Vindkraftens Historia

Transkript

1 EXAMENSARBETE 15 P Datum ( ) Vindkraftens Historia Källa: Wikipedia. Elev: Olof Lindblom Handledare: Anna Josefsson

2

3 Sammanfattning Abstract Detta är en rapport som handlar om historien om hur vindkraften uppstod och varför den ser ut som den gör idag. Människan började redan för flera tusen år sedan använda sig av kraften som vinden kan ge i form av segelfartyg, i början väldigt primitiva men sedan alltmer komplexa. Utvecklingen gick sedan mot att man började använda sig av vinden när man skulle mala t ex säd, dessa kallades väderkvarnar och användes över hela världen under flera hundra år. När sedan ångmaskinen kom in i bilden försvann väderkvarnarna mer och mer för att till slut försvinna helt på 1900-talet. Men sedan på 70-talet i oljekrisernas efterspel insåg man hur viktigt det kan vara med alternativa energikällor och inte bara olja. Kärnkraftsolyckorna 1979 och 1986 gjorde att satsningen på vindkraft ökade ännu mer. Vilket har lett till att vi nu under de senaste 30 åren har sett en otrolig ökning och utveckling av vindkraften. This is a report about the history of the wind power, how the industry arose and why the industry looks the way it does today. Human started to take advantage of the force that the wind could bring several thousand years ago, in the beginning very primitive sailboats but then increasingly complex. The development then went on and man began to use the wind to grind for example grain. These were called windmills and they were used worldwide for centuries. Later on when the steam engine came into the picture, the windmills started to disappear more and more to finally in the 1900s totally disappear. But later on in the aftermath of the oil crisis in the 70s it was realized how important it can be with alternative energy sources and not just oil. The nuclear accidents in 1979 and 1986 made the investment in Wind power to grow even more. This has led to that in the last 30 years the wind power has seen an incredible increase and development.

4

5 Innehållsförteckning 1. Inledning Syfte Material och metod Vindkraftens början Väderkvarnarna i Europa Ångmaskinens inträde och försvinnande Vindhjulen i Amerika Ladda batterier med vindkraft Dagens vindkraftverk Oljekriserna på 70-talet Den danska varianten Vilka kan utmana Framtiden Slutsatser...10 Källförteckning...11 Otryckta källor...11 Tryckta källor...11

6

7 1. Inledning Vindens kraft är något som vi har använt oss av i flera tusen år och förhoppningsvis kommer att använda oss av i flera tusen år i framtiden. Människan började använda vindens kraft till att driva fram sina båtar med hjälp av segel och sedan när väderkvarnarna uppfanns använde man dessa till att mala spannmål. När ångmaskinerna gjorde sitt intåg började väderkvarnarna försvinna men återuppstod i en annan form senare i historien mycket tack vare oljekriserna på 1970-talet. 2. Syfte Syftet med denna rapport är att följa utvecklingen av det vi idag kallar vindkraft. Hur började det och varför har utvecklingen sett ut som den gjort och även, hur kommer det att se ut i framtiden. 3. Material och metod Materialet som jag har använt mig av för denna rapport har jag mestadels tagit från internet men jag har också i viss utsträckning använt mig av boken Vindkraft i teori och praktik 2:a uppl. Av Tore Wizelius. Metoden som jag har arbetat efter är att jag började med att samla in allt mitt material som jag ville ha och sedan sammanställde jag det till denna rapport. Jag har mestadels beskrivit den västerlänska historien om vindkraftens utveckling, fastän det finns dokumenterat att även länder i öst var väldigt tidiga med att använda sig av vind som energikälla, främst Kina och Japan. 1

