Vindkraftverk
Från Rilpedia
 |
Denna artikel behöver fler källor för att verifieras. Förbättra gärna artikeln genom att lägga till fler pålitliga källor (använd helst fotnoter) Material som inte är verifierbart kan ifrågasättas eller tas bort. |
- För Vindkraft i allmänhet, se Vindkraft.
Vindkraftverk är en maskinkonstruktion som omvandlar kinetisk energi ur vinden till elektricitet och betecknas som en producent av så kallad förnybar energi. Ett vindkraftverk med en bra rotorverkningsgrad kan utvinna upp till maximalt cirka 50 procent av den energi som finns i vinden. Den teoretiska gränsen för utvunnen energi är knappt 60 procent (Betz lag). Vindkraftverkets enda energitillförsel utgörs av vinden och kan därför inte utnyttja lagrad energi, vilket gör att det måste stöttas av andra typer av lagringssystem för att kunna fungera som en del i ett större elförsörjningssystem. I Sverige utnyttjas lagrad förnybar energi i främst vattenkraftverkens vattenmagasin som ger möjligheten till en kontinuerlig energiutvinning, som också enkelt kan styras efter dagsaktuellt el-energibehov, oberoende av vädret, förutsatt att tillräckliga volymer regn- och smältvatten har lagrats upp över året. Med ny teknik finns den teoretiska möjligheten att i en framtid kunna lagra utvunnen vindkraftenergi i batterier och produktion av exempelvis vätgas för att jämna ut skillnader mellan perioder med hög vindhastighet och perioder med låg eller under den vindhastighet som krävs för att kraftverket ska kunna leverera el-energi. Även perioder med för hög vindhastighet påverkar utvinningen över tiden då kraftverket måste stoppas ur hållfasthetssynpunkt för rotor och rotorblad.[1]
Innehåll |
Uppbyggnad och styrsystem
Konventionella vindkraftverk har en växellåda som omvandlar den långsamma rotationen i rotorn till ett högre varvtal för generatorn. På senare tid har det även utvecklats vindkraftverk utan växellåda som istället använder en annan typ av direktdriven generator. Försök har även gjorts med generator som producerar högspänning (PowerFormer) som således inte erfordrar någon transformator.
I vindkraftverket finns ett styrsystem som har till uppgift att övervaka vindhastigheten, vindriktningen, generatorn, generatorväxellåda, hydraulsystem och rotorns bromssystem. Styrsystemet reglerar automatiskt bladinställning, varvtal och maskinhusets vridning mot vinden för att åstadkomma så hög verkningsgrad på rotorn som möjligt. Det finns också en vindfana och en vindmätare, vilka mäter vindriktning och vindhastighet. Rörelseenergin på rotorn överförs till en växelströmsgenerator. Generatorn omvandlar rörelseenergin till elektrisk energi. Den elektriska energin förs vidare till en transformator som anpassar den elektriska spänningen till det närmast liggande elkraftnätets spänning. I de senaste vindkraftkonstruktionerna är rotoraxeln direkt kopplad till generatorn och varvtalet på rotorn ändras med vindhastigheten för minsta möjliga turbulens kring rotorvingarna och därmed en högre verkningsgrad. En stor del av den komplicerade växellådan bortfaller på detta sätt och behovet av stora oljekylare. Den varierande el-frekvensen som blir följden av ett varierande generatorvarvtal moduleras i en frekvensomriktare för att alltid ligga i fas med kraftnätets frekvens på ca 50 Hz.
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.
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.
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.
Placering
Vindkraftverk placeras 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/sek som gränsen 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 turbin måste normalt upp minst 20 meter över omgivande terräng för att den ska ge en godtagbar produktion, kortare master eller torn ger sällan bra resultat.
Konstruktion
Den svenska standard som gäller för vindkraftverk är SS-EN 61400[2], vilket är det svenska namnet på IEC 61400.[3]
Ett vindkraftverk är att betrakta som ett byggnadsverk varför Boverkets byggregler och Boverkets konstruktionsregler är de regler som gäller om det skall vara placerat i Sverige. Tornet är oftast en stålkonstruktion varför BSK är tillämplig. För grundläggningen som oftast är i betong är BBK tillämplig.
