Vindmøllemakere i praksis

Emnet «Energi i vind og havstrøm» har lenge vært populært blant studentene ved NTNU. Mange skryter av at de endelig får prøve ut teori i praksis.

Dette semesterets studentkull fra NTNU konkurrerte å lage den beste vindmøllen fra scratch. Konkurransen ble enda skarpere enn vanlig, da det kom studenter fra det tekniske universitetet i Berlin for å konkurrere om den mest energieffektive vindmøllen.

Slik gikk det for seg:

Fra skolebenken til verkstedet

–  Kom igjen, sier ingeniør Lars Konrad Sørensen, ta bilde nå! Det er første gangen de holder i en stikksag, smiler han.

På tide altså, legger Sørensen til, som selv går inn og ut av et verksted til daglig.

Studentene som tok kurset i høst var ikke de første kommende ingeniørene som prøver verktøy for første gang i emnet «Energi i vind og havstrøm», der det dreier seg om å bygge sin egen vindmølle som så skal testes i NTNUs vindtunnel.

Under konkurransen fylles mesaninen i Varmeteknisk laboratorium opp av rundt 50 studenter som alle jobber gruppevis enten over en datamaskin, i diskusjon om en modell eller over et bord mens de monterer noe.

Studentene går fra teori til praksis på ett og samme semester. Det anbefales at de har kjennskap til grunnleggende fluidmekanikk, altså vitenskapen om bevegelser i fluider (gasser eller væsker), og hvordan fluidene påvirker andre fluider eller solider.

Primus motorer i faget er professor Lars Roar Sætran og professor Ole Gunnar Dahlhaug, ved Institutt for energi- og prosessteknikk. I flere semestre har det vært valgfritt å lage enten vindmølle eller vannmølle, noe som strengt tatt går under navnene vindturbin og tidevannsturbin på fagspråket. Av praktiske grunner er det i år bare vindturbiner som produseres, men det vil bli annerledes igjen neste år.

• Les også: Bremser hårete legger farten?

Pirrer forskerinteressen

– Da vi begynte med dette faget i 2001, var det bare en liten håndfull studenter, forteller professor Ole Gunnar Dahlhaug. – I dag er det et sted mellom 100 og 120 studenter som tar dette kurset hvert semester. Han forteller at interessen for emnet har økt i takt med søkeantallet til studieprogrammet for Energi- og miljø.

– Vi kan si at dette er et steg på veien mot å bli forsker. Når studentene i slutten av semesteret ser på måleresultatene og rankingen av vindturbinene sine, spør de seg: Hvordan kan vi gjøre vindturbinen bedre? Hvorfor er den dårlig? Da begynner de å tenke som forskere.

Praksis og kreativitet

– Her får vi prøve ut alt det grunnleggende fra tidligere kurs. Vi kan se resultatene i virkeligheten, forteller Nicole Behrens.

Studentene deles opp i grupper på rundt fem personer, og de fleste gruppene velger å dele seg i to. Den ene gruppa tar seg av turbinbladene, mens de andre jobber med generatoren. Gruppa som består av blant annet Vegard Moritsgård Flatjord, Lam Bo Jun og Nicole Behrens har jobbet som ett lag hele tida. De andre to er ute en tur akkurat når vi snakker sammen.

Gruppa til Vegard, Lam og Nicole er ferdig med generatoren, og de gleder seg til å teste turbinbladet snart.

– Det er interessant å bygge vår egen turbin, sier Vegard. – Det er mer praktisk, og ingen eksamen, forteller han, og peker på at 50 prosent av karakteren består av evaluering av posterpresentasjon og 50 prosent av karakteren baseres på rapporten. Den samlede karakteren sammenlignes deretter med de andre gruppene.

– I dette faget får vi lov til å være kreative, understreker Nicole.

Studentene forteller at de startet med å gjøre beregninger i matematikkprogrammet MATLAB, og ut i fra testing av verdier i et annet program fant de målene de behøvde til generatoren. Vegard, Lam og Nicole nøler ikke et sekund når vi spør dem om hva de tenker om konkurransen.

