Veien til innovasjon: Teknologiutviklingssteg innen bølgekraft

Så hvordan går du fra en skisse i notatboken til å produsere reell energi fra havet? Hvor begynner du? Og hvordan kan SINTEF støtte deg på veien?

De 6 stegene i teknologiutvikling

IEA-OES’ Evaluation and Guidance Framework viser en strukturert metode for utvikling av havenergiteknologier — spesielt relevant for bølgekraft. Det deler utviklingen inn i 6 steg, fra idé til et fungerende kraftanlegg:

Hvert steg har spesifikke aktiviteter og evalueringskriterier innen 10 vurderingsområder:

Energifangst, energikonvertering, styrbarhet, pålitelighet, overlevelsesevne, vedlikehold, installasjon, produksjon, kostnadseffektivitet og miljøpåvirkning.

Fremdriften er ALDRI lineær — du vil teste, revidere og rykke tilbake flere ganger!

Hva skjer i hvert steg?

La oss gå gjennom dem…

Steg 0: Konseptutvikling

«Kan ideen min i det hele tatt fungere?»

Her definerer du ideen din for en bølgekraft-konverterer (Wave Energy Converter, WEC): hva den gjør, hvilket problem den løser, og hvordan den samhandler med havbølger. Bruk grunnleggende fysikk til å vurdere energifangstpotensialet og sammenligne med eksisterende bølgekraftteknologier.

Konseptet må være forankret i solide fysiske prinsipper. Grunnleggende forståelse av bølgefysikk er selvsagt essensielt. Kreativitet er nøkkelen her, men den må støttes av logikk og enkle, pålitelige beregninger. Et overbevisende bølgekraftkonsept er ett som kan oversettes til ingeniørspråk: tydelig, fysikkbasert tankegang – ikke bare magefølelse!

En liten, fungerende WEC-prototype testet i et lite basseng (badekar?) eller annen egnet vannmasse er nyttigere på dette stadiet, enn kostbare bølgetanktester som ikke er laget for tidlig idévisualisering.

Det finnes allerede tusenvis av patenter for bølgekraftenheter som bare absorberer energi. Det som skiller din WEC fra mengden må være noe nytt ot evnen til å «gjøre det bedre».

Steg 1: Konseptmodning

«Kan jeg utvikle en pålitelig numerisk modell, støttet av målrettede eksperimenter?»

I dette steget utvikler du din første numeriske modell for å simulere enhetens ytelse under ulike bølgetilstand. Du starter bølgetanktesting av små, fysiske modeller for å validere og kalibrere simuleringene.

Du begynner også å utforske sentrale ingeniøraspekter som fortøyning, styringsstrategier og inkluderer grunnleggende modeller av kraftopptaksenheten (Power-Take-Off, PTO). Foreløpige estimater gjøres for energifangst, systemkrefter og bevegelsesrespons.

Ved slutten av steg 1 bør du ha spesifikk, simuleringsbasert kunnskap om bølgekraftenhetens ytelse. Disse er langt mer nøyaktige enn tidligere «bakpå-konvolutten»-beregninger og bidrar til å bygge bro mellom teoretisk design og reell oppførsel.

Steg 2: Designoptimalisering

«Kan jeg designe dette for reelle forhold, med tanke på produksjon og styring?»

I dette steget tar (avansert) ingeniørarbeid ledelsen. De grunnleggende prinsippene er etablert, og fokuset flyttes til å raffinere designet for praktisk bruk. De numeriske modellene forbedres, og mer realistiske skalerte prototyper bygges for å gjennomføre komplekse, integrerte tester.

FoU-arbeidet dreier seg nå om ytelsesoptimalisering av bølgekraftomformeren (WEC). Nøkkelsystemer som fortøyning, strukturell utforming og materialvalg designes og finjusteres. Enkle, foreløpige modeller erstattes med simuleringer med høyere presisjon. Du kan begynne tett samarbeid med utviklere av kraftopptaksenheten (Power-Take-Off, PTO), mens styringssystemene – spesielt for PTO – integreres og testes fullt ut.

Disse systemene utvikles parallelt, noe som gjør steget svært repeterende og tar tid. Testingen blir mer krevende, med omfattende bølgetankforsøk og tørrtesting av komponenter som PTO.

Ved slutten av steg 2 må WEC-designet være fullt konstruert for praktisk bruk, og ha bestått kvalifikasjonstester som viser at det er klart for skalert havtesting. Testing i laboratoriet under ekstreme bølge-, strøm- og vindforhold er avgjørende for å validere både ytelse og strukturell integritet.

Steg 3: Skalert demonstrasjon

«Fungerer det når det utsettes for reelle bølger, vær og strøm?»

Nå er du ute på havet. Teknologien er fortsatt nedskalert, men du tester de under reelle forhold. Dataene som samles inn her er avgjørende for å validere modeller og forstå overlevelsesevne og pålitelighet.

Steg 3 markerer overgangen fra kontrollert laboratorieutvikling til de uforutsigbare forholdene i åpent hav. På dette tidspunktet er designet validert gjennom simuleringer og tanktester, og en delvis nedskalert prototype (typisk mellom 1:4 og 1:2 i skala) settes ut i sjøen. Hovedmålet er å demonstrere bølgekraftsystemets overlevelsesevne, stabilitet og grunnleggende ytelse under reelle forhold med bølger, vind og strøm. Selv om kommersiell energiproduksjon ennå ikke er i fokus, er dette steget avgjørende for å bekrefte at systemet oppfører seg som forventet under reelle miljøbelastninger.