8 4. Vindkraftens början Människan har använt vindens kraft i flera tusen år, i början till sina segelbåtar med sedan också till att mala t ex säd i sina väderkvarnar. Omkring år 4000 f.kr. finns det dokumenterat att man i Egypten använde sig av segel på sina båtar, vilket betyder att man har då upptäckt hur man kunde använda sig av vindens kraft. Det dröjde till år 947 e.kr. innan den första väderkvarnen skulle födas nära gränsen till Afghanistan i Persien. 1 Denna väderkvarn var nog inte den första men det är den första väldokumenterade väderkvarnen som man funnit i historieböckerna. Det finns tecken på att det funnits någon form av väderkvarnar så tidigt som för ca 3000 år sedan i Japan och Kina, men detta har varit svårt att styrka då det saknas dokumentation. Man behövde inte bekymra sig för vindriktningen med väderkvarnen i Persien då den var placerad i ett pass där det under vissa tider på året alltid blåste från samma håll, från havet mot land. Väderkvarnen var konstruerad som så att det var ett antal bastmattor lodrätt monterade på en vertikal axel, för att få den att snurra måste man täcka halva rotorn d v s den halva som roterade mot vinden. Effektregleringen (om man kan kalla den så) var väldigt enkel, om det blåste för mycket så stängde man helt enkelt porten till den andra halvan av rotorn vilket ledde till att ingen vind tog sig in till rotorn. Den bakre delen av väderkvarnen var alltid öppen och när man hade framsidan öppen så strömmade vinden in genom framsidans öppning genom rotorn och ut genom den bakre öppningen. Den första väderkvarnen använde sig alltså av korsdragetseffekter. Den persiska väderkvarnen, sedd från sidan och uppifrån. Källa Wikipedia. 1 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 2

9 4.1 Väderkvarnarna i Europa När väderkvarnarna började dyka upp i Europa under slutet av 1100-talet hade en annan viktig uppfinning dykt upp, kugghjulet, detta ledde till att väderkvarnarna inte längre var vertikalaxlade utan horisontalaxlade. De första väderkvarnarna som byggdes i Europa byggdes främst kring två regioner, Medelhavet och norra Frankrike, och var alltså horisontalaxlade. Fler väderkvarnar började uppföras. Detta ledde till nästa problem, att få väderkvarnens rotor att stå mot vindriktningen. Källa: Wikipedia. På de första väderkvarnarna kring Medelhavet byggdes tornen av sten medan rotorn och axeln var byggda av trä, vinden fångades upp av segelduk som var fäst på rotorn som var byggd av relativt smala träbommar. Tornets topp var konstruerad som en hatt och kunde vridas mot vindriktningen, och för att kunna vrida hatten och rotorn mot vindriktningen fanns det en stor och lång stång på baksidan av kvarnen som fungerade som en hävstång. Att vrida hatten på väderkvarnen var väldigt tungt och krävde stor mankraft men ibland när den inte räckte så kunde man spänna för en oxe för att kunna vrida runt rotorn. En revolutionerande uppfinning som kom att förbättra väderkvarnarna betydligt var den s.k. holländaren. Den var byggd som så att en eller två vindhjul var placerade vinkelrätt mot rotorn, vindhjulen var monterade via en kuggväxel till hattens vridkrans. Så när vinden låg på från sidan av kvarnen så började vindhjulet, eller hjulen, snurra vilket ledde till att vridkransen vred runt hatten på kvarnen och sedan när rotorn stod mot vindriktningen så nådde ingen vind fram till vindhjulet, eller hjulen, vilket ledde till att hatten stannade sin rotation. Källa: Wikipedia. Vid 1800-talets mitt, då väderkvarnarna var som flest, uppskattar man att det fanns omkring en halvmiljon väderkvarnar i Europa, bara i Nederländerna fanns det omkring väderkvarnar. 2 Under 1700-talet och början på 1800-talet blev väderkvarnarna bara större och större, vilket ledde till att 2 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 3

