Av Bjarne Børresen, Energi Norge. Sammendrag

Transkript

1 Av Bjarne Børresen, Energi Norge Sammendrag Dersom vannkraft fortsatt i 2050 skal utgjøre grunnstammen i norsk kraftproduksjon er det behov for kontinuerlig forbedringer, reinvesteringer og fornyelse av installasjonene. Levende fagmiljø med aktiv forskning og utvikling er nødvendig for å sikre tilstrekkelig kompetanse til denne fornyelsen. Planmessig innsats fra myndighetene, blant annet ved å etablere Vannkraftlaboratoriet i 1918 la grunnlaget for etableringen av egne kunnskapsmiljø for vannkraft i Norge. I lange perioder har leverandørindustrien vært spydspissen i teknologiutviklingen. I dag er det kraftselskapene som sammen med fagmyndighetene og virkemiddelapparatet må ta initiativet for å styrke den forskningsbaserte undervisningen innenfor vannkraft. Norge er fortsatt en stormakt innen vannkraft. I følge IEA vil den installerte kapasiteten på verdensbasis dobles fram til Tiden for de store vannkraftutbygginger er på ingen måte forbi. I 1900 vedtok Stortinget å etablere Norges Tekniske Høgskole (NTH) i Trondheim. Ti år senere, den 15. september 1910 åpnet NTH med immatrikulering av det første studentkullet. Etableringen av NTH faller sammen med den tidsepoken hvor elektrifiseringen av Norge virkelig skyter fart. Vannkraft hadde i lang tid vært brukt i møller, sagbruk og tresliperi. Disse maskinene var direktedrevet. I 1885 ble det installert en likestrømsgenerator ved Laugstol bruk ved Skien for elektrisk belysning. I 1891 blir Hammerfest den første norske byen med elektrisk gatebelysning. Vannkraft er også her energikilden. I det neste tiåret blir mange e-verk etablert. Blant disse finner en Christiania Elektrisitetsverk (1892), Bergen Elektrisitetsverk og Trondhjem Elektrisitetsverk (begge 1900). Øvre Leirfoss og Hammeren kraftverk var begge betydelige kraftutbygginger etter datidens standarder. I 1910 var den totale installerte effekten i Norge på 260 MW. Da NTH åpnet i 1910 eksisterte det ikke noe eget professorat innen vannkraftmaskiner. I 1911 ble Gudmund Sundby ansatt som professor innen vannkraftmaskiner. Sundby hadde bakgrunn fra Kværner brug hvor han utviklet en automatisk turbinregulator [1],[2]. Hans første 155

2 oppgave var å bygge opp Vannkraftlaboratoriet. Da høgskolerådet strøk bevilgningen til vannkraftlaboratoriet oppsøkte professor Sundby statsminister Gunnar Knutsen i ferien. Statsminister Knutsen som selv var ingeniør og grunnlegger av Laugstol bruk og en ivrig forkjemper for fossekraften omgjorde rådets beslutning og sikret byggingen av vannkraftlaboratoriet som stod ferdig i 1917 [3]. Knutsen var også sentral i regjeringen da staten og Oslo kommune felleskap startet bygging av Mørkfoss-Solbergfoss i Glomma i På grunn av første verdenskrig var mange av de utenlandske verkstedene som på den tid var teknologisk ledene innen vannkraft utlukket som leverandør til anlegget. Professor Sundby greide å omdefinere anbudsrunden til å bli en utviklingsprosess. I alt 12 modellturbiner fra Myrens verksted og Kværner brug ble testet i Vannkraftlaboratoriet. Sentralt i disse modellprøvene var ingeniør Henrik Christie. Christie ledet senere turbinavdelingen i Kværner. Her ledet han utviklingen av Kværner høytrykks Francis turbiner. Samarbeidet mellom kraftutbygger, NTH og industri i forbindelse med bygging av Solbergfoss kraftverk 1,2 var meget viktig for teknologiutviklingen i Kværner og hele vannkraftmaskinmiljøet i Norge. Byggingen av Solbergfoss kraftverk kan på mange måter betraktes som startskuddet for bransjesamarbeidet innen vannkraft. I de årene som har gått siden kraftverket ble satt i drift i 1924 har dette samarbeidet foregått på mange arenaer og med ulike partnere. Parallelt med utviklingen av vannkraft i Norge (se figur 1) har det foregått en utvikling av fagmiljø og forskningsmiljø knyttet til bygg, maskin og elkraft. Det er ikke formålet med denne artikkelen å vise hele den historiske utviklingen, men samtidig er det viktig å understreke at etableringen av Norsk vannkraftsenter er en naturlig fortsettelse av et samarbeid og en arbeidsform som har eksistert over lang tid. Vi vil derfor trekke fram et par eksempler på slikt samarbeid. I 1953 ble Elektrisitetsforsyningens Forskningsinstitutt (EFI) etablert etter påtrykk fra NTH, Norsk Elektrisitetsverkers Forening 3 og enkeltpersoner i bransjen. EFI og senere SINTEF Energi er sentral i forskning og utvikling knyttet til komponenter, verktøy og metoder for 1 I forbindelse med byggingen av Solbergfoss kraftverk ble det bygd en vassdragsteknisk modell i skala 1:25 for å studere beliggenhet og strømningsforhold. Dette er et tidlig eksempel slik modellering, lenge før etableringen av vassdragslaboratoriet. 2 Kraftstasjonsbygningen på Solbergfoss kraftverk er tegnet av arkitekt Bredo Greve som også tegnet hovedbygget på NTH. 3 Norsk Elektrisitetsverkers Forening er forløperen til Energi Norge. 156

