Företaget T-Omega Wind, Boston, lanserar ett nytt koncept för vindkraft till havs

Nätmagasinet New Atlas presenterar konceptet:

2022-09-08, New Atlas, Loz Blain:

T-Omega re-thinks floating offshore wind turbines for huge cost savings

(T-Omega tänker nytt om flytande vindkraftverk med jättelika besparingar)

Den största potentialen för vindkraft i världen finns till havs – ofta långt ute till havs, där det är så djupt att det är opraktiskt att bygga typiska vindkraftverk med en turbin på ett torn med fundament djupt nere i havsbotten. Flytande vindkraft är för närvarande så oerhört dyrt att bygga, installera och underhålla, att det kostar två till tre gånger så mycket per kWh, kilowattimme, som verk monterade på havets botten.

Flytande vindkraftverk till havs behöver inte skalas upp till gigantiska proportioner, för att ge billig energi, säger T-Omega – de behöver bara en ny design som inte drivs av tänkandet för landbaserade vindkraftverk.

Här finns en enorm möjlighet för tekniska framsteg. Företag som Norges World Wide Wind föreslår några ganska radikala idéer. En stor del av energikostnaden beror på storleken, vikten och materialen i vindkraftverken, tillsammans med de logistiska frågorna och den specialiserade utrustning som behövs för att bygga, installera och underhålla verken.

Bostons startup T-Omega Wind säger att de har testat en modell av sin unika konstruktion för flytande vindkraft till havs. Den tål hårda stormar och 30 meters vågor, men till 20 % av vikten och cirka 30 % av priset för konventionella konstruktioner – för att inte tala om super-enkel utplacering och igångkörning. Den öpppnar upp ett prisvärt sätt att utnyttja världens bästa vindresurser.

“Alla flytande turbiner till havs utom våra är som isberg”, säger T-Omegas grundare och chefsingenjör, Jim Papadopoulos, över en videochatt. “Vad de än har ovan vattnet, har de fyra gånger så mycket under vattnet. Om de har 1 500 ton ovan vattnet, har de 6 000 ton under vattenytan. Det är en stor kostnad. Vi lägger nästan ingenting under ytan. Det är en av de stora skillnaderna i kostnad, rörlighet och utplacering.”

Konventionella flytande turbiner, säger Papadopoulos, använder teknik som bara designats för land.

“Just nu, en turbin i Vestas- eller GE-stil, har de en häftig rotor, med en axel med lager bara på ena sidan. Du kan konstruera nästan vad som helst, men med en enkelsidig axel är den axeln massiv och kräver några ganska speciella lager. Och på grund av de stora krafterna blir det väldigt liten marginal för hållfastheten. Så de måste hålla tornen noga upprätt – därav det tunga, dyra fundamentet. De är genomsyrade av filosofin för att bygga på land, och det är otroligt dyrt.”

T-Omegas tillvägagångssätt är helt annorlunda, med början vid själva turbinen och generatorn, som monteras på en axel lagrad i båda ändar. Således, snarare än ett enda tungt torn, bärs turbinen upp av fyra mycket smalare ben, som sträcker sig ner till lätta flottörer med stort avstånd mellan dem.

Det är ungefär som hur ett pariserhjul är upphängt; det finns en anledning till att de inte bygger dem på en enda stolpe.

Kommer det att kantra? “Om du tar en trädörr och lägger den i vattnet kommer den inte att välta”, säger Papadopoulos. “Det är bredden jämfört med höjden. Så ja, vi har en väldigt bred bas jämfört med vilken annan flytande design som helst. För att lyfta upp flottörerna ur vattnet behövs ett jättestort moment – det är mycket större än generatorns vridmoment.”

Den flytande basen är förankrad till havsbotten, och när vinden förändras vrids basen fritt runt sin förankring, så att den alltid är vänd direkt mot vinden – men utan att behöva några sensorer, motorer och vridmekanismer för att uppnå det målet.

Besparingarna i materialkostnader är enorma, säger Papadopoulos. “Konstruktionens vikt kan vara ungefär 10 % av vikten av ett vanligt torn. Och istället för att hantera med två eller tre tum tjockt stål – och all utrustning och tid och logistik som det innebär – hanterar man stål på en halvtum eller mindre, och vem som helst kan skära och svetsa det.”

