3 Sentrale temaer for forskning, innovasjon og utdanning

Dagens energimarked er i utgangspunktet designet for drift av et europeisk kraftsystem dominert av kullkraft og andre kraftkilder basert på termisk kraftproduksjon, og hvor fornybare energikilder som vind og sol kun har utgjort en mindre andel av den totale energiforsyningen. I fremtidens energisystem vil derimot vind og sol dominere, og det knyttes betydelig usikkerhet til hvordan energimarkedet bør utvikles for å gi en best mulig utbygging og drift av kraftsystemet, med sikker, rimelig og ren energiforsyning. De store variasjoner i kraftprisene vi har opplevd i de siste par årene illustrerer noe av utfordringen. Eksempler på viktige spørsmål som må besvares er hvordan vi sikrer en god fordeling av lønnsomhet og kostnader i utbyggingen og drift av kraftsystemet, og hvordan vi best skal ivareta energiforsyningssikkerheten i et system med mye væravhengig produksjon. Det er behov for forskning og innovasjon innen markedsdesign for å lykkes med utvikling og drift av fremtidens energisystem med store mengder havvind og andre fornybare energikilder. En sterk norsk innsats på dette området kan gi betydelig norsk verdiskapning og posisjon i det europeiske energimarkedet.

Utbyggingen av havvind i Norge er i en oppstartsfase, og regelverket som styrer både konsesjonsprosessen og næringen er under utvikling. Rettslig usikkerhet er en bremse for utviklingen, fører til økte kostnader og skaper usikkerhet blant aktørene. Om Norge skal lykkes som havvindnasjon, må vi ha et regelverk som gir helhetlige løsninger på hvordan vi skal skalere opp havvindutbyggingen og nå de målene som er satt. Eksempler på viktige tema er regulering av sambruk av vindparkarealer, vindskyggeeffekter mellom havvindparker, innretning av differansekontrakter og andre kraftkjøpsavtaler, arbeidsmiljø og sikkerhet. Forskning er avgjørende for å sikre en kunnskapsbasert utvikling av regelverket.

En bærekraftig utvikling av havvind innebærer å holde seg innenfor planetens grenser og møte samfunnsmessige krav. Utviklingen vil innebære avveininger og ha både positive og negative konsekvenser for natur og samfunn som må vurderes og tas hensyn til for å ta gode beslutninger. En systemisk tilnærming er nødvendig for å avdekke både positive og negative ringvirkninger av storskala utbygging. Det er behov for forskning for å tette kunnskapshull, bedre forstå konsekvens av utbygging og utvikle løsninger som sikrer bærekraft, med godt miljødesign og positiv sameksistens med andre brukere av havet. Å lykkes med dette kan gi et betydelig konkurransefortrinn. Det finnes mye litteratur om miljøpåvirkningen av havvind, men det er viktig å påpeke at dette i hovedsak gjelder bunnfaste installasjoner, effekter på enkelte arter, og fra enkeltstressorer. Det trengs mer kunnskap om hvordan effektene av flere stressorer ved en havvindutbygging akkumuleres og hvordan den samlede effekten på økosystemet vil være. Det må utvikles design av havvindparker som gjør at negative miljøkonsekvenser minimeres, men like viktig er videre utvikling av tiltak som kan gi positive effekter for miljøet, naturpositive konsepter, for eksempel kan havvindfundamenter fungere som kunstige rev. Det mangler også langtidsmålinger av effekter på det marine miljøet fra både utbygging og drift av havvindparker, og for å evaluere den økologiske betydningen av naturpositive konsepter. Det blir viktig å få på plass metoder og teknologi for å få til effektiv og smart overvåking av miljøeffekter fra utbygging og drift og fra skademinimerende og/eller naturpositive tiltak.

Bærekraft innebærer en livssyklustilnærming, hvor det er behov for å utvikle havvindteknologi som gir minimale negative samfunns- og miljøkonsekvenser hensyntatt materialbruk gjennom hele verdikjeden og hele levetiden til installasjonene, inklusiv demontering. Det må utvikles effektive verktøy for arealplanlegging, både for havvindparker og tilknyttede anlegg på land, og det må utvikles løsninger som gir positiv sameksistens med berørte brukere. Nye løsninger kan gi mulighet for fiskeri i havvindparker, sambruk med havbruk, eller for kombinasjoner med annen energi-produksjon/lagring. Til sist er det viktig å ta hensyn til at en utbygging kan ha fordeler for noen grupper, men også være negativt for andre grupper. Det må utvikles gode retningslinjer for hvordan man da skal prioritere og hvordan gjøre dette så rettferdig som mulig for de som blir berørt.

