, trots att de blir allt längre, kan stå emot de tuffa förhållanden som ett havsbaserat vindkraftverk utsätts för.
Genom att använda kolfiber i rotorbladen ökar man emellertid risken för att blixten ska slå ner i vindkraftverket och Siemens Gamesa Renewable Energy har därför tagit fram ett åskskyddssystem som på ett säkert sätt kan leda flera miljoner watt genom vindkraftverket.
För att bromsa den erosion som sker i rotorbladens framkant, särskilt när rotorbladens spetsar rör sig med höga hastigheter på över 90 meter per sekund, har Siemens Gamesa Renewable Energy även utvecklat en lösning som gör det möjligt att skydda rotorbladen mot erosion utan att det optimala vindflödet kring bladen påverkas i någon större utsträckning.
Tack vare sensorer placerade i vindkraftverket kan Siemens Gamesa Renewable Energy dessutom analysera vibrationsmönster för att optimera serviceplanen och åtgärda potentiella problem innan det uppstår allvarliga skador.
Återvinningsbara rotorblad
Genom att utveckla återvinningsbara rotorblad har Siemens Gamesa Renewable Energy också tagit ett stort steg på vägen mot att göra sina havsbaserade vindkraftverk 100 procent återvinningsbara.
Omkring 85 procent av komponenterna i ett vindkraftverk är redan återvinningsbara, men rotorbladen har hittills varit svåra att återvinna på ett kostnadseffektivt sätt. De har därför mestadels hamnat på soptippen och 10 procent av det fiberförstärkta kompositavfallet i Europa kommer idag från rotorblad från vindkraftverk.
I och med att både antalet havsbaserade vindkraftverk och vindkraftverkens storlek blir större blir det allt viktigare att minska avfallet genom att göra det möjligt att återvinna alla delar av ett vindkraftverk.
Den största utmaningen med att återvinna rotorbladen efter att ett vindkraftverk nått slutet av sin livslängd är att separera de olika material som finns i rotorbladen från den harts som binder samman dem.
Siemens Gamesa Renewable Energys nya återvinningsbara rotorblad tillverkas på precis samma sätt som företagets tidigare rotorblad och är därför lika starka. Den enda skillnaden är att man vid tillverkningen använder sig av en ny sorts harts, som gör det möjligt att separera hartsen från de andra materialen genom att sänka ner rotorbladen i en uppvärmd och milt sur lösning. De separerade materialen kan på så vis, efter att de tvättats och torkats, användas för andra tillämpningar, till exempel inom bilindustrin eller i konsumtionsvaror.
