Doktor på gigant-vindmøller

- Tårnene bygges like høye som diameteren på bladene, slik at bladene når halvveis ned mot bakken. I dag er de største prototypene 112 meter, så om jeg hadde begynt på doktoravhandlingen nå ville jeg startet på 150 meter, gliser Torstein Thorsen.

Arbeidet med doktoravhandlingen har Torstein Thorsen utført ved Høgskolen i Agder (HiA), Fakultet for teknologi , men disputasen foregikk ved NTNU i Trondheim.

Les Aftenposten om doktoravhandlingen:

180 meters totalhøyde

Når vindmøllene produserer energi og bladene er på toppunktet, snurrer enkeltbladene opp over tårnet – med andre ord er halvparten av propellen - 60 meter - over toppen av tårnet. 120 meter tårn pluss 60 meter blad gir en totalhøyde på 180 meter. Til sammenligning økte høyden på Postgirobygget fra 88 til 110 meter etter den siste ombyggingen.

For folk flest er det mest interessante at Thorsen konstaterer at vindmøller etter alt å dømme kan bygges med 120 meters tårn. Og at de trolig vil bli enda større ganske fort.

- Det er bare et tidsspørsmål, sier den ferske doktoren.

Agder Energi har fem vindmøller i drift på Lindesnes. Både tårnhøyden og diameteren på møllevingene – eller turbinbladene – er 48 meter. Thorsens giganter har dermed blader som er to og en halv gang så lange. 48 meters vindmøllene er så små at de er ute av produksjon.

Stipendiat ved Energiparken i Grimstad

Torstein Thorsen har arbeidet som doktorgradsstipendiat ved Høgskolen i Agder, Fakultet for teknologi i Grimstad, men selve disputasen foregikk ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU ) i Trondheim.

Thorsen er den første som blir ferdig av fem doktorgradsstipendiater som er finansiert av Elkem Technology og Agder Energi. Ytterligere tre av stipendiatene er ferdige med sine avhandlinger i løpet av vårsemesteret 2004. Stipendprogrammet bærer navnet "Solenergi, vind og hydrogen som energikilde".

_ Vi hadde et par doktorgradsstipendiater i forkant av stipendprogrammet som blir fullført neste år, sier studieleder Harald Næser ved HiA.

Et nytt stipendiatprogram i fornybar energi er under utvikling.

Stipendiatene arbeider ved HiAs avdeling på Dømmesmoen i Grimstad, nærmere bestemt i Energiparken – nasjonalt senter for fornybar energi.

Professor Helge Nørstrud ved NTNU og studieleder ved energistudiet, førsteamanuensis Harald Næser ved HiA er Torstein Thorsens veiledere i arbeidet med doktorgradsavhandlingen.

Størrelsen betyr mye

Resultatet av å bygge gigantvindmøller er at produksjonen av fornybar energi øker. Mens dagens Lindesnes-vindmøller har en kapasitet på 750 kiloWatt (kW), produserer en 120 meters koloss fem megaWatt (MW). Størrelsen betyr dermed temmelig mye for produksjonen.

I dag har de største vindmøllene 70 meter i diameter på turbinbladene, med tårn opp mot 85 meter. Produksjonen er tre MW på de største og nyeste turbinene. Når vindmøllene bygges enda større, øker også kravene til konstruksjon og materialer.

Hittil har aerodynamiske krefter styrt utformingen. Men hva skjer når turbinbladene på kommersielle vindmøller blir enda større? Folkelig sagt fins svaret i Torstein Thorsens doktorgradsavhandling "Upscaling of Wind Turbine Blades".

To modeller

I avhandlingen beregner Thorsen hva som skjer når møllebladene øker i størrelse fra 60 til 90 og 120 meter i diameter. Beregningene er foretatt etter to forskjellige modeller for oppskalering av turbinbladene.

Utgangspunktet er dagens konstruksjonsmetode for turbinblader. Vingene er konstruert for å fange vinden for å produsere så mye energi som mulig. Designet er basert på å utnytte og mestre de aerodynamiske kreftene, samtidig som bladene kan stå i mot belastningene som de vil oppleve i løpet av en levetid på 30 år.

Thorsens modeller har kalkulert konsekvensene for møllebladene av at tyngdekraften øker når dimensjonene på turbinbladene blir større.

Innmaten må bygges om

Forsøkene viser at opp til 90 meters diameter er det de aerodynamiske belastningene som hovedsakelig bestemmer designet på bladene.

Når turbinbladene øker til 120 meters diameter, vil gravitasjonskreftene bli for store hvis designet på bladet bare blir direkte oppskalert. Ved for høye gravitasjonskrefter vil man oppleve utmattingsbrudd i bladet i løpet av vindmøllas levetid. En vindmølle med 120 meters diameter må derfor inkludere gravitasjonskrefter sterkere i design-prosessen.

Konsekvensen er at design på bladene må endres i forhold til en direkte oppskalering. En mølle med 120 meter i diameter bør derfor være annerledes enn en mølle på 60 meter i diameter.

Torstein Thorsen foreslår konkrete endringer i designet i avhandlingen. Den last-bærende innmaten i bladene bør forandres og karbonfiber bør erstatte glassfiber for de innerste delene av bladet. Den ytre utformingen av bladet, profilen, bør også gjennomgå små endringer når vindmøller øker i størrelse.