Det er behov for forskning og utvikling av både flytende og bunnfast havvindteknologi. Fokus bør være på teknologiområder hvor Norge allerede har sterke forskningsmiljø og industri som kan utnytte resultatene for leveranser til utbygging i Norge og internasjonalt. Norge har et særlig behov for å utvikle flytende havvind for å kunne realisere planlagt utbygging i Norge, og med muligheter for eksport av varer og tjenester til andre land, men også bunnfast havvindteknologi er et viktig område og særlig på kort sikt forventes hovedtyngden av internasjonale leveranser fra norsk industri å gå til utbygging av bunnfaste havvindparker. Viktige tema er knyttet til oppskalering og bruk av større turbiner, og omfatter fundamenter for bunnfast havvind, understell for flytende havvind, forankringssystemer og elektrisk infrastruktur, i tillegg til fabrikasjon og installasjon med tilhørende behov for teknologi og infrastruktur som verft, havner og ulike typer fartøy. Dette krever helhetlig tilnærming for design, produksjon, transport og installasjon av store havvindskonstruksjoner. Det trengs effektiv og automatisert masseproduksjon av flytende og bunnfaste fundamenter, som kan være i stål, betong eller andre materialer. Det er behov for å utvikle nye materialer som kan gi lengre strukturell levetid, mindre vedlikehold og som kan resirkuleres. Det er også behov for utvikling av metoder og verktøy for design av store havvindparker, og analyse- og datasimuleringsmodeller for vindvariasjoner og vaker, bølger, bunnforhold og det marine miljøet. Det må utvikles ny kabelteknologi og undervannsteknologi for tilkobling av store flytende havvindparker, og kostnadsreduserende løsninger med HVDC eller annen teknologi for overføring av kraft fra store havvindparker langt til havs. Teknologien må være robust og miljøvennlig. Det er behov for industrialisering og standardisering, med teknologi som muliggjør effektiv fabrikasjon, sammenstilling og installasjon i store volum, men også nytenkning og innovasjon med utvikling av nye konsept, både på komponent og systemnivå.

Drift- og vedlikeholdskostnader utgjør om lag 30 prosent av livssykluskostnadene innen havvind[1], men kan reduseres ved utvikling av bedre metoder og strategier. Kostnadene utgjøres av nedetid og tap i produksjon, kostnad for utstyr, personell og marine operasjoner. Reduksjon av havarier krever kunnskap om feilårsaker, laster og kapasitet til materialer og konstruksjoner. Å minimere nedetiden for produksjonen er en viktig nøkkel for å redusere kostnadene som kan oppnås ved helhetlig planlegging og design av drift- og vedlikeholdsfasen allerede fra starten av prosjektet. Frakt av personell og utstyr er utfordrende, spesielt trengs forskning og utvikling for å muliggjøre sikker tilkomst i høye bølger. Teknologier for inspeksjon av komponenter og konstruksjoner ved bruk av droner både under og over vannoverflaten vil gi betydelige kostnadsbesparelser. For flytende havvind må det utvikles metoder for å kunne utføre større reparasjoner, som skifte av blader, hovedlager eller andre tyngre komponenter. Utvikling av forbedrede tilstandsovervåkingsteknologier, for eksempel digital tvilling for estimering av operativ tilstand og strukturell integritet, og utvikling av robotikk og automatisering, kan vesentlig redusere vedlikeholdskostnadene samtidig som oppetid og værvinduene økes. Det er behov for systematisk og helhetlig utvikling av prosesser og teknologi som gir miljøvennlig, sikker og effektiv gjennomføring av marine operasjoner, drift og vedlikehold.

[1] BVG Associates, "Oil & Gas seize the opportunity series: Offshore Wind," BV Associates, 2017

Digitalisering vil ha avgjørende betydning for norsk energiforsyning. Dette gjelder for alle typer kraftproduksjon, men særlig for utbygging og drift av vindkraft på norsk sokkel. En effektiv digital infrastruktur må bygges med kombinasjon av erfaring fra det vi har lært fra vind på land, maritim og offshore og innovasjon gjennom samhandling mellom eksisterende og nye industriaktører.  

