Vindkraftverk

Från Wikipedia

Denna artikel innehåller inga källhänvisningar. Hjälp till genom att lägga till pålitliga källor. Icke verifierat material kan komma att tas bort.

Ett vindkraftverk är en maskin eller en anläggning som omvandlar kinetisk energi ur vind till elektricitet. Ett bra vindkraftverk kan fånga upp 50 procent av den rörelseenergi som finns i den vind som träffar bladen. Den teoretiska gränsen är knappt 60 procent (Betz lag). Vindkraftverken har inget annat bränsle än vinden och därför ingen energilagring vilket gör att de måste stöttas av lagringssystem för att kunna utgöra en komponent i ett stort elsystem. I Sverige löser vi det problemet med hjälp av vattenkraften där effekten kan styras snabbt tack vare energilagringen i vattenmagasinen. I en framtid när allt större del av energin produceras med vindkraft kan kanske batterier och vätgas utgöra energilagringsmedium för att jämna ut skillnader mellan blåsiga dagar och stiltjedagar.

Konventionella vindkraftverk har en växellåda som omvandlar den långsamma rotationen från bladen till en högre hastighet i generatorn. Numera har det även utvecklats vindkraftverk utan växellåda som istället använder en annan typ av generator. Försök har även gjorts med generator som producerar högspänning (PowerFormer) och alltså inte behöver någon transformator. Det kostar ungefär lika mycket att producera elektricitet med vindkraftverk som på andra sätt. ^{[källa behövs]}

Innehåll 1 Styrning 2 Olika typer av vindkraftverk 3 Placering 3.1 Rotor med horisontell axel 3.2 Rotor med vertikal axel 4 Utveckling 5 Vindkraftverk och miljö 6 Tillbud med vindkraftverk 7 Energiutbyte 8 Referenser och fotnoter 9 Se även 10 Externa länkar

[redigera] Styrning

En dator styr och övervakar automatiskt hela driften av kraftverket. Rotorn är blockerad när vinden är för stark, normalt över c:a 25 m/sek eller för svag, normalt under c:a 3 m/sek och när något fel har uppstått. Datorn riktar via hydraulik automatiskt om rotorhus och de vridbara propellerbladen efter vindriktning och vindhastighet för ett optimalt energiuttag. Styrsystemet samlar också in alla driftsdata, till exempel vilken effekt som genereras över dygnets alla timmar. En operatör kan kommunicera med datorn i vindkraftverket via ett datornät, modem eller telenätet och kan på se sätt övervaka driften manuellt och stänga av verket om något allvarligt fel skulle uppstå i det fall det automatiska övervakningssystemet skulle slås ut. Ett vindkraftverk behöver på detta sätt ytterst lite servicepersonal i normal drift och en operatör vid en centralt belägen operatörscentral kan övervaka och styra ett stort antal kraftverk, i princip oberoende av avståndet. Modern styrteknik, högt utvecklad givarteknik och kommunikation med stora informationsmängder via datanät har gjort detta möjligt.

[redigera] Olika typer av vindkraftverk

Det finns flera olika typer av vindkraftverk. En grundläggande typindelning kan göras efter hur turbinens axel är riktad, om den är horisontell, vilket är vanligast, eller vertikal. Förutom den vanligt förekommande horisontalaxelrotorn finns även två lösningar med vertikala axelrotorer, ccSavonius och Darrieus. De allra flesta vindkraftverk har horisontell axelrotor. Vertikal axelrotor förekommer som en enklare och robustare lösning, till exempel som drivkälla till vattenpumpar och liknande. Fördelen med vertikala vindkraftverk är att de är oberoende av vindriktning.

Vindkraftverk har oftast två eller tre blad, dock har försök med ett blad gjorts, bland annat av NASA. Fördelar med tre blad är bland annat jämnare kraftpåverkan och därmed mindre påfrestningar i kullagren och att skuggningseffekten från trebladsverk är mindre. ^{[källa behövs]} Kraftverk med tre blad och med två blad producerar i stort sett lika mycket elektricitet. En del typer av vindkraftverk tål inte att stå stilla p.g.a. att tyngdkraftens inverkan på en stillastående vinge deformerar denna. Dessa verk drivs runt av en elmotor när de är avstängda.