10 innan ångmaskinerna tog över så byggdes det väderkvarnar som hade tegeltorn som var meter höga med en rotordiameter på meter och kunde leverera en effekt på ca kw. 3 Ett roligt fakta är att när väderkvarnarna var som flest i Europa hade de ca MW i effekt tillsammans, och denna siffra nådde man inte med de moderna vinkraftverken förrän Ångmaskinens inträde och försvinnande När ångmaskinerna gjorde sitt inträde under 1700-talets slut började de användas mer och mer vilket ledde till att väderkvarnarna fasades ut. Detta hände inte så snabbt som man kan tro vilket ledde till att väderkvarnarna fortsatte att växa och utvecklas fram till mitten av 1800-talet. Det var inte förrän början på 1900-talet som de traditionella väderkvarnarna hade fasats ut helt och hållet. Innan ångmaskinerna tog över helt fanns det, t ex under 1800-talet ett industriområde där 700 väderkvarnar försåg fabrikerna på området med mekanisk energi. 5 Men samtidigt som ångmaskinen nu helt hade fasat ut väderkvarnarna, blev ångmaskinen i sin tur utfasad av den nya förbränningsmotorn och ångturbinen. Det skulle nu dröja fram till slutet på 1970-talet innan man på allvar återigen började titta på vinden som energikälla igen, till följd av oljekrisen. 4.2 Vindhjulen i Amerika På den amerikanska sidan av Atlanten utnyttjades också kraften som vinden kunde ge, men på ett annat sätt. När man började bosätta sig på den amerikanska prärien var tillgången till vatten ett av de stora hindren. Det var då vindhjulet eller vindpumpen uppfanns. Den användes till att pumpa upp vatten från djupt borrade hål upp till cisterner där man lagrade vattnet. Dessa vindhjul var till en början i stort sett helt tillverkade i trä, det var bara de mekaniska delarna och axeln som var av järn. Vindhjulen var antingen monterade på stolpar eller s.k. fackverkstorn, men den stora nackdelen med dessa var att de krävde nästan ständig tillsyn då de måste smörjas ofta och bromsas eller vridas ur vind manuellt. 3 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 4 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 5 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 4

11 En typisk syn på den amerikanska prärien. Källa: Wikipedia. År 1854 lanserades en ny typ av vindpump, som konstruerats av Daniel Halladay. 6 Denna vindpump hade fyra stycken vridbara blad som gjorde att när vinden blev för kraftig vred sig bladen och släppte förbi en del vind. Denna nya vindpump hade även en fena monterad bak på vindhjulet vilket gjorde att rotorn alltid vred sig mot vindensriktning och inte längre krävde ständig tillsyn. Men denne Halladayvindpump konkurerades ut av ett antal andra varianter tills en ingenjör vid namn Thomas Perry fick fram en väldigt effektiv rotor, efter att ha testat ca 5000 olika rotorer. Rotorn var nästan helt solid och bestod av ett väldigt stort antal tvärställda blad som också var lite skålade. Detta gjorde att denna typ av rotor var väldigt effektiv. Perry byggde vindhjul som hade dubbelt så hög verkningsgrad som konkurrenternas, men till 20 % av priset. Dessa vindhjul som används till vattenpumpning, med en rotordiameter på ungefär 2,5 meter, används fortfarande ganska flitigt ute i världen, t ex i Argentina uppskattar man att det finns ungefär vindhjul och i hela världen över en miljon. 7 Under 1800-talet började järnvägarna byggas ut på allvar och dåtidens ånglok behövde med jämna mellan rum fyllas på med vatten. Detta ledde såklart att borrade vatten brunnar med tillhörande vindpumpar uppfördes på ett stort antal platser längs järnvägarna. Vid dessa stationer mitt ute på prärien byggdes väldigt stora vindhjul med ibland rotordiameter upp till 18 meter. 6 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 7 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 5

