Oktober 19, 2020
Vindkraftverk på land finns överallt från tropikerna till Arktis. För tre decennier sedan började utvecklare placera dem på fasta fundament ute till havs, vilket ledde till att marknaden för havsbaserad vindkraft växte fram, vilket innebar att 6,1 gigawatt ny kapacitet lades till under 2019.
För senare tid har vindkraftsindustrin inlett en ännu mer ambitiös satsning: att placera turbiner på flytande plattformar i vattnet, i stället för på fasta fundament. Nu på gränsen till kommersiell mognad har flytande vindkraft potential att bli en av de viktigaste nya marknaderna för förnybar energi.
Så, vad är flytande havsbaserad vindkraft?
Det är i stort sett precis vad det låter som. I stället för att sätta ett vindkraftverk på ett fast fundament i havet fäster man det på en struktur som flyter i vattnet. Konstruktionen fästs vid havsbottnen för att förhindra att den driver iväg till en strand eller ett farled.
I dagens konstruktioner av flytande vindkraftverk används standardturbiner för havsbaserad vindkraft, exportkablar och material för att balansera anläggningen. Den viktigaste skillnaden mellan flytande vindkraftverk till havs och vindkraftverk med fast fundament är att det senare är begränsat till vattendjup på upp till cirka 165 fot.
Hur fungerar flytande vindkraftverk till havs?
För att hålla turbinerna upprätt förlitar sig de flytande fundamenten på isbergsprincipen: I Hywind i Skottland, världens enda kommersiella flytande vindkraftpark i dag, har varje Siemens SWT-6.0-154-turbin en tornhuvudmassa på cirka 350 ton och står på ett fundament med cirka 6 060 ton fast ballast och ett förskjutningsutrymme på cirka 13 230 ton.
Förutsatt att vattnet under turbinen är tillräckligt djupt spelar fundamentets form kanske ingen större roll. I praktiken har dock utvecklarna av flytande fundament fokuserat på konstruktioner som är billiga att bygga och lätta att arbeta med när det gäller drift och underhåll.
Det lämnar fortfarande gott om utrymme för fantasi: Varje utvecklare har ett annat koncept och ett övertygande argument för varför det är det bästa. Fyra grundkonstruktioner är ledande på marknaden i dag.
Med hjälp av sin erfarenhet från olje- och gasindustrin har Equinor (tidigare Statoil) baserat sin banbrytande flytande plattform Hywind på en spärrbojkonstruktion som förlitar sig på gravitationen för att få stabilitet. Sparbågen monteras i sektioner och sträcker sig ner till cirka 260 fot under havsytan, vilket gör den lämplig för vattendjup på mellan cirka 310 och 390 fot.
Andra utvecklare, t.ex. Principle Power och Hexicon, föredrar en halvt nedsänkbar plattformsdesign som förlitar sig på flytkraft för stabilitet och är lämplig för mindre djupgående. Kritiker noterar att konstruktionernas stora storlek kan begränsa manövrerbarheten i hamnar.
En tredje konstruktion, som förespråkas av den franska stiftelsetillverkaren Ideol, är en fyrkantig pråm som innehåller en dämpningsbassäng för att upprätthålla turbinens stabilitet. Liksom den halvt nedsänkbara modellen lämpar sig denna för grundare vatten, och Ideol framhåller det faktum att dess betongtillverkning är praktisk ur ett lokalt innehållsperspektiv.
Slutligt är ett koncept som kallas spänningsbenplattformen beroende av ett spänt förtöjningssystem för att ge stabilitet. Detta gör att strukturen kan ha ett mindre fysiskt fotavtryck och potentiellt vara billigare än konkurrerande modeller. Det danska företaget Stiesdal Offshore Technologies leder utvecklingen av detta koncept med en produkt som kallas TetraSpar.
Vilken av dessa konstruktioner kommer att vinna?
Equinor var det första företaget som byggde en flytande vindkraftspark i kommersiell skala, och hittills är dess Hywind-konstruktion den enda som har en betydande operativ erfarenhet.
Den norska energijätten hävdar att den kunde sänka kostnaderna med upp till 70 procent mellan sitt första demoprojekt, utanför Skottlands kust, och sin kommersiella vindkraftpark på 30 megawatt. Man räknar med att kunna sänka grundläggningskostnaderna med upp till ytterligare 50 procent för Tampen, ett 88 MW-projekt som ska tas i drift utanför den norska kusten 2022.
I februari nämnde Sebastian Bringsværd, Equinors chef för utveckling av flytande vindkraft, ett kostnadsmål på 40-60 euro (44-66 dollar) per megawattimme år 2030. Dessa snabba kostnadsminskningar skulle kunna ge Equinor övertaget i kommande anbudsförfaranden för flytande havsbaserad vindkraft.