[redigera] Placering

Vindkraftverk placera idag både till havs och på land. Vid landplacering används öppna fält, skogsområden med gynnsam genomsnittlig vindstyrka. Exploatörerna brukar ange en genomsnittlig vind på 6 m/s som gräsen för vad som är ekonomiskt lönsamt. Vid placering av vindkraft i skog kan skogsägaren fortsätta bedriva skogsbruk, samtidigt som energiföretaget arrenderar de områden som behövs för vindkraftsproduktion. En ersättning till jordägaren på 4% av vindkraftverkens omsättning förekom 2007 bland flera exploatörer.

Vindkraftverk till havs har en bieffekt på miljön genom att deras fundament utgör konstgjorda rev eller att fundamenten stör strömningsbilden i vattnet lokalt.

[redigera] Rotor med horisontell axel

Alla vindkraftverk med horisontell axel har rotorn och generatorn placerade längst upp i ett torn. Detta måste göras så att rotorn kan vridas så att den pekar mot vindriktningen (som en vindflöjel). I små anläggningar brukar vridningen åstadkommas av en vinge som är riktad rakt bakåt från rotorn och som tvingas in i vindriktningen av vinden. Stora kraftverk har ett styrsystem för vridningen, bestående av en vindmätare och en servomotor.

[redigera] Rotor med vertikal axel

Vindkraftverk med vertikalt placerad rotoraxel kräver beroende på utförande lite större bladyta och dessutom extra bärarmar jämfört med horisontell rotoraxel, men behöver å andra sidan inte ett system som ser till att bladen alltid är vända mot vinden för maximal energiutvinning. Vertikal rotoraxel kan därför möjliggöra en enklare konstruktion. Vertikalaxlade turbiner bullrar mindre än horistontalaxlade.

[redigera] Utveckling

Generellt har utvecklingen gått mot allt större verk, 0,8-2 MW i maximal effekt är just nu en vanlig storlek i Sverige för nya landbaserade vindkraftverk. Den marknadsledande tillverkaren gör även reklam för ett vindkraftverk med effekten 3 MW. I Tyskland är vindkraftverk med en installerad effekt på 6 MW ett faktum och det finns även skisser på kraftverk med en installerad effekt på 10 MW inför framtiden. För landbaserade verk är möjligheten att transportera de långa propellerbladen det som i många fall sätter gränsen för storleken.

En ny typ av vindkraftverk kallat Windbelt är under utveckling. Denna typ använder sig av mycket enkla och förhållandevis billiga material som gör det enkelt och ekonomiskt möjligt för mindre behov i till exempel utvecklingsländer. Denna nya typ av vindkraftverk bygger på användandet av ett tunt stycke material som kommer i vibration när vinden blåser på det, vibrationerna sätter ett antal permanentmagneter i rörelse som sedan omvandlas till elkraft. Denna lösning kräver inga stora insatser i material eller avancerade konstruktioner och är förhållandevis lätt att flytta samt reparera med lokalt tillgängliga material. Produktionen av elkraft är begränsad men räcker till för mindre behov som inte är energiintensiva. Shawn Frayne som är konstruktören av denna lösning har fått sin inspiration från olyckan med Tacoma Narrows Bridge, en bro som kom i självsvängning när den utsattes för kraftiga vindar [1].

[redigera] Vindkraftverk och miljö

Vindkraft är en förnybar energikälla. Vindkraftverk har dock vissa miljömässiga nackdelar. Vingarna kan också vara en fara för fåglar som har svårt att uppfatta avståndet till de snabbt roterande vingarna som är ett onaturligt inslag i naturen. Det finns dokumenterat att exempelvis havsörnar som rör sig inom begränsade revir där det finns vindkraftverk har blivit offer för vindkraftverkens rotorer ^{[källa behövs]} .