12 4.2.1 Ladda batterier med vindkraft När elektriciteten på allvar gjorde sitt intåg på 1930-talet kom en helt ny marknad till att växa fram, nämligen att ladda batterier med hjälp av vindkraft. I elektricitetens tidiga stadium fanns det bara elnät i städerna där generatorerna drevs med hjälp av kolkraft. Det kunde även finnas små elnätsöar som bildades kring kraftverk som byggdes i vattendrag. Men eftersom städerna hade elektricitet började allt fler produkter som krävde el att dyka upp på marknaderna, t ex radion som var en väldigt stor upptäckt och som snabbt blev omtyckt. De som bodde på landet ville också såklart kunna t ex lyssna på radio och då behövde de el. Och då utvecklades det s.k. Windchargers, eller batteriladdare. På den här tiden var flygplanstekniken ganska så utvecklad och man använde sig av de nya kunskaperna om aerodynamik till att tillverka bladprofiler som var väldigt effektiva. Dessa två- eller fyrbladiga rotorer kunde ha en vindhastighet ute på vingspetsen som var 5-10 gånger högre än vindhastigheten. 8 Denna höga verkningsgrad gjorde att man kunde nå det varvtal som krävdes för att kunna driva en generator så att denne producerade ström vilket ledde till att batterierna laddades, utan att man behövde använda sig av en växellåda. Denna marknad var dock ganska kortlivad eftersom även landsbyggden elektrificerades efter ett några år. 4.3 Dagens vindkraftverk Med dagens vindkraftverk menar jag de som tillverkats och uppförts med syfte att anslutas till elnätet och producera el. Det första vindkraftverket som producerade el till stod i Dannmark och året var Det var byggt av en professor som hette Poul la Cour. Vindkraftverket använde sig av likström och ackumulatorer för att lagra energi. Innan första världskriget bröt ut fanns det 72 vindkraftverk i drift med en effekt på kw vardera, och efter andra världskrigets slut fanns det ytterligare 18 vindkraftverk men nu med en effekt på 45 kw vardera. 9 Efter andra världskrigets slut började man även att experimentera med att ansluta vindkraftverk till elnätet, och detta ledde till att danskarna 1957 anslöt sitt första vindkraftverk till elnätet. Det var ett verk som genererade 200kW och använde sig av växelströmsgenerator. 10 Här hade amerikanerna faktiskt varit före och på 40-talet byggt en stor prototyp i Vermont, detta vindkraftverk hade en rotordiameter på 53 meter och hade en effekt på kw. 11 Dock hade den stora utvecklingen inte slagit till än. 8 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 9 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 10 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 11 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 6

13 4.3.1 Oljekriserna på 70-talet I samband med den arabisk- israeliska krisen och revolutionen i Iran rusade oljepriserna i höjden samtidigt som oljekonsumtionen bara fortsatte att öka och öka i västvärlden. Det var nu man började inse att man kanske inte skulle vara så beroende av oljan. När sedan de allvarliga olyckorna på kärnkraftverken vid Harrisburg (1979) och vid Tjernobyl (1986) inträffade började politiker på allvar se sig om efter mer miljövänliga och förnybara energikällor. På slutet av 70-talet startade flertalet länder, t ex Sverige, Tyskland och USA, nationella vindkraftprogram. Många länder ville snabbt få fram effektiva vindkraftverk med effekter på flera MW, flera länder gav därför kraftbolagen och flygindustrin uppdraget att utveckla vindkraftverken för att det var där man tyckte kompetensen och resurserna låg. Under 80-talet såg man effekterna på dessa satsningar då det började dyka upp vindkraftsparker, som t ex Näsudden 1 i Sverige med verk på 2-3 MW Den danska varianten Till skillnad från många andra länder valde Danmark att gå en annan väg och satsade mer på mindre vindkraftverk. Politikerna i Danmark införde statliga investeringsbidrag till vindkraftverk, vilket ledde till att de som valde att satsa pengar på vindkraft fick sina pengar tillbaka. Detta i sin tur ledde till att många små företag valde att satsa på vindkraft, som t ex företag som tillverkade maskiner till fiskeindustrin och lantbruket. När man utvecklade vindkraftverken i Danmark tänkte man mindre på storleken men mer på enkelheten och tillförlitligheten, man gjorde vindkraftverken enkla och robusta. Ett litet verk som nästan alltid står och snurrar är mer effektivt än ett stort som nästan aldrig snurrar, enklare än så blir det inte. De danska vindkraftverken hade i början på 80-talet en effekt på ca 20 kw och vid år 2000 hade man ökat till att ha en effekt på 2 MW, alltså kw, och man var då världsledare inom vindkraft Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 13 Vindkraft i teori och praktik av Tore Wizelius 7