Andra standarder och föreskrifter som kan komma att vara tillämpliga är:[4]
- DS 472 Dansk Ingenioerforenings Code of Practice for Loads and Safety of Wind Turbine Constructions
- GL Regulations Germanischer Lloyd's Regulations for the Certification of Offshore Wind Energy Conversion Systems
- DNV-OS-J101 Det Norske Veritas; Design of Offshore Wind Turbine Structures[5]
- DNV-OS-J102 Det Norske Veritas; Design and Manufacture of Wind Turbine Blades, Offshore and Onshore Wind Turbines[6]
- DIBt Richtlinien Das Deutsche Institut für Bautechnik; Richtlinie. Windkraftanlagen. Einwirkungen und Standsicherheitsnachweise für Turm und Gründung
Ovan nämnda bestämmelser gäller även för små vbinkraftverk. Energimyndigheten har gett ut ET 2008:3 Vindkraft - bygga och ansluta mindre vindkraftverk för eget bruk med råd beträffande små vindkraftverk. [7] Några av de råd som ges är:
- Köp ett CE-märkt vindkraftverk.
- Se till att vad för vind- och klimatförhållande vindkraftverket är konstruerat för framgår av den dokumentation som kommer med leveransen (och lämpligen bör man ju se till att det är de förhållande som råder där man har tänkt sig att det skall vara placerat).
- Se till att montageanvisning, säkerhetsanvisningar, ritningar och annan dokumentation som krävs för att man skalll kunna installera, använda och underhålla anläggningen ingår i leveransen.
Marknaden för små vindkraftverk har vuxit mycket på kort tid, med tillsynes stora kvalitetsproblem som följd.[8][9][10]
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 rotorbladen 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].
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 ca 10 månader från idriftstagandet med rådande el-priser[11].
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.
Bildgalleri vindkraftverk
 Vindkraftverk med fackverkstorn. |
 Klondike Wind Farm. |
 Grundläggning för vindkraftverk. |
|
 This is a comparison of wind generators, originally released by the US Department of Energy and NASA in 1995.. |
 Vindkraftverk med ett rotorblad och motvikt. (NASA). |
Pędnik, elektrycznej turbiny wiatrowej w Rębielicach Królewskich.JPG
Pędnik, elektrycznej turbiny wiatrowej w Rębielicach Królewskich |
 Pacwind VAWT Vertical Axis Wind Turbine Seahawk |
Vindkraftverk och miljö
- Se artikel Vindkraft
Se även
Noter
- ↑ Riktvärden för minsta medelvindhastighet för ett konventionellt större vindkraftverk anger cirka 3 m/sek och maximalt tillåten medelvindhastighet, cirka 25 m/sek. Under respektive över dessa vindhastigheter stoppas kraftverket genom att rotoraxeln låses.
- ↑ SIS
- ↑ [http://www.awea.org/standards/iec_stds.html (engelska) iec wind turbine standards]
- ↑ (engelska) Guidelines for Design of Wind Turbines − DNV/Risø ISBN 87-550-2870-5
- ↑ [http://exchange.dnv.com/OGPI/OffshorePubs/Members/os-j101.pdf (engelska) DNV-OS-J101 Design of Offshore Wind Turbine Structures]
- ↑ [http://exchange.dnv.com/OGPI/OffshorePubs/Members/os-j102.pdf (engelska) DNV-OS-J102 Design and Manufacture of Wind Turbine Blades, Offshore and Onshore Wind Turbines]
- ↑ ET2008:3 Vindkraft - bygga och ansluta mindre vindkraftverk för eget bruk
- ↑ Ny Teknik ”Marknaden för små vindkraftverk är rent ut sagt sjuk”
- ↑ Ny Tekninik Här är företagen som säljer små vindkraftverk
- ↑ Ny Teknik Varning för kinesiskt vindkraftverk
- ↑ Beräkning enligt företaget Kraftö AB.
Externa länkar
- Wikimedia Commons har media som rör Vindkraftverk
- [http://www.dkvind.dk/
(danska) Danmarks Vindmølleforening]
(danska) Teknisk godkendelsesordning for konstruktion, fremstilling, vedligeholdelse og service opstilling af vindmøller]
(engelska) DNV Offshore Standards]
(danska) Risø DTU Nationallaboratoriet for bæredygtig energi]
- Ny Teknik Familjen blev blåst på vindkraftslyckan
- Länstyrelsens planeringsunderlag för vindkraft i Stockholms län med en kort nationell översikt. Rapport 2007:12
- Vindkraftshandboken från Boverket
- Energimyndigheten ET2007:32 Vindkraft - bygga och ansluta större vindkraftverk - Projektör
- Energimyndigheten ET2008:3 Vindkraft - bygga och ansluta mindre vindkraftverk för eget bruk
|
|||||||||||||||||||