3 bruk ved utvikling og drift av vannkraftanlegg. Svært mange av de verktøy som i dag brukes for hydrologiske analyser og produksjonsplanlegging er utviklet av SINTEF Energi i samarbeid med kraftbransjen. I desember 2009 ble det etablert en samarbeidsavtale mellom Energi Norge og Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi (IVT) på NTNU om støtte til Studieprogram for bygg- og miljøteknikk (IVM). Avtalen er spesielt knyttet opp mot faggruppen for vassdragsteknikk. Avtalen ble etablert etter at det over lengre tid hadde vært pekt på liten aktivitet ved vassdragslaboratoriet, svak rekruttering av master og PhD studenter og liten forskningsaktivitet knyttet til fagområdet. Svak rekruttering av studenter med fordypning innenfor områdene vassdragsteknikk og vannkraftkonstruksjoner ble sett på som en trussel for framtidig rekruttering av fagpersonell med denne kompetansen i kraftselskapene. 157

4 Energi Norge som bransjeorganisasjon representerer de fleste kraftselskapene i Norge. Disse er eiere av mange viktige dammer og vassdragsanlegg. For bransjen er det viktig å sikre at det utdannes til strekkelig antall studenter med relevant kompetanse innen vassdragsteknikk og vannkraftrelaterte fag. I januar 2013 ble det gjennomført en evaluering av bransjeavtalen. Blant de viktigste konklusjonene i evalueringsrapporten er følgende: Alle målene som en satte seg for avtalen var ikke nådd Bransjesatsingen har gitt resultater i form av flere master studenter og oppstart av nye forskningsprosjekt. Det var viktig med en gjensidig forståelse for at en langsiktig og forutsigbar satsing er nødvendig for en varig styrking av fagmiljøet knyttet til vassdragsteknikk. Samtidig ble det pekt på at vannkraft som fag ved NTNU var blitt mer usynlig og at det var ønskelig med et sterkere tverrfaglig samarbeid mellom bygg, maskin og elkraft. I 1985 ble SINTEFs nye turbinlaboratorium åpnet på Valgrinda. Bakgrunnen for byggingen av det nye turbinlaboratoriet var blant annet at 158

5 de tekniske installasjonene i vannkraftlaboratoriet tilfredsstilte ikke ny krav til modellprøver foreskrevet i industristandarder som IEC Målet med turbinlaboratoriet var å etablere et uavhengig laboratorium tilsvarende IMHEF i Lausanne, Sveits og Aströ, Lintz, Østerrike. Det viste seg allikevel vanskelig å drive laboratoriet som et uavhengig kommersielt laboratorium. I 1994 overtok Kværner Energy turbinlaboratoriet. Helt siden starten av vannkraftlaboratoriet fram til om lag 1999 hadde det vært et tett samarbeid med Kværner og Vannkraftlaboratoriet. Samarbeidet omfattet innspill til tema og veiledning på master -og PhD-oppgaver, stipend, utveksling av instrumentering og konsulenttjenester. Dette samarbeidet fortsatte etter at GE overtok Kværners vannkraftvirksomhet i Samtidig var det norsk vannkraftmarkedet betydelig endret i og med at det var færre utbygninger i Norge og GE som en internasjonal aktør kunne velge partnere for forskningssamarbeid over hele verden. I 2006 ble det tatt initiativ til å etablere et 4-årig bransjesamarbeid om finansiering av PhD-stipend. Samarbeidet ble videreført i 2010 og i perioden ble det også gjennomført et forskningsprogram High Head Hydraulic Turbine Technology (H 3 T 2 ) med støtte fra forskningsrådet. I perioden er det fullført syv doktorgrader og ytterligere to har startet opp. 159

