En flytende vindturbin (FVT) består av propell, mast med generator øverst, oppdriftselement («plattform») og vaiere som er forbundet med forankringselementer på sjøbunnen. Kabler fra plattformen til sjøbunnen og derfra til land overfører energien.
For den videre diskusjonen må vi finne ut hvilke komponenter som kan influere på hvilke og hvordan. Vi har direkte samvirke (for eksempel mast – plattform), eller indirekte gjennom medium (luft eller vann). Her er det viktig å påpeke at styrken av vind, havstrøm og bølger ikke er konstant.
Propellen drives av vinden, som ikke er konstant i styrke. Videre genererer propellen en trykkfeltvariasjon idet et propellblad passerer masten. Propellen belastes i vindens retning, belastningen overføres til toppen av masten. Vinden forårsaker virvelavløsning med varierende frekvens langs hele eller deler av masten, noe som forandrer trykkfeltet rundt masten. Plattformen og dermed masten beveger seg, og dette vil medføre at propellen utsettes for Coriolis-krefter som virker på masten og dermed på plattformen.
Komplisert dynamikk
Plattformen er ikke bare belastet av krefter fra masten, men også av vind, bølger og havstrøm; bølgene kan brekke og forårsake «slamming» mot plattformen. Plattformens bevegelser vil forårsake økende bevegelser og belastninger på og fra masten, samt økte belastninger på fortøyningene (moringene).
Statisk styrke av FVT er lett å verifisere og diskuteres derfor ikke, derimot er dynamikken komplisert både med hensyn til strukturell integritet og virkning på miljøet i luft og fremfor alt i vann.
Som antydet ovenfor, kobles i prinsippet «alt med alt» gjennom struktur og fluid. Dette gjør en full analyse av vibrasjoner i hele systemet meget vanskelig på grunn av modellering, regnetid og interpretasjon av resultatene.
Utsira Nord: Kan ta i bruk en helt ny type havvindturbin
Mangelfull programvare
Den informasjonen man trenger for å vurdere en FVT og dennes innflytelse på miljøet i luft og i vann, er amplituder og demping av svingeformer for struktur og media, samt kritiske kombinasjoner av disse koblet med hensyn på utbredelse av støy og strukturens levealder. Programvare som løser fluid-struktur-interaksjon i tidsrommet, finnes, men er ikke effektiv for å analysere vibrasjoner. Programvare som løser fluid-struktur i frekvensrommet, er ekstremt rask og gir den informasjonen man trenger for å studere en FVTs frekvenser, amplituder og svingeformer, forutsatt av at man har implementert en ligningsløser for ekstremt store ligningssystem.
Det er kompetansesentre som har flagget behov for å kartlegge effekter av FVT på det marine miljøet, da måling av luftbåren støy i byggefase og operasjon er mangelfullt undersøkt og dokumentert. Når det gjelder det marine miljøet i sjøen og på bunnen, mangler man data om utbredelsen av støy samt kunnskap om virkningen av støy på miljøet under overflaten.
Vi kan måle støybildet under vann ved hjelp av instrumentering som gir bedre informasjon om det totale bildet, inklusive transienter og lave frekvenser. Det er i noen land innført krav til monitorering både i byggefasen og driftsfasen, da det er erkjent et stort behov for mer kunnskap. Dette er monitorering som må foregå gjennom hele driftsfasen.
Økt innsats er nødvendig
Det er nødvendig å øke og å koordinere innsatsen for å bygge nødvendig kompetanse. Fremfor alt bør man utvide eksisterende software til å håndtere store «totalmodeller» slik at man kan kalibrere slike mot eksisterende måledata.
Flytende vindturbiner har en annen fysikk og et annet miljø enn bunnfaste, erfaringer fra de bunnfaste kan ikke uten videre overføres til de flytende; dette impliserer at man må se på flytende vindturbiner med nye øyne.
Det bør derfor etableres en formell gruppe som koordinerer innsamling og deling av informasjon fra relevante fagmiljøer.
Forfatteren takker sivilingeniør Olav Inderberg for verdifull hjelp med artikkelen.
Dette innlegget ble først publisert i TU-magasinet, nr. 6/2022
.png){kind=logo}
Små dråpers hemmeligheter kan gi smelteverk store gevinster