Men i en analys från maj 2019 av kommande projektsiffror som sammanställts av IHS Markit konstaterades att 90 procent av kapaciteten för flytande havsbaserad vindkraft sannolikt kommer att installeras på halvt nedsänkbara plattformar, med Principle Power som ledare på marknaden.
Hur installeras flytande havsbaserade vindkraftverk?
Equinors sparbojsfundament är i huvudsak en ihålig stålcylinder som kan bogseras ut till platsen innan den delvis fylls med vatten och ballast för att tvinga den att stå upprätt. Den senaste versionen av fundamentet behöver minst 345 fot vatten när det är upprätt, vilket innebär att installationen av turbinen troligen skulle ske ute till havs, precis som med traditionella fundament.
Med andra fundamentkonstruktioner är kravet på minimidjup mycket lägre – vilket innebär att turbininstallationen kan ske på land och att de färdigmonterade turbinerna och fundamenten sedan bogseras till platsen, vilket minskar kostnaderna avsevärt.
Varför skulle någon vilja låta ett vindkraftverk flyta?
Med turbiner på flytarbåtar får en utvecklare tillgång till djupare vatten, vilket innebär fler potentiella projektplatser och mycket mer potentiell kapacitet.
Ungefär 60 procent av den tillgängliga havsbaserade vindkraftsresursen i USA är utom räckhåll för turbiner med fast bottenfundament, inklusive praktiskt taget hela västkusten, enligt ett uttalande från 2017 från branschorganisationen WindEurope,
I Europa skulle flytande havsbaserad vindkraft kunna leverera ytterligare 4 terawatts utöver kontinentens redan ledande nivå av kapacitet med fast bottenfundament. Och i Japan kommer flytande fundament att vara avgörande för utvecklingen av en havsbaserad vindkraftsektor som skulle kunna erbjuda en kapacitet på 500 gigawatt.
Bortsett från förmågan att fånga upp stora outnyttjade energiresurser, innebär flytande havsbaserad vindkraft också ett betydande industriellt löfte. För USA kan det vara ett sätt att komma in i en sektor för förnybar energi som landet hittills knappt har kunnat kvalificera sig för. Och Europas olje- och gasbolag, som verkar alltmer engagerade i energiomställningen, ser flytande vindkraft som ett område där deras befintliga erfarenhet av havsbaserad vindkraft kan ge stor utdelning.
Vem ger sig in i spelet?
De europeiska olje- och gasbolagen, till att börja med. Equinor är det mest anmärkningsvärda exemplet, men Royal Dutch Shell håller på att växa fram som en viktig aktör, och den italienska entreprenören Saipem presenterade en plattform förra året.
Frankrikes Total köpte in sig på marknaden i mars och förvärvade tidigare denna månad en 20-procentig andel i Eolmed-projektet i Medelhavet som kommer att använda Ideols fundament och MHI Vestas-turbiner.
Dessa aktörer verkar angelägna om att konkurrera eller samarbeta med en mängd oberoende utvecklare av flytande plattformar, såsom Ideol, Principle Power och Stiesdal Offshore. Samtidigt kan de stora oljebolagen ta på sig roller inom projektutveckling och ägande av tillgångar. I detta avseende skulle de kunna konkurrera med etablerade utvecklare av havsbaserade vindkraftparker som Ørsted och Iberdrola.
Ørsted har ännu inte avslöjat några planer på flytande havsbaserad vindkraft ännu, men EDP Renewables och Engie har gått samman i WindFloat Atlantic-projektet (tillsammans med det spanska olje- och gasbolaget Repsol) och Iberdrola tillkännagav två pilotprojekt i mars.
Slutligt finns det vindkraftstillverkare. Ledande tillverkare av havsbaserade vindkraftverk som Siemens Gamesa, MHI Vestas och GE har hållit sig borta från de komplicerade frågorna om konstruktion av flytande fundament, men de behöver knappast vara oroliga. De massiva turbiner som de lanserar är i allt högre grad utformade för att fungera långt ute till havs på flytande plattformar, och den marknadspotential som de tittar på är imponerande.
Vart är marknaden på väg?
Oavsett om den tar fart i USA råder det ingen tvekan om att flytande havsbaserad vindkraft är på väg att ta plats på global nivå. Även på kort sikt kan det leda till en intressant utveckling inom sektorn för havsbaserad vindkraft.
Det amerikanska företaget Principle Power skulle till exempel kunna spela en ledande roll i utvecklingen av branschen. Japan skulle äntligen kunna utveckla havsbaserad vindkraft. Och europeiska olje- och gasbolag skulle verkligen kunna komma till sin rätt som vindkraftsaktörer.