14 Här kan man se den danska tillverkaren Vestas utveckling. Källa: O Vilka kan utmana I början av 90-talet införde Tyskland ett liknade investeringsbidrag som Danmark hade infört tio år tidigare, och på allvar tog upp jakten på Danmark. I USA fick man i början av 80-talet en bra start på vindkraftindustrin när man införde förmånliga skatteregler och garanterade avräkningspriser. Detta skapade något som brukar kallas Vindrushen i Kalifornien men denna rush fick ett snabbt slut då bidragen drogs in USA har därför kommit långt efter i vindkraftindustrin, men under talets början har man återigen börjat med vindkraft och ett antal parker har uppförts på olika ställen i USA. 8

15 Här kan man se hur det såg ut i Kalifornien på 80-talet. Källa: Wikipedia. Ett land som verkligen på allvar har börjat utmana Danmark är Spanien, där man sedan sekelskiftet i stor skala satsat på vindkraft och främst på stora vindkraftsparker. I Sverige har man inte riktigt hängt med i den snabba utvecklingen och har hamnat långt efter, men under 90-talet införde man investeringsbidrag till vindkraft vilket fick lite mer fart på marknaden. Men fortfarande är man långt efter, även om Sverige på senare år har kommit långt i utvecklingen. 4.4 Framtiden Framtiden för vindkraft ser ljus ut, fast utvecklingen har gått i rasande takt sedan 80-talet har det inte slarvats med detaljer och säkerhet. Denna smarta utveckling kommer att fortsätta och vi kommer i framtiden att få se många fler vindkraftverk. I framtiden kommer vi att få se mycket större vindkraftverk och de kommer också att placeras på mer krävande platser, som t ex längre ut till havs och på större djup. Offshoreindustrin kommer att utvecklas mest, då det är där de riktigt stora vindresurserna finns och där stör de inte lika många. Tecken från de stora företagen inom vindkraft är att det som först och främst kommer att utvecklas de närmaste åren är att öka tillförlitligheten. Man kommer att gå tillbaka lite till danskarnas tänk på 80-talet och försöka bygga så enkla och robusta vindkraftverk som möjligt med så få rörliga delar som möjligt. 9

16 5. Slutsatser Kraften hos vinden är något som vi i flera årtusenden respekterat och försökt ta till vara på. Hade det inte varit för att ångmaskinerna på talet slog ut behovet av väderkvarnar så hade vindkraften sett helt annorlunda ut idag. Men så kan man inte heller tänka för hade det inte varit för ångmaskinen så hade nog inte förbränningsmotorn uppfunnits och vi hade fortfarande åkt häst och vagn mellan våra fina väderkvarnar. Och mycket teknik som uppfanns i förhållande till de moderna motorerna som nu används i vindkraftverken hade nog inte uppfunnits. Om det inte var för att ångmaskinerna tagit över. Vindkraften kan man säga har utvecklats hand i hand med den övriga industriella utvecklingen. Synd bara att det ska till två krig och två kärnkraftskatastrofer för att man ska komma på att förnybara energikällor är något ganska bra. Men med undantag för några årtionden under 1900-talet så har faktiskt utvecklingen av vindkraft gått ganska bra. I Sverige har det gått lite långsammare men vi har satsat på andra saker, t ex vattenkraft där vi har kommit väldigt långt. Man kan väl också göra den jämförelsen att Sverige har satsat mer på sig själv som land, jag tänker på att om man jämför med t ex USA så har Sverige kommit mycket längre som land och stat om man tänket på sjukvård, vägnät och allmänt välmående av hela befolkningen. Även om man är rikare i USA så är Sverige mer jämställt och välmående, en fattig i USA har det inte ens i närheten så bra som en fattig har det i Sverige. 10

17 Källförteckning Otryckta källor Tryckta källor Wizelius, Tore. Vindkraft i teori och praktik. Studentlitteratur, Lund Fotnoter Alla tekniska siffror och dylikt har jag upptäckt att de går lite isär, därför har jag valt att ta alla mina sådana siffror från samma källa. Wizelius, Tore. Vindkraft i teori och praktik. Studentlitteratur, Lund Bildkällor De bilder och kort som jag använt i denna rapport, då ingen annan källa är angiven, kommer från Wikipedia i samband GNU direktivet. 11