För människor kan vindkraftverken uppfattas som visuellt störande i vissa typer av landskap. Vindkraftverk genererar också ett visst ljud när de är i arbete även om ljudvolymen idag är mycket låg, tack vare den utveckling som pågått att optimera rotorns blad och luftens anfallsvinkel genom automatiskt vridbara blad. På de tidiga vindkraftverken styrdes rotorn för konstant varvtal för att generatorn skulle ligga synkront med el-nätets 50 Hz frekvens, men på dagens kraftverk ökar rotorns varvtal något med att vindhastigheten ökar vilket ökar verkets verkningsgrad. Det betyder mindre turbulens runt rotorvingarna och därmed mindre ljudalstring. Det varierande varvtalet kompenseras av frekvensomriktare som styr in frekvensen på 50 Hz motsvarande kraftnätet. Ljudet alstras i den yttre delen av rotorbladen när rotorbladen skär igenom luften och av den turbulens som uppstår när vinden träffar rotorbladen. Ljudeffektnivån är i proportion med den elektriska uteffekten och ljudet är därför oundvikligt. Ljudet är av bredbandskaraktär, men också amplitudmodulerat vilket innebär att ljudet pulserar i takt med rotationen. Kraftiga ljudpulser uppstår när en vinge passerar tornet som bär upp verket. I en grupp med vindkraftverk som går synkront, d.v.s. med samma rotationshastighet blir dessa ljud speciellt kraftiga. Ett typiskt värde för buller från ett ensamt 150 meter högt vindkraftverk på 2MW vid 12 m/s vindhastighet är 107.5 dB(A).

Länstyrelsen anger idag ett avstånd till bostäder på minst 400 m med hänsyn till ljudet från rotorvingarna.

[redigera] Tillbud med vindkraftverk

I januari 2008 lossnade ett av tre blad på ett vindkraftverk som uppförts 2002 på Näsudden i Näs (socken) på Gotland. Bladet slungades 40 meter från krafteverkstornet och nedslaget gjorde en ungefär 1 meter djup grop i marken. Bladet vägde flera ton.

[redigera] Energiutbyte

Vid beräkning av energiutbytet för ett vindkraftverk i jämförelse med andra energikällor måste hänsyn tas till den energi som åtgår för att producera allt material som kraftverket är uppbyggt av, speciellt de tyngre stålkonstruktionerna, aluminiumplåtar etc. som kräver stora mängder energi under tillverkningsprocessen vilket reducerar det effektiva energiutbytet. Beräkningar ger för handen att ett för svenska förhållanden normalstort landbaserat vindkraftverk med en installerad effekt på max. 2 MW har producerat den energi som åtgår att tillverka alla delar till kraftverket inom c:a 10 månader från idriftstagandet med rådande el-priser^[1].

De vindkraftverk som finns idag producerar under hela sin ekonomiska livstid (c:a 25 år) i genomsnitt en mängd energi som är 18 gånger så stor som den energi som går åt för att bygga dem. Variationen mellan olika typer är dock mycket stor, åtminstone från en faktor 5 till en faktor 30. Denna faktor blir högre i takt med den tekniska utvecklingen på området och är större för större kraftverk.

[redigera] Referenser och fotnoter

1. ^ Beräkning enligt företaget Kraftö AB.

[redigera] Se även

• Savonius-rotor
• Darrieusturbin
• Windbelt
• Vindkraft
• Förnybara energikällor

[redigera] Externa länkar

• Länstyrelsens planeringsunderlag för vindkraft i Stockholms län med en kort nationell översikt. Rapport 2007:12
• Artikel om ett svenskt forskningsprojekt (Darrieus-modell).
• Dansk tillverkare av stora vindkraftverk.
• Finsk tillverkare av stora vindkraftverk.
• Svenska tillverkare av små gårdsverk.
• Svensk importör av små vindkraftverk.
• Svensk förening som främjar vindkraft i Sverige.
• Svensk tillverkare av små vindkraftverk för jorbruksfastigheter.
• Om att spara energi.
• Svensk importör av vertikala vindkraftverk.
• Svensk projektör och finansiär av större vindkraftsparker i Sverige.
• Konstruktion och funktion.