En forklaring på hver av de fire hovedtypene finnes her, men kort oppsummert:

Halvt nedsenkbar plattformer består av store, delvis nedsenkede søyler, ofte forankret med hengende fortøyningssystemer. Et eksempel på en halvt-nedsenkbar flyter er Principle Powers WindFloat-enheter, som har vært brukt i Skottland for å etablere Kincardine flytende vindpark. Denne parken med fem turbiner har en kapasitet på 50 MW, som gjør den til verdens største operative flytende vindpark.

Lekterflytere er skrog av stål eller betong som er forankret til havbunnen via hengende forankringsliner. I det franske Middelhavet bruker Eolmed-prosjektet lekterflytere utviklet av BW Ideol, kalt Damping Pool. Eolmed har tre turbiner med en totalkapasitet på 30 MW og forventes å settes i drift medio 2024.

Sparbøyer benytter en lang, vektet sylindrisk dypgang, fortøyd med hengende forankringsliner. Hywind Tampen, en flytende vindpark i Nordsjøen, bruker Equinors Hywind sparbøyeteknologi. Hywind Tampen består av 11 turbiner, og vil med en totalkapasitet på 88 MW ta tittelen som verdens største flytende vindpark når den er satt i drift.

Flytere av typen strekkstagplattform har en nedsenket midtre søyle, forankret til havbunnen med stramme, vertikale kabler i stedet for hengende forankringsliner. EDF Renewables leder prosjektet Provence Grand Large, det første franske flytende havvindprosjektet i Middelhavet. Float4WindTM, en strekkstagplattformdesign fra SBM Offshore, vil bli brukt til prosjektets tre turbiner, som har en totalkapasitet på 25 MW. 

Hver av de fire hovedtypene av flytende havvind, representeres i forskjellige prosjekter over hele Europa.

EN TEKNOLOGI-AGNOSTISK TILNÆRMING

Foreløpig har ikke utviklere samlet seg rundt én foretrukket løsning eller design for flytende vindkonstruksjoner. Det er på grunn av de ekstremt varierte forholdene til havs. Havdybde, bunnforhold og bølgeprofiler kan svinge voldsomt selv i små områder.

For øyeblikket demonstrerer og selger mange teknologileverandører sine spesifikke konsepter, forklarer Volkert. 

– I fremtiden må mer prosjektspesifikke krav oppfylles, som vil si at det vil være krav til utforminger som er spesialtilpasset til sted og leveringskjede. Det er ennå ikke klart om noen av de eksisterende konseptene kan oppfylle alle stedskrav der ute. Derfor har COWI valgt en teknologi-agnostisk tilnærming. Vi jobber med alle de ulike teknologiene, avhengig av hva som er den beste løsningen for kundene våre i de spesifikke prosjektene, sier Volkert.

PRESSER GRENSENE FOR HVA SOM ER MULIG

Nye flytende havvinddesign dukker konstant opp, fra hybride design av de fire hovedflyterne til eksotiske konsepter som presser grensene for hva som er mulig. Stian forteller at industrien avhenger av kontinuerlig innovasjon.

– Det finnes eksotiske design som prøver å løse de konvensjonelle konseptenes utfordringer, blant annet med tanke på hvordan flyteren produseres og installeres, og hvordan turbinen skaper strøm. Det er fascinerende å følge med på dette og – ikke minst – forskningen som driver teknologien og industrien fremover, sier Stian.

Noen av de nye konseptene er utpreget forskjellige fra de «tradisjonelle». Det franske selskapet Eolink har designet et rotorblad som holdes høyt av en pyramidestruktur, mens det norske selskapet Wind Catching Systems har et konsept bestående av 117 rotorer stablet vertikalt i en 300 m²-ramme, montert på en halvt nedsunket trimaran-båt.

De nye konseptene fra Wind Catching Systems (til venstre) og Eolink (til høyre) viser noe av designmangfoldet innen flytende havvind.

Volkert forklarer at det finnes svært mange forskjellige konsepter der ute. 

– Noen har vertikale turbiner, noen har tobladsrotorer, mens andre har eliminert tårnet helt og bruker utelukkende generatoren for å støtte bladene. De største selskapene investerer imidlertid tungt i bruken av konvensjonelle turbiner. Vi kjenner teknologiene så godt, at de sannsynligvis vil forbli den mest brukte i tiden fremover.

BYGD FOR BARSKE FORHOLD

Det mest brukte materialet for flytende havvindsystemer er stål og betong. Alternative materialer lar vente på seg. Hovedårsaken er at materialeksperimenter kommer med en høy kost.  