Demonstrasjonen gir mulighet for detaljert observasjon av systemrespons, styringsstrategier og energikonvertering under dynamiske marine forhold. Det er også første anledning til å evaluere praktiske aspekter som installasjon, vedlikeholdsprosedyrer, begroing, korrosjon og generell holdbarhet. Kritiske data samles inn for å vurdere ytelse, effektivitet og identifisere mulige feil, noe som styrer videre designforbedringer og reduserer usikkerhet ved fremtidig oppskalering.

I mange tilfeller kan WEC-prototypen kobles til et testnett eller en lastbank for å vurdere effektkvalitet og konsistens. Regelverk, miljøvurderinger og maritime tillatelser er en viktig del av dette steget.

Ved slutten av steg 3 bør teknologien ha bevist sin evne i et marint miljø, og dermed gi sterke indikasjoner på potensialet og vekke tillit hos investorer, samarbeidspartnere og myndigheter.

Steg 4: Fullskala enkeltanlegg

«Kan jeg kjøre en faktisk maskin kontinuerlig og sikkert?»

På dette stadiet spør du ikke lenger «Kan det fungere?», men heller «Kan det overleve? Kan det levere kraft kontinuerlig?» Virkelige bølgeforhold, også i norske farvann, er krevende!

Dette er øyeblikket hvor et bølgekraftkonsept for første gang viser evnene sine i full størrelse! Etter år med simuleringer, tanktester og nedskalerte demonstrasjoner, er steg 4 der alt kommer sammen: den mekaniske utformingen, styringssystemene, fortøyningsstrategien og kraftopptaksenheten. Det er den første reelle kommersielle utplasseringen, og den skjer ofte på et dedikert testområde med nettilkobling og overvåkingsinfrastruktur.

Fokuset nå er å samle inn høykvalitets driftsdata for WEC over tid. Du vurderer energiproduksjon, oppetid, miljøinteraksjoner og vedlikeholds-sykluser. Du begynner også å teste støtteoperasjoner som fartøystilgang, fjernstyring og feildiagnostikk.

Mange teknologier når aldri dette punktet, og med god grunn: steg 4 er kostbar, risikofylt og kompleks! Men det er også her troverdigheten bygges. Investorer, myndigheter og industripartnere ser ofte på vellykket fullskalatesting som det tydeligste tegnet på at et produkt er klart for seriøs vurdering. En vellykket steg 4-utplassering betyr at du er nær et kommersielt produkt.

Steg 5: Kommersiell park

«Kan jeg gjøre dette konkurransedyktig med andre fornybare energikilder?»

Nå handler det om oppskalering: flere enheter, delt infrastruktur og energileveranse i stor skala. Du løser systemutfordringer som nettilkobling, kostnadsoptimalisering og langsiktig vedlikehold.

Steg 5 markerer overgangen fra innovasjon til infrastruktur. Stadiet der bølgekraftteknologier skal operere som en del av et reelt energisystem. Her settes flere WEC-enheter ut som en park, med delt infrastruktur og leveranse av strøm til nettet i betydelig skala. Det handler ikke lenger bare om å bevise teknologi, det handler om å demonstrere koordinert systemytelse, operasjonell stabilitet og langsiktig levedyktighet.

Å nå dette stadiet krever mye mer enn bare oppskalering. Hydrodynamiske interaksjoner mellom bølgekraftenheter, felles kabelsystemer og vedlikeholdsstrategier på parknivå introduserer nye ingeniør- og logistikkutfordringer. Det er også her kostnadsantakelser møter virkeligheten: bygging, drift og støtte må balanseres for å vise en troverdig vei mot konkurransedyktig energiproduksjon.

Dette steget omfatter mer enn bare hardware. Planlegging, tillatelser, forsikring, forsyningskjeder og miljøkrav blir sentrale. Fokuset utvides fra «kan dette fungere» til «kan dette bygges, gjentas og finansieres?» Suksess her legger grunnlaget ikke bare for ett prosjekt, men for en bølgekraftteknologi som kan implementeres i stor skala.

En ikke-lineær reise

Prosessen er ikke alltid ryddig. WEC-enheter (Wave Energy Converters) går ofte frem og tilbake mellom stegene. Hvorfor? Fordi testing gir nye innsikter, systemene utvikler seg, og havforholdene byr på overraskelser.

Tilbakeslag og tvil er normalt og forventet. Iterasjon er et tegn på kvalitet, ikke på feil!

Det grunnleggende prinsippet i denne tilnærmingen er at du ikke bør gå videre til neste steg uten å ha fullført den du er i, inkludert alle relevante vurderingsområder.

Hvordan SINTEF kan hjelpe deg

Enten du jobber med å raffinere et bølgekraftkonsept, teste en prototype eller forberede utplassering, er SINTEF her for å hjelpe deg med å trygt ta neste steg.

Hos SINTEF støtter vi utviklere av bølgekraft gjennom alle steg — fra tidlig konsept til kommersiell utplassering — med dyp teknisk kompetanse og verdensledende fasiliteter:

• Mulighetsstudier, konseptvalidering og designveiledning
• Bølgeressurskartlegging og miljømodellering
• Numerisk modellering, inkludert multibody- og hydroelastisk analyse
• Bølgetanktesting, riggtesting og Hardware-in-the-Loop-eksperimentering
• Modellering av bølge-til-nett og styringssystemer
• Livsløpsanalyse, bærekraft og studier for nettilkobling
• Uavhengig evaluering og stage-gate-gjennomganger

Besøk vårt fagområde for bølgekraft for å lære mer!