MENY

Tar doktorgrad om vindkraft

Siri Kalvig disputerer med en avhandling om vindkraft, og hvilken effekt bølger har på vindturbiner til havs.

Ph.d. Siri Kalvig og bi-veileder Eirik Manger i toppen av en vindturbin under forskningsopphold i Boulder, Colorado, USA. Foto: Andrew Scholbrock. Ph.d. Siri Kalvig og bi-veileder Eirik Manger i toppen av en vindturbin under forskningsopphold i Boulder, Colorado, USA. Foto: Andrew Scholbrock.

Kalvig har i sitt doktorgradsarbeid utviklet et verktøy for å studere denne effekten, noe som kan bli et nyttig verktøy for industrien.

Den 17. november 2014 forsvarer Kalvig sin avhandling i disputas ved Universitetet i Stavanger.

Hennes forskning har inngått i Forskningsrådets ordning for nærings-ph.d. Det innebærer at hennes arbeidsgiver StormGeo og Forskningsrådet har gått sammen om å finansiere arbeidet.

Kalvig har i løpet av sitt arbeid også vært tilknyttet forskningssenteret Norwegian Centre for Offshore Wind Energy (NORCOWE), som UiS er partner i.

Stort potensial
Vinden over havet representerer et fantastisk energipotensial som i teorien kan løse store deler av verdens voksende energibehov på en ren og bærekraftig måte. For å omdanne energien i vinden til strøm brukes store vindturbiner.

Disse turbinene er svært følsomme for variasjoner i vinden og små endringer kan gi store avvik i produsert strøm. Derfor er det ytterst viktig å kunne gi en riktig og detaljert beskrivelse av vinden over havet og ikke minst være i stand til å varsle denne. 

Vinden pisker opp verdenshavene og genererer bølger, som igjen påvirker vinden.

Sistnevnte effekt – at bølgene representerer en dynamisk ruhet som modifiserer vinden over havflaten – er som regel ignorert i både designfasen av vindturbiner og i den operative fasen der en trenger gode vindvarsler.

Simuleringer
Ved hjelp av en finskala matematisk modell, såkalt CFD (Computational Fluid Dynamics), har varierende bølgesituasjoner sin påvirkning på vinden blitt studert. Disse simuleringene viser at bølgene modifiserer vindfeltet over betydelig høyde over havflaten.

Følgelig vil rotoren til vindturbinen bli utsatt for en annen vind, og andre krefter, enn det man tidligere har forutsatt.

Det er særlig de lang-periodiske dønningene som gir opphav til spesielle vindpåvirkninger. Arbeidet viser også at det er viktig å ta hensyn til dønningenes retning i forhold til vindfeltet.

Øker utmatting
Ved hjelp av en forenklet modell av en vindturbin har Kalvig studert effekter av den bølgemodifiserte vinden. Beregningene viser at bølgene gir opphav til oscillasjoner i produsert strøm, samt at de vil også påvirke lastene på rotorbladene.

Det er også utført studier som tyder på at bølgeindusert vind kan øke utmattingen av vindturbinen i forhold til det som er tilfellet ved samme vind men over en statisk flate.

Viktig for mangetøy
I doktorgradsarbeidet er det sammen med Universitetet i Stavanger, Acona Flow Technology og StormGeo utviklet et nytt verktøy som egner seg for å studere den direkte aerodynamiske effekten av bølger på en vindturbin eller på en vindpark.

Arbeidet viser at vinden over havet ikke beskrives godt nok med de metoder som er vanlige i dag. Dette gjelder spesielt innenfor vindenergi, men arbeidets resultater vil også være interessant for all aktivitet til havs og for generell værvarsling av vinden over havet.

StormGeo ønsker å forbedre vindprognosene til havs og satser derfor mye på dette. De driver både med egen forskning og delfinansiering av nærings-ph.d-prosjekter.

Nytt verktøy
Kalvig har også utviklet en ny metode for å kunne sjekke forskjellige bølgers påvirkning på vinden over havet og konsekvensene det vil ha for vindturbiner.

Dette verktøyet bør videreutvikles og kan bli et nyttig verktøy som vil hjelpe med å få forskningsresultatene implementert i industrien. 

Les mer om disputasen

Les mer om Institutt for konstruksjonsteknikk og materialteknologi

Siri Kalvig på kontoret, hvor hun har forsket på offshore vindkraft

Siri Kalvig har forsket på offshore vindkraft