Detta gäller också utrustningen upptill. T-Omega-designen stöds i båda ändar och behöver inte samma typ av massiva generator- och axelkonstruktioner som konventionella turbiner behöver, eftersom en enkelsidig axel utsätts för enorma påfrestningar. Det betyder mindre metall, mindre vikt, mindre specialiserade verktyg och mindre kostnader vid varje steg på vägen. Det betyder också att flera verkstäder kan bygga sakerna.

Företaget byggde en två meter hög prototyp – en modell i skala 1:60 av en kommersiell typ för 10 MW, och testade den för stabilitet i en vågtank i Glasgow. “Detta är den lättaste 1 till 60 nerskalade flytande vindkraftmodellen jag någonsin har testat”, säger Dr Saishuai Dai, projektledare för Kelvin Hydrodynamics Laboratory, i ett pressmeddelande. “Modellen klarade framgångsrikt ett tillstånd av storm med en ekvivalent fullskalig signifikant våghöjd på 18 meter. Då observerades en våg med fullskalig ekvivalent maximal våghöjd av 30 meter, vilket var den övre gränsen för vår vågmaskin.”

“De här vågorna motsvarar 30 meters höjd”, säger Papadopoulos. “Vår modell gungade som på en berg-och dalbana. Inga problem.”

Eftersom designen inte sträcker sig ner särskilt långt under vattnet, är utplaceringen myc-ket enkel. Man kan sätta ihop allt vid ett varv, sätta ut det direkt i vattnet och sedan bog-sera ut det till platsen. För underhåll gäller ungefär detsamma; kroka av verket, bogsera det tillbaka till land, göra allt underhåll som krävs där och sedan bogsera det tillbaka till sin plats. Inget behov av jack-up fartyg eller flytande kranar.

“Vi siktar på billigt, billigt, billigt”, säger Papadopoulos. “Och en del av vårt tema är att vi inte kommer att sikta på 25 år utan underhåll. Vi kommer att byta ut delar om tre år om de spricker, för vi har gjort det enkelt. Konventionella turbiner är vansinnigt dyra att underhålla – man måste hyra ett tornfartyg för två eller tre miljoner pund i veckan, och även då är arbete bara möjligt i strålande väder. De väntar tills två eller tre turbiner har krånglat för att motivera kostnaden för det fartyget – och för att undvika det, bygger de turbinerna så att de skall hålla för evigt. Det är en av anledningarna till att de är så dyra. De vill ha perfektion i sin design. Det gör vi inte. Att hålla koll på kostnaderna fungerar mycket bättre.”

Där nästan alla andra havsbaserade vindkraftskonstruktioner i det oändliga vill skala upp med större och större turbiner, säger T-Omega att dess ekonomiska optimum kommer att vara ungefär hälften så stort som dagens största turbiner. “Alla andra verkar älska tanken på att bli större”, säger Papadopoulos, “men vi hatar tanken på massiv storlek, eftersom det betyder att man behöver större hamnar, större fartyg, större allt.”

Och, säger han, T-Omegas förslag är fundamentalt annorlunda. “Varför blir de så stora?” frågar han. “Vad som händer är att installations- och underhållskostnaderna är så vansinniga för dessa turbiner, att du hellre installerar och underhåller en som är gigantisk än två som är medelstora. Men de kostnaderna gäller inte oss. Och det finns något som heter kvadrat- kub-lagen: när man fördubblar storleken på en turbindesign ökar man rotorns svepta area fyra gånger – men vikten går upp åtta gånger eftersom du fördubblar höjden, bredden och längden på varje del i tre dimensioner . Så det är faktiskt inte aktuellt att gå för stort för oss. Vi kommer förmodligen att hitta vårt optimum med den lägsta kostnaden någonstans runt 7-8 megawatt.”

Företaget räknar med en genomsnittlig energikostnad (LCoE, Levelized Cost of Energy) runt 50 USD per megawattimme i interna beräkningar. Det arbetar för att få den här siffran kollad av en oberoende tredje part.

“Enligt våra siffror,” säger Papadopoulos, “är vi i konkurrenskraftiga mot de bästa stationära vindkraftverken som finns idag.”

+ – + – + – +

by