Volkert forklarer at stål er det mest populære materialet for flytende havvindkonsepter, mens betong er en god erstatning når det er begrensninger i leverandørkjeden.

– California har for eksempel ingen stålindustri, men er godt rustet for konstruksjon med betong, så vi kan regne med å se betongkonsepter blomstre i California.

Stian understreker at materialvalgene også har andre ringvirkninger.  

– Stål krever mange spesialister, som sveisere, mens betong ikke krever like spesialisert arbeidskraft. 

Designere og ingeniører utforsker også bruken av superholdbare og allsidige materialer, som tåler de barske forholdene til sjøs. Én kandidat som oppfyller disse kravene er fiberforsterket polymer (FRP).

Materialet er så sterkt og krever så lite vedlikehold at det brukes i skrogene på minesveipere og tåler hard medfart i krevende havmiljøer over flere tiår. Volkert tror vi vil se mer av disse materialene – dog et stykke inn i framtida. 

– Nå er de for kostbare, men vi skal ikke utelukke disse materialene, heller ikke 3D-trykkomponenter. 3D-trykk er i svært rask utvikling, og brukes til alt fra hus til skipspropeller. Vi får kanskje ikke se 3D-trykte flytende vindparker i dette tiåret, men hvorfor ikke i fremtiden, forteller han. 

LEVERINGSKJEDEN – EN AKILLESHÆL?

Som i nye markeder flest, går sjeldent alt etter planen. Forsinkelser florerer i industrien for flytende havvind. Det er det mange årsaker til, fra umodne rammebetingelser til uerfarne offentlige instanser. Men fremfor alt er fortsatt ett aspekt av industrien særlig sårbar: leveringskjeden.

Turbiner og flytere krever store mengder råmaterialer, og sjeldne mineraler utgjør viktige komponenter for motorcellene og generatorene. Tilgang til materialene og de globale leveringskjedene påvirkes av global uro. Ifølge Volkert kan to tiltak ha stor effekt.

– For det første er leveringskjeden innen flytende havvind umoden, og trenger større investeringer. Investeringene må styrke produksjonskapasiteten for både stål og betong. Vi trenger havneanlegg som kan montere og sjøsette turbinene og flyterne, i tillegg til mekanismene som transporterer dem til lokasjonen. Vi trenger også investeringer i fortøyningssystemene, som krever mye plass og stor produksjonskapasitet, forteller han.

– Dernest må vi tilpasse design for serieproduksjon. Det betyr design som passer til slippet på ett konkret verft, eller maksimumsvekten det kan håndtere. Hvis for eksempel transportfartøyet er den begrensende faktoren, vil vi bygge seksjoner som passer til et spesifikt fartøy. Ved å fusjonere produksjonssiden med designsiden, får vi smidigere prosesser.

Leveringskjeden for flytende havvind krever en betydelig mengde råmaterialer og bearbeidingstrinn for å produsere sluttproduktet.

Dette er en krevende utfordring, ettersom flytende havvind på produksjonssiden konkurrerer mot svært verdifulle produkter. I Sør-Korea, for eksempel, mottar tre store stålverft regelmessige ordre på produkter som anses for å være av langt større verdi enn flytende havvind, som LNG-tankere.

Volkert forklarer at flytende havvind ikke bare et spørsmål om å finne riktig produksjonskapasitet, men også om å produsere stålet så billig som mulig for å holde den generelle CAPEX-en nede.

– Vi konkurrerer med godt etablerte industrier. Store verft i blant annet Finland og Tyskland er godt egnet til produksjon innen flytende havvind, men det er vanskelig å konkurrere med etterspørselen fra produkter med høy verdi, som cruise-skip, forteller han.

MODENHET I UNIVERSELLE DESIGN 

Stian tror kunnskapsdeling, transparens og utvikling av mer universelle flyterdesign, vil effektivisere leveringskjeden og sette fart på industriens modningstakt. 

– Hvis alle tviholder på sine egne konsepter, begrenses kunnskapen om hvert konsept. Har vi derimot industriprosedyrer det er større universell enighet om, får vi dypere innsikt – som igjen gir bedre løsninger. 

Han forteller at det er en konstant og krevende oppgave å samle, slipe og foredle de ulike designene til en mer universell løsning. Men i den bunnfaste havvindindustrien, er de allerede på god vei.

– Her domineres industrien nå av to typer design – monopile og jacket. Utviklingen av én type flytende havvindskonsept som passer godt i et gjennomsnittsverft og bruker komponenter som kan skaleres opp eller ned avhengig av prosjektbegrensninger, kan være det som løser industriens problemer i leveringskjeden, sier Stian.

