Tuffa utmaningar för vindkraft till havs

Den havsbaserade vindkraftsparken Hornsea 1 utanför Storbritanniens östkust färdigställdes i början av 2020 och är just nu världens största havsbaserade vindkraftspark, med en kapacitet på 1,2 gigawatt. Systerparken Hornsea 2, som ligger bredvid Hornsea 1, kommer emellertid när den tas i full drift senare i år att överta titeln med en kapacitet på 1,32 gigawatt. Foto: Ørsted

Den havsbaserade vindkraften står än så länge för en relativt liten del av vindkraftens globala kapacitet, men det byggs mer och mer vindkraft till havs. Det beror bland annat på att vindkraften genom att lämna land kan uppnå en högre och jämnare elproduktion och att det till havs finns mer utrymme att bygga stora vindkraftsparker. Samtidigt medför den havsbaserade vindkraften också en rad tuffa utmaningar, som höga installations- och driftskostnader.

Text: Alarik Haglund

Vi är i Europa världsledande inom havsbaserad vindkraft och det finns idag fler än 5 400 havsbaserade vindkraftverk fördelade på 116 vindkraftsparker i 12 länder. Världens hittills största havsbaserade vindkraftspark, Hornsea 1, färdigställdes utanför Storbritanniens kust i början av 2020 och har en kapacitet på 1,2 gigawatt. Den totala installerade kapaciteten för den havsbaserade vindkraften i Europa har sedan 2010 ökat från cirka 3 gigawatt till drygt 25 gigawatt och den förväntas fortsätta öka.

När man bygger vindkraftverk på land går det inte att undvika att det finns hinder, som till exempel kullar, träd och hus, som bromsar vinden och skapar turbulens. Ute till havs slipper man dessa hinder och vindarna är inte bara starkare utan också mer stadiga än på land. Det resulterar i att havsbaserade vindkraftverk både har en högre och jämnare elproduktion. 

På havet finns det dessutom större möjligheter att bygga stora vindkraftsparker. Bara i Sverige bedöms enligt Svensk Vindenergi den tekniska potentialen för havsbaserad vindkraft, det vill säga den mängd havsbaserad vindkraft som kan byggas i områden som har goda vindförhållanden och som inte är naturskyddade eller upptagna av andra intressen i havsplanerna, vara så mycket som 700 terawattimmar per år. Det är nästan dubbelt så mycket som hela Sveriges förväntade årliga elbehov år 2050, enligt en bedömning från Thema.  
Trots dessa fördelar är den havsbaserade vindkraften inte utan sin beskärda del av utmaningar.

bild
Vindkraftsparken Hywind Scotland har visat att det genom att bygga flytande vindkraftverk går att föra ut den havsbaserade vindkraften på djupare vatten längre ut till havs, där det både finns ännu bättre vindförhållanden och mer utrymme. Samtidigt blir också många av de utmaningar som är förknippade med havsbaserad vindkraft större i takt med att vattendjupet och avståndet från land ökar. Foto: Michal Wachucik/Equinor

Högre kostnader
Utmaningarna med den havsbaserade vindkraften är till stor del ekonomiska. Till exempel är kostnaderna för både installation och drift av havsbaserade vindkraftverk fortfarande mycket högre än för vindkraftverk på land, trots att de minskat i takt med att marknaden för havsbaserad vindkraft växt sig större.
De högre kostnaderna beror bland annat på de tekniska svårigheter som är förknippade med att bygga vindkraftverk till havs och att det i samband med installationen av ny havsbaserad vindkraft förutom kostnaden för själva vindkraftverken, som utgör mindre än hälften av den totala installationskostnaden, även tillkommer stora kostnader för framför allt den infrastruktur som behövs, till exempel i form av fundament.

Under installationen krävs det därtill att man har tillgång till både fartyg och en hamn med tillräcklig kapacitet för att kunna hantera transporten av de stora vindkraftverksdelarna.

Även kostnaden för att ansluta en havsbaserad vindkraftspark till det nationella elnätet, vilket görs genom att lägga kabel på havsbotten, är högre än för en vindkraftspark på land.

