Kjelland jobber i ingeniørbedriften Red Rock Marine. Der utvikler han blant annet styringssystemer for kraner på skip som laster og losser utstyr på vindmølleinstallasjoner i Nordsjøen.

– Praksisen fra mekatronikklaben i Grimstad og forskning på fornybar energi har vært avgjørende for at jeg kunne gå rett fra studier og ut i jobb, sier Kjelland, som nylig avsluttet doktorgraden på Universitetet i Agder (UiA).

Mekatronikk er en kombinasjon av fagene elektronikk, informasjonsteknologi og mekanikk.

Krana han har brukt i sine eksperimenter, er en såkalt knekkbomkran. Den løfter nærmere tre tonn, har lang rekkevidde, koster rundt 250 000 kroner og står permanent i mekatronikklaben.

Røft vær gir mye venting

Vindturbiner til havs har fordelen av høyere og mer stabile vindforhold. De fleste vindturbiner er i dag er festet til havgrunnen, men når de flyttes til dypere vann er de svært dyre å bygge og installere. 

Det reduserer muligheten for utbygging av vindparker der det ikke er grunt nok til bunnfast fundament.

– Dersom vi skal ta i bruk mer fornybar energi, må prosessene rundt installasjon og vedlikehold av utstyr effektiviseres. Kostnadene ved vedlikehold av landbasert installasjoner er i dag mye lavere enn for vindmølleinstallasjoner i Nordsjøen, sier Kjelland.

Nordsjøen har røft vær  og det betyr utfordringer for havvindturbinene. Ofte må de som driver med vedlikehold vente på bedre vær før de kan reise ut til vindmøller med et ankomstområde på rundt to ganger to meter.

– Det er perioder av året hvor været alltid er vanskelig, men hvis man hadde kraner som kunne takle høyere bølger, kunne man unngå ventetider og gjennomføre vedlikeholdsarbeid og reparasjoner når det trengs, og ikke vente til været tillater det, sier Kjelland.

Bedre styring av krana

Kjelland har forsket på om bedre kranstyring kan senke kostnader, øke tilkomsten til vindmølleinstallasjonene og gjennomføre lastingen sikkert.

På grunn av været i Nordsjøen må det utvikles styringssystemer hvor krana kan kompensere for bølger. Knekkbomkrana er lang og tynn, og ved hurtige bevegelser vibrerer den i tuppen. Det gir svingninger av lasten. Dette har Kjelland prøvd å finne løsninger på.

– Krana skal kontrolleres, og det skal kompenseres for bølge- og vinsjbevegelser. Kranfleksibilitet og bevegelse og pendling av kroken må tas med i betraktningen.

– Ofte flyttes laster på 1000 kg, og de henger i et fem meter langt ståltau. Da er det ikke mye bølger som skal til for at lasten blir umulig å kontrollere på en sikker måte, sier Kjelland.

Motvirke bølger

Løsningen er bevegelseskontroll som unngår svingninger av selve krana. Da motvirker krana bevegelsene laget av bølgene, og det gjør overføring av nyttelast enklere, raskere og tryggere for kranførere.

Pendling av nyttelasten kan dempes ved å kontrollere enden av kranen. Dermed holdes lasten i ro ved plassering eller henting.

Kjellands eksperimenter viser at knekkbomkrana kan brukes for å kompensere for bølgene. Det betyr kort sagt at kran og løftearm kan laste og losse mannskap og utstyr også i bølger. Han understreker at han har testet prinsippet om bølger og bølgekompensasjon. Undersøkelsene hans sier ikke noe om hva slags bølgehøyder krana kan operere i.

– Vanligvis brukes ikke fleksible kraner av denne typen offshore, men slike knekkbomkraner er kompakte og relativt rimelige. De har lang rekkevidde, og gitt at du har kontroll på bølgekompenseringen, kan de bidra til å øke tilkomsten til installasjonene, sier Kjelland.  

Red Rock Marine har allerede utviklet bølgekompenserende kraner for offshoremarkedet, og har så langt solgt og levert tre stykker. Kjelland mener at mekatronikklaben i Grimstad gir bedrifter praktisk kompetanse. 

–  Tilgangen til laben gjør det mulig å få testet teorier i virkeligheten, og det er helt nødvendig, sier han.

Referanse:

Magnus Berthelsen Kjelland: Offshore Wind Turbine Access Using Knuckle Boom Cranes, doktorgradsavhandling, Universitetet i Agder. 4.11.16. Sammendrag.