GIGAVEKST I GIGAWATT-SKALA

Leveringskjedene til side: flytende havvind er et hett tema verden over. De tidlige fasene vi nå står i, preges av en frisk og konkurransepreget ånd, der utviklere og land konkurrerer om “verdens første” og “verdens største”. Ifølge Volkert kan vi allerede ved slutten av 2020-årene regne med å se de første kommersielle flytende vindparkene i drift. 

En markedsprognose fra miljøkonsulentfirmaet 4C Offshore, forventer at 16 GW flytende havvind er installert eller på vei globalt innen 2030, og 48 GW innen 2035. USA og Sør-Korea leder an med mål på 10 GW hver innen 2035, mens det forventes at Europa har kapasitet på 18 GW innen 2035.

Når vi ser enda lenger frem – til 2050 – eksploderer anbudsaktiviteten. I lys av krigen i Ukraina har europeiske land gått enda lenger i retning av en mer selvforsynt energiproduksjon. 

– Belgia, Tyskland, Nederland og Danmark har kunngjort at de vil installere akkumulert 150 GW med havvind – inkludert flytende offshore vind – innen 2050. Dette er en signifikant økning fra tidligere mål, og viser virkelig hvor raskt mange land prøver å sikre en uavhengig innenriks kraftforsyning, forklarer Volkert.

BEHOV FOR KRITISKE INVESTERINGER FOR HAVNEUTSTYR

De styrkede målene støtter utvilsomt oppunder den ønskede industriveksten. Likevel er fortsatt ikke til å komme utenom at energikostnadene knyttet til flytende havvind, fortsatt er lite konkurransedyktig sammenlignet med andre fornybare energikilder. Skal prisene ned, må vi se en vedvarende vekst i den planlagte globale prosjekt-porteføljen, betydelige investeringer i ombygging og utrusting av havner, og konstant innovasjon til alle komponentene i det flytende havvindsystemet. 

Montering og vedlikehold av flytende havvind krever eget havneutstyr. Mange havner må bygges om for å kunne støtte industrien.

For mange av landene som planlegger å etablere kommersielle flytende havvindparker, vil det innebære en betydelig modernisering av havneanleggene deres. Dette må til for at de skal kunne håndtere, vedlikeholde og frakte vindturbin-komponentene. 

Kun noen få havner i Europa er utstyrt til dette for øyeblikket. Kincardine-parken i Skottland, for eksempel, må sende sine turbiner tilbake til Nederland for vedlikehold, inntil havnene i Storbritannia klarer å utføre oppgaven selv. 

– De fleste investeringene handler om forlengelse av viktige anlegg, bygging av installasjoner til å sjøsette komponenter som er bygd på land samt å øke vanndybdene ved havnene. Alt dette tidkrevende prosesser, som involverer en rekke fagområder, forteller Volkert.

STRØMLINJEFORMET FLYTERDESIGN

Produksjon og verdikjeder til side: Flyterdesign er komplekst og krevende også fra et databeregningsperspektiv, særlig nå som tendensen i bransjen går i retning av ultrastore turbiner (15–20 MW).

Nøyaktig modellering av flytekonseptene som disse kjempestrukturene står på, er utfordrende med dagens verktøy.

Flyterdesign er komplekst og krevende fra et databeregningsperspektiv

Ett prosjekt som tar sikte på å hjelpe utviklere og flyterdesignere med oppgaven, er “efficient numerical methods for ultra large floating wind turbines” – eller EMULF som det kalles på kort. EMULF er et samarbeid mellom COWI, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU), Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og klassifiseringsselskapet Det Norske Veritas (DNV), om å utvikle effektive metoder for å støtte økonomisk flyterdesign. 

Stian, som er COWIs hovedrepresentant i EMULF-prosjektet, forklarer at de har tilgang på svært avanserte verktøy for flytende havvind, men at de krever mye datakapasitet for å oppnå en analyse med høy nok  presisjon. 

– Med EMULF lager vi forenklede analysemetoder. Da mister vi noe nøyaktighet for å oppnå nødvendig beregningshastighet. Deretter vurderer vi hvor stor nøyaktighet vi kan akseptere å miste, sammenlignet med hvor mye beregningkapasitet vi får i retur. Vi får noe og vi mister noe. Dette er viktig for ethvert prosjekt, fordi vi sjelden trenger full nøyaktighet i tidlig fase, mens vi i detaljprosjekteringsfasen må være svært presise, forteller Stian.