I Sverige finns det idag inte något transmissionsnät till havs. Medan Svenska kraftnät är skyldiga att bygga ut transmissionsnätet för att ansluta ny elproduktion på land, som till exempel vindkraft, betyder det att den som bygger havsbaserad vindkraft själv måste bekosta anslutningen till transmissionsnätet på land. I oktober 2021 meddelade regeringen emellertid att de avser att ge Svenska kraftnät i uppdrag att bygga ut transmissionsnätet till områden inom Sveriges sjöterritorium där det finns förutsättningar att ansluta fler elproduktionsanläggningar.

bild
Även om de minskat i takt med att marknaden för havsbaserad vindkraft växt sig större är kostnaderna för både installation och drift av havsbaserade vindkraftverk fortfarande mycket högre än för vindkraftverk på land. Foto: Ørsted

Krävande miljö
Havsbaserade vindkraftverk befinner sig också i en mycket krävande miljö, vilket på grund av att de utsätts för hög luftfuktighet och kontakt med saltvatten bland annat ger upphov till korrosion. De får även utstå större påfrestningar, från till exempel vågor och starka vindar, som kan skada vindkraftverken. Det leder till att havsbaserade vindkraftverk både har en kortare livslängd och att de kräver mer underhåll än vindkraftverk på land. Samtidigt är det både svårare och tar längre tid för underhållspersonal att ta sig fram till havsbaserade vindkraftverk eftersom det endast kan ske med hjälp av fartyg eller helikopter.

Det större underhållsbehovet och det mer svårtillgängliga läget bidrar tillsammans till högre underhålls- och reparationskostnader för havsbaserade vindkraftverk. Det dröjer också längre innan ett skadat havsbaserat vindkraftverk kan repareras, vilket medför längre driftstopp. 

Ett annat problem är att undervattensljud från havsbaserade vindkraftverk, såväl som ljud från fartyg- och helikoptertrafik till och från vindkraftverken, kan påverka det marina djurlivet negativt.

Flytande vindkraftverk
De flesta havsbaserade vindkraftverk står dessutom idag förankrade på havsbotten med hjälp av olika typer av fasta fundament. Vanligast är fundament av monopiletyp, där ett kraftigt stålrör sticks ner i botten, trefotsfundament i stål eller gravitationsfundament, bestående av stora plattformar av betong eller stål. På grund av att havsbottenförankrade vindkraftverk av det här slaget är mycket svåra att bygga om vattendjupet är större än omkring 60 meter placeras de normalt sett i grundare vatten.

Eftersom havsbaserade vindkraftverk som byggs inom synhåll från kusten kan ha en negativ inverkan på till exempel turism och fastighetspriser innebär det att antalet lämpliga platser där havsbottenförankrade vindkraftverk kan placeras är begränsat. De starkaste och mest stadiga vindarna återfinns dessutom på djupare vatten längre ut till havs.

Man har därför utöver havsbottenförankrade vindkraftverk även börjat bygga flytande vindkraftverk. För att ta fram flytande konstruktioner som är tillräckligt stabila för att bära upp ett vindkraftverk har man hämtat inspiration från olje- och gasindustrin och det finns framför allt tre olika varianter av flytande vindkraftverk. En variant använder sig av en stor stolpboj, vilket är en stående cylinderformad boj med tyngdpunkten långt under vattenytan, för att stabilisera vindkraftverket. Man kan också använda sig av en halvnedsänkt plattform, där vattenfyllda pontoner fungerar som barlast, eller en dragbensplattform, som är förankrad i havsbotten med hjälp av spända vajrar.  

bild
Det finns många fördelar med havsbaserad vindkraft, som en högre och jämnare elproduktion och större möjligheter att bygga stora vindkraftsparker, men att ge sig ut till havs innebär också flera tuffa utmaningar. Foto: Pixabay

Större utmaningar
Världens första flytande vindkraftspark, Hywind Scotland, togs i drift 2017 utanför Skottlands östkust. 

Vindkraftsparkens fem vindkraftverk, med en sammanlagd kapacitet på 30 megawatt, befinner sig cirka 25 kilometer från land och står utspridda över ett område där vattendjupet varierar mellan 95 och 129 meter. Vart och ett av vindkraftverken står på toppen av en enskild stolpboj, som tack vare en barlast bestående av havsvatten och omkring 5 500 ton sten och järnmalm står upprätt i vattnet. Varje vindkraftverk hålls dessutom på plats av tre stålkedjor förankrade i havsbottnen med sugankare och för att hjälpa till att dämpa vindkraftverkens rörelser är de försedda med ett kontrollsystem som hela tiden övervakar driften och justerar rotorbladens lutning.
Förutom att de inte är begränsade till att placeras i vatten som är grundare än 60 meter kan flytande vindkraftverk också, i stället för att byggas ute till havs, mer eller mindre byggas helt färdiga innan de bogseras ut till den plats där de ska förankras, vilket kan hjälpa till att sänka installationskostnaderna. 

Många av de andra utmaningar som är förknippade med havsbaserad vindkraft, som kostnaden för att ansluta vindkraftverken till det nationella elnätet och svårigheterna att underhålla och reparera vindkraftverken, blir däremot större för flytande vindkraftverk eftersom de ökar med avståndet från land och vattendjupet.