Vindkraftverk

Article on other languages:

del.icio.us del.icio.us
Digg Digg
Furl Furl
Reddit Reddit
Rojo Rojo
Add to OnlyWire
Vindkraftverk av konventionell typ med tre rotorblad.
 Denna artikel innehåller inga källhänvisningar.
Hjälp till genom att lägga till pålitliga källor. Icke verifierat material kan komma att tas bort.
Den här artikeln beskriver vindkraftverk ur teknisk synpunkt. För vindkraft allmänt, se artikel 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 kan 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.

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].

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[2].

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

Vindkraftpark till havs utanför Köpenhamn.

Vindkraftverk med ett rotorblad och motvikt. (NASA).

Vindkraftverk och miljö

Se artikel Vindkraft

Referenser

Fotnoter

  1. ^ 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.
  2. ^ Beräkning enligt företaget Kraftö AB.

Källor

  • (saknas)

Se även

Externa länkar

Förnybara energikällor

Den här artikeln är hämtad från http://sv.wikipedia.org/wiki/Vindkraftverk

This article is from Wikipedia. All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License.