6 Bransjens støtte til institutt for vann og miljø og vannkraftlaboratoriet har vist at slik satsing gir resultater. Samtidig har de foreløpig mislykkede forsøkene på å få i gang PhD prosjekt knyttet til elektriske maskiner vist at det er behov for mer robuste og langsiktige samarbeidsformer og økt tverrfaglig samarbeid. I Sverige har etableringen av Svensk VattenkraftCentrum i regi av Elforsk vist at langsiktig samarbeid, tverrfaglig samarbeid virker. Det er derfor all grunn til å være optimist og tro på en fortsatt framgang innen forskning og utvikling knyttet til vannkraft. Enkelte betegner vannkraft som en moden teknologi - underforstått at det ikke er noe behov for forskning og utvikling. Det er riktig at francis turbinen ble oppfunnet i 1848 og pelton turbinen i 1870 årene. Men dette er ikke så ulikt bensinmotoren (1876) og diesel motoren (1892). Det er vel neppe noen innen bilindustrien som sier at vi kan stanse forbedringene på motorsiden? Med mer enn 1500 kraftverk og over 2000 aggregat og om lag MW installert effekt vil selv små tekniske forbedringer i turbindesign eller bedre generatorer, ny kunnskap om miljøforbedringer, økt reguleringsevne eller andre forbedring over tid gi betydelig forbedring i det totale kraftsystemet. For å illustrere noen av mulighetene som fortsatt fins for videre utvikling innen vannkraft kan man se for seg et tenkt scenario for vannkraft i Man har utviklet god teknologi og kunnskap for 3 måneders varsel som gir gjennomsnittsverdier for temperatur og nedbør med stor troverdighet. Satellittmålinger og værradar gir nøyaktig data til hydrologiske modeller. Godt utviklede og validerte fordelte hydrologiske modeller med oppløsning på 10x10 m og detaljert ruting presise hydrologisk simuleringer også i vassdrag og nedbørsfelt uten målestasjoner. Rimelige, trådløse målestasjoner gjør det også mulig med instrumentering av små felt og problemområder i forhold til flom og brå vannstandsendringer. Klimaendringer har medført betydelig endringer i hydrologien. Betydelig skadeflom i enkelte vassdrag har medført flere større utbygginger hvor flomdemping har vært hovedmålet. Et felles nordeuropeisk høyspennings likestrømsnettverk basert på moderne høytemperatur superleder teknologi binder sammen Norden, norsjølandene, Tyskland og Frankrike. 160

7 Større sluttbrukerfleksibilitet, betydelig effektutbygging og 3000 MW ny pumpekraftinstallasjon i Norge gir stabile, lave, kraftpriser, men gode inntekter fra regulerkraft og system tjenester. Moderne turbiner bygd i komposittmaterialer, men aktive fiber som gjør at formen kan endre seg som funksjon av lasten gir høy virkningsgrad over hele driftsområdet. Generatorer med superleder i polvikling og statorvikling gir lave tap med høy ytelse per pol og stav. Magnetiske lager med aktiv demping er tatt i bruk både i bære- og styrelager. Alle komponenter er godt utstyrt med trådløse sensorer og data mates inn til sanntid diagnostisering som gir god informasjon om tilstand, slitasje og mulige feil. Mange deler kan produseres raskt og billig på kraftverket eller i et lokalt serviceverksted i nærheten ved bruk av 3D printere som håndterer en lang rekke materialer inkludert karbonfiber, andre kompositter og ulike metalliske materialer. Autonome, ubemannede undervannsfartøy gjeter fisk som vandrer opp eller ned forbi vassdraget til effektive, tilpassede fiskepassasjer. Den 10. februar 2014 ble Norsk vannkraftsenter åpnet av Olje- og Energiminister Tord Lien. Dette var en viktig milepæl. Visjon er at Norsk vannkraftsenter (NVKS) skal være et nasjonalt samlende senter for å sikre og videreutvikle undervisning og forskning innen vannkraftteknologi. Senteret drives i samarbeid mellom universiteter, forskningsinstitusjoner, vannkraftbransjen og norske myndigheter, med hovedsete på NTNU. For å nå dette målet gjenstår arbeidet med å fylle senteret med innhold. Dette er en utfordring som hele bransjen kraftselskap, rådgivende ingeniører, leverandører, myndigheter og forvaltning, forskningsinstitutt og universitet og høgskoler må engasjere seg i. [1] Olsen, Kr. Anker (1953). Kværner Brug gjennom 100 år, Utgitt av A.S. Kværner [2] Mohagen, T, Bjørnsgaard, A og Kjølle, A. (1993). Henrik Christie , ISBN Oslo/Trondheim. [3] Sandvik, Pål Thonstad (2009). Gudmund Sundby. I Norsk biografisk leksikon. Hentet 16. februar 2014 fra 161