– Vi skal vinne! Det er vi overbevist om.

De forteller at de til og med er de første som er ferdig med generatoren sin, og peker på de andre arbeidende gruppene rundt dem. – Vi er pionérer. Testen av generatoren var også veldig lovende.

Studentene får prøve det meste selv, men enkelte ting bør håndteres av fagfolk. For eksempel de svært sterke magnetene som limes til foten av generatoren. De er så kraftige at for eksempel hud kan komme i klem. En bør for øvrig heller ikke ha elektronisk utstyr for nærme disse magnetene.

Fra trestykke til propell

I kjelleren på Strømningsteknisk laboratorium sitter lærling Henning Olav Harsvik og følger med på freseren som freser ut turbinbladene til studentgruppene.

– Hva en fres er for noe? Vel, den lager den fysiske utforminga av turbinbladene som studentene har modellert, forteller Henning.

Fresen har 12 000 omdreininger i minuttet, og minner litt om en 3D-printer der den «sager» seg gjennom planken med kunstig treverk til den har avdekket det planlagte turbinbladet.

Studentene står fritt til å utforme geometrien i bladet når de modellerer i programvaren. Harsvik får studentenes fil, som så tilpasses freseren ut fra de gitte begrensningene som altså ligger i arbeidsstykket med kunstig treverk.

Det studentene da får i hånda er en såkalt hub og blader med en støttestruktur rundt. Hub-en er senteret. Støttestrukturen er der for at ikke bladene skal gå i stykker i selve freseprosessen, etterpå er det opp til studenten å finpusse ned bladene.

– På det raskeste har vi klart å frese ut et turbinblad på halvannen time, forteller Harsvik. Ofte tar det litt lenger tid.

Stemningen stiger i vindtunnelen på NTNU, mens det tekniske personalet monterer vindturbinene. Så lukkes de store dørene, og vinden begynner å dure gjennom den største vindtunnelen i Norge. Den har max-hastighet på rundt 100 km i timen, men i dag er det ikke nødvendig med fullt så høy hastighet.

På storskjermen vises resultatene fra testene av studentenes vindturbiner. Hvilken vindhastighet tålte vindturbinene? Hvilken effekt ble oppnådd?

Virkningsgrad er et avgjørende stikkord, for det handler om hvor mye effekt man får av det som ble tilført av energi. Gruppa som står som nestemann i kø kommenterer resultatene til gruppa før seg: «Se, de har efficiency 40 prosent, vi bør bættere ha det vi også!»

Hvem vant?

I årets konkurranse på slutten av semesteret var det første gang at det også deltok en studentgruppe invitert spesielt fra det tekniske universitetet i Berlin, TU Berlin.

Dahlhaug og Sætran inviterte de tyske studentene blant annet for å spisse konkurransen enda litt mer. Det var også en annen baktanke her, om å gjøre det mer fristende for norske masterstudenter å reise på utveksling til TU Berlin. Flere tyske masterstudenter har allerede kommet til NTNU.

Konkurransen engasjerer ikke bare studentene, men professorene også. Det konkurreres i beste turbin, beste generator og beste kombinasjon av turbin og generator.

De tyske studentene bragte med seg en egenlagd turbin fra Berlin, i et litt annet materiale enn NTNU-studentenes. På slutten av dag to med testing av NTNU-studentenes vindturbiner er det tid for aller siste runde med testing. Litt ekstra spenning ble tilført da det viste seg at det måtte gjøres ekstra justeringer på generatoren for å få den Berlinproduserte vindturbinen tilpasset festet i vindtunnelen.

Og sannelig var det ikke vindturbinen fra det tekniske universitetet i Berlin som vant premien for beste kombinasjon av turbin og generator denne gangen. Når alle de tre seirende studentgrupper samler seg til seiersbilde i vindtunnelen er det bare smil å se. Kanskje vil noen av disse studentene en dag forske på å forbedre fullskala vindmøller.

Mer om emnet «TEP4175 Energi fra vind og havstrøm» finner du her.

Se video hvor studentene bygger vindmøller: