Vindturbiner är inte ensamma om att drabbas av isbildning – exempelvis drönare påverkas också på likartade sätt, med sämre aerodynamik och verkningsgrad som följd. Forskaren Richard Hann menar att de två världarna har mycket att vinna på att tala mer med varandra.
Atmosfärisk isbildning är ett fysiskt problem som slår mot vitt skilda tekniker – men ofta på samma sätt. En rotorbladskant på ett vindkraftverk, en vinge på ett flygplan eller en propeller på en drönare kan alla få förändrad aerodynamik, ökade laster och sämre funktionalitet när is byggs upp.
Detta är något som intresserar Richard Hann. Som forskare vid Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, NTNU, samt chef för universitetets UAV Icing Lab, undersöker han hur utsatta drönare är för isbildning, och hur erfarenheter inom andra teknikområden kan komma till användning på drönarfältet.
Richard Hann ser gemensamma problem, men också synergier, inom åtminstone tre områden: prognoser, isdetektion och energieffektiv ishantering.
– Om man tar isdetektion som exempel, finns det bara ett system som är auktoriserat för det inom bemannad luftfart. Alla flygplan som har ett isdetektionssystem har just det. Men för vindturbiner finns det minst fyra, fem olika system, säger han.
Å ena sidan är alltså tekniken för isdetektion inom bemannad luftfart hårt standardiserad, vilket ger en robusthet och goda möjligheter till uppföljning och utvärdering. Å andra sidan kan ett enda dominerande system bromsa lovande teknikskiften – där har istället vindkraften en fördel.
För obemannade luftfarkoster är marknaden ännu mindre utvecklad; enligt Richard Hann saknas i dagsläget mogna lösningar för isdetektion för drönare. Samtidigt finns det flera aktörer som tävlar om att bli det vinnande konceptet.
– Så kanske kan vi hitta någon lösning inom vindkraft som vi kan lära oss av och föra över till drönarområdet, eller hjälpa oss att hitta bättre lösningar för bemannade flygplan, föreslår Hann.
– Eller omvänt, att vi kan hitta bättre system för vindturbiner.
Ett annat gemensamt dilemma är alltså hur ishantering ska göras mer energieffektivt. Inom drönarforskning tittar man mycket på hur man ska minimera energiåtgången för olika åtgärder, eftersom vikt och storlek är så kritiska aspekter när det kommer till drönare.
Drönare pressas hårt på energibudget och uthållighet, vilket driver optimering av styrning och algoritmer. Richard Hann menar att även små åtgärder för energieffektivisering av avisningssystem kan ge betydande vinster i uthållighet, säkerhet och hållbarhet.
Spetsforskning på detta område kan också komma vindkraftsforskningen tillgodo. För medan vindkraften ofta kan köpa färdiga paketlösningar ifrågasätter Hann vill ifrågasätta hur energieffektiva de faktiskt är – och hur mycket produktionsvärde som försvinner när systemen körs “good enough” snarare än optimerat.
– Du må ha anti-issystem, bladuppvärmning, och liknande, men hur mycket energi förlorar du faktiskt genom dessa system?
Ytterligare synergier finns när det kommer till prognoser för olika väder och isbildningsrisk, menar Richard Hann. För att planera drift, stopp och iskydd krävs högupplösta modeller som fångar lokala mikroklimat.
– På kort sikt handlar det om hur man kan förutse isbildning. Men det handlar också om att utvärdera de värsta tänkbara riskerna för isbildning på en given plats. Dessutom, att undersöka hur klimatet ändras och hur detta påverkar isbildning.
Drönare är för övrigt redan delvis en del av vindkraftsindustrin. Exempelvis används obemannade flygfarkoster för service, bladinspektioner, validering av isprognoser, atmosfärmätningar kring vindparker och uppföljning av iskyddssystem i drift.
En helt ny horisont skulle dessutom kunna uppenbara sig om så kallad luftburen vindkraft börjar byggas ut i större skala.
Luftburen eller flygande vindkraft använder teknologier som drönare, heliumlyfta turbiner eller särskilda drakar för att nå ännu mycket högre höjder och generera väsentligt mer elektricitet än konventionella vindkraftverk. Eftersom de är mobila och inte behöver mycket markinfrastruktur är de extra attraktiva för avlägsna och svåråtkomliga områden.
– Tekniken mognar mer och mer, men ännu har ingen tittat exempelvis på hur dessa system skulle funka i kallt väder, säger Richard Hann.
Han menar sammantaget att de olika världarna har mycket att vinna på att tala mer med varandra. Vindkraftens variation kan inspirera drönarvärlden, och drönarvärldens innovationspress kan i sin tur ge “stegvisa” förbättringar tillbaka till vindkraften – och i bästa fall även till bemannad luftfart.
Även om vindkraftssektorn till exempel i dag utgör har en etablerad marknad för isdetektion och avisningssystem, är inte mognad samma sak som optimalitet. Drönarvärlden är yngre och prövar fler spår samtidigt, vilket kan skapa innovation som i nästa steg pressar även vindkraftens paradigmer.
– Jag har en känsla av att det där har utvecklats till en mogen marknad idag. Men det är därmed inte säkert att de lösningar som finns är de bästa, bara att det kanske inte är ekonomiskt tillräckligt värdefullt att utmana de paradigm som har utvecklats.
För att uppnå fler och tydligare synergier krävs dock samarbeten över akademi och industri, och forskning med tydliga syften.
– Om man forskar kring detta behöver man också visa att forskningen verkligen genererar värde för industrin, säger Richard Hann.
Vindkraften har erfarenheten och drönarvärlden experimentlusten. Tillsammans kan de med andra ord bidra till att nästa generations ishantering blir både smartare och mer kostnadseffektiv.
Richard Hann kommer till Winterwind-konferensen som huvudtalare (keynote speaker) för att tala om bland annat detta. Winterwind är ett forum som han tycker mycket om, eftersom det på sätt och vis kickstartade hans forskningsintresse kring is och isbildning.
– Det blev livsförändrande för mig! Den första konferensen jag åkte till var just Winterwind i Skellefteå 2012, och det blev en väldigt bra erfarenhet. Sedan har jag återvänt fler gånger, men jag trodde aldrig att jag skulle komma som huvudtalare.
