Oljefunnet på Ekofisk-feltet i 1969 forvandlet Norge til en internasjonalt viktig energinasjon. Men lenge før oljen begynte å strømme opp av Nordsjøen, ble den norske økonomien drevet av en annen type energi: vannkraft.
De kalte det hvitt kull – de skummende vannmassene som fosset ned langs de norske fjellene gjennom turbiner for å skape elektrisitet. Men for rundt 100 år siden, da Norge var en ung nasjon, var vannkraft mer enn hvitt kull – det var gull. Forskere fra Norges tekniske høgskole (NTH) – nå en del av NTNU – bidro til banebrytende teknologier som igjen var med å bygge det moderne Norge. Mye av denne forskningen fant sted i Vannkraftlaboratoriet, en fire-etasjers bygning på NTNU Gløshaugen i Trondheim. Bygningen feirer sitt 100-årsjubileum i 2017.
Bygg fremtiden med et vannkraft-triangel
For drøyt 100 år siden ble elektrisitet sett på som nøkkelen til å bringe Norge inn i den moderne verden. Dette innebar mye mer enn bare å erstatte parafinlamper med elektrisk lys.Alle fossefallene i Norge ga landet en mulighet til å bruke vannkraft til industriell utvikling. Et av de tidligste eksemplene på dette var Norsk Hydro, grunnlagt i 1905 av Sam Eyde og fysiker Kristian Birkeland. De brukte elektrisitet for å utvinne nitrogen fra lufta – som ble brukt til gjødsel.Da NTH ble opprettet i 1910, var et av hovedmålene å utdanne nasjonens fremtidige forskere og ingeniører. NTH tok for seg Norges behov for å utvikle vannkraft med det NTNU-historikerne og forfatterne Thomas Brandt og Ola Nordal kalte et «vannkrafttriangel».Én NTH-forskningsgruppe fokuserte på bygging av dammer og reservoarer. En annen fokuserte på turbiner og tilhørende utstyr. Den tredje gruppen fokuserte på selve strømmen, for eksempel generatorer og overføringslinjer.Professor Gudmund Sundby, som kom til NTH i 1911, hadde ansvar for turbiner og tilhørende vannkraftutstyr. Han så umiddelbart behovet for et dedikert vannkraftlaboratorium hvor ideer kunne testes og utvikles.Sundby hadde bakgrunn som ingeniør for Kværner Brug, som sammen med Myren Verksted var Norges to største turbinprodusenter.
Å hjelpe norsk næringsliv med å konkurrere globalt
Med sin bakgrunn fra industrien innså Sundby raskt at NTH kunne tilby de to turbinprodusentene hjelp med å utføre tester for å forbedre effektiviteten til turbinene. Indirekte ville dette også forbedre de to selskapenes konkurranseevne på det voksende internasjonale markedet.Først trengte han selvfølgelig et laboratorium for å utføre testene.Arne Kjølle, i dag professor emeritus ved Vannkraftlaboratoriet, sier at Sundbys første forslag om å bygge et dyrt vannkraftlaboratorium, ble avvist. Kjølle jobber for tiden med en historie om Kværner Brug, en 150 år gammel industribedrift som var sterkt involvert i Norges vannkraftutvikling.– Men Sundby var ikke en som tok nei for et svar, sier Kjølle.Han hevdet overfor regjeringen at Norge måtte følge dagens teknologiske utvikling eller miste næringsmuligheter til omverdenen. Han hevdet også at et vannkraftlaboratorium kunne ta betalt for oppdrag fra Myren og Kværner for å teste turbiner.Han så for seg at et vannkraftlaboratorium kunne gi ingeniører en arena for forskning, et praktisk sted å utdanne studenter og et sted der selskaper som Myren og Kværner kunne teste effektiviteten av turbindesign og forbedre dem.De første bevilgningene til Vannkraftlaboratoriet kom i 1914 og var på 150.000 kroner. Flere utbetalinger fulgte til laboratoriet åpnet dørene i 1917.
10 prosent økning i effektivitet
Fra første stund var laboratoriet en enorm suksess. Ved hjelp av testing og utvikling kunne Sundby og Vannkraftlaboratoriet forbedre effektiviteten til turbinene med så mye som 10 prosent.Sammen med partnerne fra industrien eksperimenterte de med antall blad på løpehjulene til Francis-turbiner og endret former og vinkler på bladene for å forbedre effektiviteten. Alt dette krevde den tekniske kunnskapen og presisjonen som bare dette Vannkraftlaboratoriet kunne tilby.– Det var et arbeid som betalte seg nesten umiddelbart, da den norske regjeringen og Oslo kommune i 1916 bestemte seg for å bygge Mørkfoss-Solbergfoss vannkraftverk for å levere strøm til den voksende byen Oslo, sier Kjølle.Både Kværner og Myren leverte turbiner til stasjonen, skreddersydd for driften i elven. Til slutt hadde turbinen som ble brukt på stasjonen en effektivitet på 94 prosent.– En imponerende prestasjon, spesielt fordi de mest effektive turbinene i dag leverer rundt 96 prosent effektivitet, sier Ole Gunnar Dahlhaug, en av vannkraftprofessorene ved laboratoriet.
Fra oljefelt offshore til slettene i Afrika
Alming ledet Vannkraftlaboratoriet under Norges største utbygging av vannkraft. Den toppet seg i 1979. Etterfølgerne Hermod Brekke og nåværende leder Torbjørn Nielsen, møtte en annen forskningsverden.
For eksempel krevde tidlig vannkraftutvikling bruk av hydrauliske oljeledere for å tillate automatisk kraftstyring av vannturbiner. Det banebrytende arbeidet på feltet ble utført av Vannkraftlaboratoriets grunnlegger Sundby.