I de neste trinnene for EMULF vil funnene innlemmes i COWIs arbeid, og resultatene og metodene gjøres offentlig tilgjengelige for å sikre at initiativet kommer hele industrien til gode.

FRA GRØNN ENERGI TIL GRØNT DRIVSTOFF

En generell regel i vindindustrien er at jo større turbinen er, desto høyere er energiproduksjonen. Flytende havvindturbiner er faktisk også i ferd med å bli veldig store. Det er viktig å hindre at perioder med høy strømproduksjon enten går til spille eller overbelaster strømnettet. Løsninger som Nordsjøens energi-øyer, som vil bruke elektrolyse til å lagre overskuddsvindenergi som grønt hydrogen, vurderes i økende grad for nye havvindparker.

– Konvertering av vindenergi til lagringsbart grønt drivstoff passer veldig godt med COWIs ambisjon om å være i front i den grønne omstillingen. Vi kan ikke kontrollere når vinden blåser, så det er viktig å kunne fange den rå energien, produsere noe vi kan lagre og bruke den et senere tidspunkt.

Noen nye konsepter utfører elektrolysen direkte på flyteren, og Siemens Gamesa utvikler et design hvor elektrolysen foregår inne i turbinen. Dette muliggjør lokal hydrogenproduksjon. Ifølge Volkert vil den beste metoden for å samkjøre grønn drivstoffproduksjon med flytende havvind være svært stedsspesifikk.

– Er det billigere å legge en kompleks elektrisk kabel ned på havbunnen ennå legge et gassrør? Jeg forventer generelt at det er billigere å legge elektriske kabler, men det er noen stedsspesifikke fordeler som kan gjøre eksport av energien som hydrogengass mer attraktiv – for eksempel hvis det er store avstander til den elektriske nettilkoblingen på land eller den er ikke-eksisterende, sier han.

HVOR DYPT KAN VI GÅ?

Heldigvis trenger ikke all ingeniørkunst å oppdages på nytt. Flytende havvind kan låne mye kunnskap fra innovasjon innen offshore olje- og gassindustri. Oljeriggen Perdido i Mexicogulfen flyter tross alt på utrolige 2450 meters dybde. Flytende havvindinstallasjoner på inntil 800 meter er foreslått, noe som reiser spørsmålet: finnes det en naturlig grense?

– Det er en naturlig grense når det gjelder kostnadene forbundet med fortøyningsliner. Hvis vi har samme vindforhold på to forskjellige steder, ett på 100 meters dyp og ett på 800m, får vi ikke mer energi fra den dypere lokaliteten, men vi må betale betydelig mer for fortøyningen. Det finnes en gylden middelvei der fortøyningslinene er mest effektive og kostnadene er lavest, mellom 100 og 500 meter, forteller Stian.

Grunnere vann er ikke alltid billigere, da det krever tunge, kraftige systemer for å holde flyteren på plass. Dypere hav kan tillate større bevegelse i horisontalplanet. 

Volkert er usikker på om det finnes noen maksdybde. Han tror nøkkelen ligger i å finne riktig konsept.

– For de største dybdene ville vi se på strekkforankrede plattformer i stedet for halvt nedsenkbare flytere, da en lang hengende fortøyning ville bli veldig myk, og det ville være vanskelig å unngå kollisjoner eller kryssing av linjer. Det er vanskelig å si hvor grensen kan ligge, ettersom forskningen på materialer ennå er ganske ung. Strekkstagplattformer er tradisjonelt fortøyd med stålrør, men kanskje vil det i fremtiden være dyneema-tau. 

Batymetrikartet over Europa fremhever det store potensialet for flytende havvind, ettersom havvindindustrien beveger seg utover områder med grunn kontinentalsokkel.

Basert på Volkerts og Stians innsikt er det spesielt ett punkt som skiller seg ut. De teknologiske fremskrittene skjer så raskt, og det pågår så mye nybrottsarbeid nå, at vi ikke kan vite nøyaktig hvordan den flytende vindindustrien vil se ut i fremtiden.

Én ting er likevel sikkert: Den er kommet for å bli. En rapport fra 2019 fra Det internasjonale energibyrået konkluderte med at bunnfast og flytende vind til sammen har potensial til å produsere 11 ganger mer energi enn verden vil forbruke i 2040. 

Når vi etter hvert forlater den fossile energiæraen og bygger ei renere energiframtid, er det vanskelig å forestille seg en sterkere pilar for den grønne omstillinga enn flytende havvind.