For å få til digital samhandling er det nødvendig å kombinere eksisterende industristandarder og plattformer med teknologiske nyvinninger innenfor autonome sensorer, distribuert prosessering og kunstig intelligens. Felles for all samhandling er behovet for enighet om felles overordnede arkitektur, prinsipper, struktur og språk. Et karakteristisk trekk ved både digital innovasjon og standardisering er at det skjer på tvers av industrier og følger sin egen forretningslogikk basert på behov hos kunder, uavhengig av behov og fremvekst hos en spesiell industri.

Det må etableres en omforent digital arkitektur som en bærebjelke gjennom hele livssyklusen til havvindsinstallasjoner. Dette krever at beslutningstakere på alle nivåer har kunnskap om mulighetene som ligger i standardisering av eksisterende programvare og prosesser, og forståelse for nødvendigheten av å utvikle nye informasjonsstrukturer og informasjonsmodeller. En slik «Norsk Digital Referanse» vil gi den norske klyngen et internasjonalt konkurransefortrinn, med løsninger og tjenester som sikrer en kostnadseffektiv, pålitelig og bærekraftig forsyning av kraft fra havvind.

Et digitalt beslutningssystem vil kunne brukes til å vurdere sikkerheten og redusere risikoen ved installasjon, drift, vedlikehold og dekommisjonering av havvindparker. Et slikt digitalt overvåknings- og beslutningssystem vil også kunne benyttes til å sikre marint liv, en kan for eksempel ha en digital prediktiv tvilling av økosystemet i havet som kan kobles til hvordan havvindparken bør driftes for å gi minst mulig negativ miljøvirkning. Digitale verktøy er viktige for å kunne gi best mulig estimat av produksjon fram i tid, og dermed gi mer effektiv drift av kraftsystemet og bedret forsyningssikkerhet. Cybersikkerheten må samtidig ivaretas, og det må utvikles metoder og system som er robuste ovenfor cyberangrep og hacking.

Kraftsystemet i Norge er i starten av en gjennomgripende endring, drevet av økt kraftetterspørsel til grønn omstilling og nytt forbruk, og skal innen 2050 tilrettelegges for å håndtere 30 GW havvind, samt annen ny fornybar energiproduksjon. Dette tilsvarer nær en dobling av dagens produksjonskapasitet, en kapasitet det har tatt over 100 år å bygge ut. Dagens vannkraftdominerte system har iboende stabiliserende egenskaper, og stor evne for lagring av energi og regulering av produksjonen etter behov. Vind- og solkraft har ikke de samme egenskapene, og derfor vil en storstilt integrasjon av havvind gjøre det nødvendig å designe kraftsystemet på nytt. Den enorme endringen i produksjonssammensetning vil gjøre fremtidens kraftsystem til et mye mer komplekst system, både når det gjelder teknologiske løsninger og i samspillet mellom aktørene. For å gjennomføre denne omstillingen må vi finne nye løsninger og bygge kompetanse innen et bredt spekter av disipliner som støtter opp om det overordnede systemperspektivet – kraftsystemet må fungere, hele tiden. Det er en gjennomgripende samfunnsendring vi står ovenfor, og for å skape bevissthet og samfunnsaksept for det, blir det viktig å bygge et kunnskapsgrunnlag som deles og skaper trygghet.

Viktige tema er:

• Holistisk systemdesign mht. nettplanlegging, og drift av et energisystem på tvers av sektorer, med fokus på balansering og regulering
• Endrede fysiske egenskaper i et omformerdominert kraftsystem som utfordrer stabiliteten
• Nye utfordringer i drift av HVDC-nett, og i samspillet mellom AC og DC-nett

Det foregår mye utviklingsarbeid i ulike fora i Norden og Europa om disse temaene, og dette samarbeidet er viktig for å tilegne seg kunnskap og bygge kompetanse. Tilgang til personell med tilstrekkelig og relevant kompetanse er en kritisk faktor for å kunne gjennomføre det grønne skiftet. Både Norden og Europa står overfor de samme utfordringene, og må utvikle teknologi og løsninger som kan gjøre det mulig å gjennomføre omstillingen. Samarbeid over landegrensene og felles innsats med relevante aktører er helt nødvendig for å oppnå målet.