Varför blåser det och hur mycket energi finns det i vinden

Agenda Globala cirkulationer konceptuell modell Krafter som påverkar luftens rörelse Vinden som resurs Energiutvinning Rotorbladet

Global cirkulation

Krafter som påverkar luftens rörelse Tryckgradient kraft 500 mb 600 mb Nordpolen 700 mb 800 mb 30 N

Krafter som påverkar luftens rörelse Sjöbris 960mb Hav 970mb 980mb Land

Krafter som påverkar luftens rörelse Tryckgradientkraften Corioliskraften Centrifugalkraften Friktion

Krafter som påverkar luftens rörelse Tryckskillnader ger upphov till en tryckgradientskraft (PGF) 1010 mb L TGK H

Krafter som påverkar luftens rörelse Corioliskraften Många myter och missuppfattningar kring corioliskraften Skakandes hand med läraren är de försiktigt ledda på en smal landgång över den gapande klyftan mellan den statiska och den roterande referensramen, rädd för att titta ner i det kalla svarta vattnet mellan dockan och fartyget. Väl i säkerhet ombord är många villiga att acceptera tanken på en Coriolis kraft, mer eller mindre i blind tro, övertygad om att andra har härlett den nogrant. Vissa väljer att aldrig titta över fartygets reling igen. (Stommel och Moore 1989).

Krafter som påverkar luftens rörelse CoF

Krafter som påverkar luftens rörelse Centrifugalkraft CfK

Krafter som påverkar luftens rörelse Friktionskraft FKFK

Krafter som påverkar luftens rörelse Lägga ihop krafterna Geostrofisk balans och Geostrofisk vind TGK CoK L H

Krafter som påverkar luftens rörelse Lägga ihop krafterna Geostrofisk balans och Geostrofisk vind Gradientvind Subgeostrofisk H CoK TGK CfK L TGK CoK CfK Supergeostrofisk

Krafter som påverkar luftens rörelse Lägga ihop krafterna Geostrofisk balans och Geostrofisk vind Gradientvind Gulberg-Mohn Balansen FK FK H CoK TGK CfK L TGK CoK CfK FK FK

Krafter som påverkar luftens rörelse Luftens stabilitet

Vinden som resurs

Vinden som resurs Mäta vinden på platsen minst 1 år Lägst 7,8 m/s 93% Medel 8,3 m/s 100 % Högst 9,2 m/s 110 %

Vinden som resurs Mäta vinden på platsen minst 1 år Lägst 8,1 m/s 97% Medel 8,3 m/s 100 % Högst 8,5 m/s 102% Två tioårsperioder kan variera ca 0,4 m/s

Vinden som resurs Mäta vinden på platsen minst 1 år Korrelera vinden mot en känd vindmätning

Vinden som resurs Det räcker inte att veta medelvinden för att kunna bedöma hur mycket energi ett vindkraftverk kommer att producera Timmar/år 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Vindfrekvensfördelning 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Vindhastighet m/s

Vinden som resurs Exempel Plats 1, blåser det alltid 6 m/s. Plats 2, är det halva tiden vindstilla och halva tiden blåser det 12 m/s Samma medelvind men på vilken plats innehåller vinden mest energi? Plats 1 ca 1183 kwh/m2 och år Plats 2 ca 4730 kwh/m2 och år Formel för effekten i strömmande luft: P = 1 ρ Av 2 3

Vinden som resurs Andra faktorer Turbulens

Vinden som resurs Andra faktorer Turbulens Topografin spelar roll

Vinden som resurs Andra faktorer Turbulens Topografin spelar roll Råheten i närområdet kring vindkraftverket Height 100-1000 m hav slätt skog Wind speed

Energiutvinning m = ρav Bet z limit 16/27 ca 59% A1 A2 A3 U U 2 2/3 U U 4 (U ) 1/3 U

Rotorbladet

Rotorbladet Axiell vindriktning Rotationsplan

Rotorbladet Relativ vind U rel Fartvind r=r r=r/2 Rotationsplan Axiell vindriktning Vind

Rotorbladet - Krafter Rotationsplan F L F Rot F Res F Thrust Axiell vindriktning F D

Rotorbladet - Krafter α Rotationsplan Axiell vindriktning

Rotorbladet - Stall α α α

Rotorbladet - anfallsvinkel r=r r=r/2 α Rotationsplan Axiell vindriktning

Rotorbladet - anfallsvinkel r=r r=r/2 α α Rotationsplan Axiell vindriktning

Rotorbladet - Löptal λ U tip Löptalet λ definieras som: λ = U För optimal prestanda är löptalet runt 7 för en trebladig turbin. α

Rotorbladet-Stall Vid konstant varvtal ökar anfallsvinkeln vid ökad Vindhastighet α

Vindkraftverk Så funkar det

Agenda Översiktligt (olika modeller vertikal/horisontell) De olika koncepten Generatorer Växellådor Effektreglering (pitch/stall) Utvecklingen frammåt

Typer av vindkraftverk Olika typer av vindkraftverk Savonious rotor

Typer av vindkraftverk Darrieus -rotor

Typer av vindkraftverk Vertical Wind 4 st 200 kw turbiner

Typer av vindkraftverk

Typer av vindkraftverk Verkningsgraden hos olika vindkraftverk Three bladed Two bladed

Effektreglering Effekten måste regleras när turbinen når märkeffekt Kan göras på två sätt Stall reglering Pitch reglering

Effektreglering - Stall Passiv stall Bladen fast infästa i navet en fix vinkel, går ej att vrida α

Effektreglering - Stall Passiv stall Bladen fast infästa i navet en fix vinkel, går ej att vrida

Effektreglering - Stall Aktiv stall Bladen vridbara α

Effektreglering - Pitch Pitch Bladen är vridbara i navet. Ofta individuellt vridbara α

Effektreglering - Pitch Pitch Bladen är vridbara i navet. Ofta individuellt vridbara α α

Olika koncept - Generatorer Växel -låda Grid Asynkron Synkron

Olika koncept - Generatorer Asynkrongeneratorn

Det danska konceptet Konstant varvtal, växellåda och asynkron generator Växel Grid Asynkron Soft-starter Capacitor bank

Det danska konceptet Konstant varvtal, växellåda och asynkron generator OptiSlip, Vestas Växel Grid Asynkron Soft-starter Capacitor bank

Det danska konceptet Partiell frekvensomvandlare Fullskalig frekvensomvandlare Växel Grid Asynkron

Det danska konceptet Fullskalig frekvensomvandlare Växel Grid Asynkron

Det danska konceptet

Direktdrift och synkrongeneratorn Brushes Stator windings Magnets Stator Rotor

Direktdrift och synkrongeneratorn Fullskalig frekvensomvandlare Växel Grid Synkron

Direktdrift och synkrongeneratorn

Kompromiss Multibrid Kompromiss, (en)- eller tvåstegs planetväxellåda och permanentmagnetiserad asynkron generator

Nytt och trendigt inom vindkraften Direktdrift, hälften av de stora leverantörerna har direktdrift nu Individuell bladvinkelsreglering, minskar lasterna med 30% Relativt sett billigare turbinblad leder till större rotorer Torn i betong, hybridtorn, trä? Skarvar på bladen för att underlätta transporter Mäta vinden framför verket