Men etter andre verdenskrig fikk industrien bruk for mer avansert utstyr og maskiner basert på høytrykks oljehydraulikk. På 1970-tallet ble teknologien etterspurt i oljeindustrien, og Vannkraftlaboratoriet kom inn i bildet.
I 1984 ble Arne Kjølle utnevnt til professor i oljehydraulikk og pneumatikk ved NTH. Han etablerte laboratoriefasiliteter for forskning på høytrykksvæskeaggregater og signaloverføring gjennom hydraulikkretser for fjernstyring.
Fra 1990-tallet utvidet Vannkraftlaboratoriet til også å jobbe med utdanning av forskere og studenter innenfor vannkraftutvikling, spesielt i Nepal og senere Afrika.
– Med sine store, siltbelastede fall i Himalaya-fjellene har Nepal store utfordringer med erosjon av turbiner, sier Dahlhaug.
Et nært samarbeid med Kathmandu University har gitt Turbine Testing Laboratory, som mer eller mindre er en kopi av Vannkraftlaboratoriet.
Torbjørn Nielsen, leder av Vannkraftlaboratoriet siden 2002, jobbet med kollegaen Ole Jørgen Nydal for å utvikle et mastergradsprogram i Øst-Afrika. Kursene tilbys via University of Dar es Salaam i Tanzania, Makerere University i Kampala i Uganda og Mekelle University i Etiopia. Andre master- og doktorgradskandidater har kommet fra Malawi og Mosambik, sier Nielsen.
Elektriske biler, klimaendringer og en voksende befolkning
I 2016 finansierte Norges forskningsråd åtte nye sentre for miljøvennlig energiforskning, blant annet HydroCen, Norwegian Research Centre for Hydropower Technology.Her lærer forskere blant annet å forvandle vannkraften til miljøvennlig energi i en verden som prøver å redusere karbonutslippene sine.– Målet for senteret, der det satses 400 millioner kroner over åtte år, er å utvikle vannkraftteknologi for fremtiden og finne nye løsninger for bruk av fleksibel vannkraft, sier senterleder Hege Brende.Senteret, med hovedkvarter i Vannkraftlaboratoriet, har fem forskningspartnere og 35 brukerpartnere fra norsk næringsliv.– Vannkraft er en moden teknologi, sier Brende. – Men det er fortsatt mange utfordringer. Klimaendringer vil endre vannforvaltning, mens andre teknologier, som vind og sol, vil produsere mye energi som trenger balanse og lagring. Både befolkningsvekst og økt etterspørsel etter elektrisitet, gir økt elektrifisering.Norge fører en politikk og har økonomiske incitamenter som oppmuntrer til bruk av elektrisk bil. Resultatet er at mer enn en tredjedel av nybilsalget i Norge nå er elektriske eller plug-in hybridbiler. Med bare fem millioner innbyggere representerer Norge det nest største elbilmarkedet i verden.– Vi er i forkant av elektrifisering av bilparken, sier Brende. – Vi trenger et stabilt og dynamisk energisystem som kan håndtere det. Vi ser at spesielt vannkraft er viktig i denne forbindelsen.Senteret er utformet for å løse alle de store problemene som oppstår i forbindelse med vannkraftutvikling. Fra den tradisjonelle mursteins- og mørtelteknikken til å finne det rette stedet å bygge en dam. Fra selve byggingen av dammer og vannkraftstrukturer til spørsmål om nye og skiftende markeder og å redusere miljøeffekter.– Dette er et viktig rammeverk, sier Brende. – Det hjelper ikke å skape den beste turbinen i verden hvis det betyr at du må operere kraftverket slik at det skader miljøet nedstrøms eller det ikke er noe marked for strømmen.
Sett fra en 90 år gammel krystallkule
Da Torbjørn Nielsen overtok ledelsen av Vannkraftlaboratoriet i 2002, begynte laben umiddelbart å oppgradere forskningsanleggene.– Til slutt ble det investert 20 millioner kroner i oppgradering av forskningsinfrastrukturen, sier Nielsen. Samtidig ble bygningens historiske fasade bevart.Nielsen sier at en av laboratoriets viktigste siste milepæler var etableringen av Norwegian Hydropower Centre i 2014, som kom før HydroCen.
– Dette skapte et tettere samarbeid mellom de tradisjonelle områdene maskinteknikk, hydraulikk, ingeniørgeologi og elektroteknikk, sier han. – Alle disse ulike fagområdene må samarbeide ved bygging og drift av vannkraftverk, så det var veldig viktig at vi også jobbet sammen for å utdanne NTNU-studenter.Laboratoriet fortsetter med å jobbe tett på problemene industrien står overfor i dag, legger Nielsen til.¬– Elmarkedet ble åpnet for konkurranse i 1990, og har gradvis endret seg, til mer og mer fokus på kraftproduksjon og fleksibilitet. Det betyr at energiproduksjonen må svare på markedskravene, sier Nielsen. – Stabil drift, muligheten til å starte og stoppe turbiner og å drive turbiner utover det de ble opprinnelig konstruert for, er viktige aspekter ved forskningen. Effektivitet er viktig, men turbinprodusentene er ganske gode til det selv.Da Georg Brochmann kom med boka om NTH i 1927, om hvordan høgskolen bygget det moderne Norge, skrev han noe om vannkraft som virker svært forut for sin tid i dag.– Vi kan være ganske sikre på at etter hvert som tiden går, blir det stadig mer etterspørsel etter energi. Hele vår kultur og sivilisasjon er basert på at vi greier å skaffe nok energi, og vi vil bli mer og mer avhengige av det.