Vindkraft på Chalmers och i världen Ola Carlson Svenskt vindkraftstekniskt centrum Avdelningen för elteknik Institutionen för energi och miljö Chalmers tekniska högskola 120920
Sveriges elförsörjning Vattenkraft i norr, 44 % Kärnkraft i söder, 42 % Kraftvärme 10 % Vindkraft, 4 %
I dag 30 % Vind 2020 50 % vind
Wind Power in the world (MW) 250 000 200 000 150 000 100 000 Sverige totalt vid utgången av 2011 Vindkraftverk: 2 039 stycken (+18 % jämfört med 2010) Effekt: 2 899 MW (+34 %) Årsproduktion: 6,1 TWh (+74 MW %) 50 000 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Swedish hydro power 16 000 MW In the end of 2011 there were almost 240 000 MW wind power installed all over the world. Source: EWEA och GWEC
Rationale: urgent need for qualified workforce! Some 400,000 jobs in 2030 EWEA Wind at Work 2009 8 ~ 200,000 new jobs in offshore wind!!
Chalmers is a part of Power Cluster and Needs WP3-skills of education leader Scientific festival Course material maintenance electric modeling Needs of north sea grid Chalmers partners Electric Power Engineering; Environmental Systems Analysis; Shipping and Marine Technology
Miljöaspekter Buller svischande ljud från bladspetsar maskinbuller från växellåda och generator Fågellivet Näsudden och Maglarp inga störningar olämplig placering kan ge störningar Is mycket liten risk för isbildning isbildning i norra Finland Fiskar, trivs bra nära vindkraftverk
Ljudutbredning Riktvärde: får ej överstiga 40 db(a) Värsta fall scenario: blåser från alla håll 8 m/s Naturvårdsverkets metod för industribuller Nord2000 Tack till Gothia Vind
Fåglar Dödlighet genom kollisioner Idag dödar trafik, luftledningar, byggnader, master, stängsel mm betydligt fler fåglar än vad vindkraftverk gör! 2000 6000 fåglar per år Vindkraft 6-7 miljoner fåglar per år I trafiken 500 000 fåglar per år Fönsterrutor 200 000 fåglar per år Kraftledningar/elnät 100 000 fåglar per år Oljeutsläpp OBS! osäkra siffor Källa: Martin Green, Lunds universitet
Fåglar Mest utsatta är rovfåglar De flyger in i bladen medan de jagar och har uppmärksamheten på byten på marken. Lösning: Buffertzoner kring boplatser och flygvägar Sträckande fågel ser vindkraftverken och väjer för dem. Ganska små effekter på häckande fåglar Många arter som häckar mycket nära vindkraftverk Viss tillvänjning sker Källa: Martin Green, Lunds universitet
Fladdermöss Det finns 19 arter av fladdermöss i Sverige 6 arter är rödlistade 7 arter riskerar att förolyckas i vindkraft, varav 3 är rödlistade Dras till insekterna som i sin tur dras till vindkraftverken på grund av värmealstringen Vid vindhastigheter över 5 m/s så har fladdermössens svårt att flyga och är oftast inte ute Källa: Naturvårdsverket samt Jens Rydell, Lunds universitet
Fladdermöss Lösningar: Göra förstudie Finns det lämpliga lokaler för fladdermössen i riskzonen, främst de rödlistade, justera parklayoten Tillfällig avstängning då riskerna är som störst nattetid aug-sept svag vind < 5 m/s hög lufttemperatur så kallad bat mode Källa: Naturvårdsverket samt Jens Rydell, Lunds universitet
Vindkraft och fisk Andelen fisk ökar då i anslutning till ett vindkraftverk till havs Vindkraftverket blir ett artificiellt rev
Musslor och fisk vid vindkraftverkstorn
A major challenge - icing of rotor blades
Test station in Cold Climate Pre-study carried out Market increases Energy losses due to ice is not acceptable Some wind turbine manufactures interested Organization is under development Cooperation is important
What to do when there is no wind? Let the hydropower produce more and when the wind is there save the water in the lakes
Power: 550 MW, 800 MW Energy: 11,5 TWh Power: 250, 440, 700 MW, Energy: 12 TWh Power: 700 MW, Energy: 6 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Power: 700 MW, Energy: 6 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Power: 600 MW, Energy: 5 TWh Σ=51 TWh Σ =6500 ΜW
Wind farms connections 7 7 6 To day: point to point connections To morrow: meshed grids 4 4 5 5 3 2 1 1
A possible off-shore HVDC grid in the North Sea Meshed DC-grids are not designed or in operation today.
Offshore Wind Electric system Project 1 High voltage generator G dc/dc converters Multi terminal HVDC Project 2 Components, system, modeling Theory studies, simulations, Measurements in laboratory and in field operation Project 3 3 PhD & 2 researchers + Nordic (5 persons)
Design of the DC/DC-fullbridge converter Total converter losses [%] 3 2 1 0 Choice of switching frequency A trade off between low weight and low losses Weight Losses 10 2 10 3 0 Switching frequency [Hz] 15 10 5 Weight of the transformer [ton] - 1 khz is a suitable switching frequency. - Weight of 1 khz transformer is ~10% of the weight of a 50 Hz transformer. - METGLAS core.
VÄRLDENS SKILLNAD
Organisation Cold climat e
Partners
Personnel SWPTC At university: 12 senior researcher - professors 8 PhD students 2 technicians At industry in parallel research and development projects: 25 experienced technical experts Totally: 47 persons working at university and in industry
Ongoing projects within SWPTC TG1-6 LIDAR TG1-1- model predictive control TG5-2 Current induced damages in bearings TG1-2 Electrical drives TG2-1 Aerodynamic loads TG4-1 Structural Dynamics TG4-2 Blade development Models TG5-1 Load- and risk-based TG3-1 Drive Train maintenance Dynamics TG1-5 Measuring of a Wind Turbine TG3-2 Optimal drivline TG1-4 Grid code testing by VSC-HVDC
Project in Göteborg General Electric design and install, Göteborg Energi operate: Chalmers cooperation: Validation of models for mechanical and electrical systems New control with LiDAR Grid code tests for the wind turbine 4 MW General Electric 8 MW HVDC-light converter
8 MW HVDC-light converter at site last week
Try to start a demonstration set-up of the three part connection in Göteborg
Success??????
Future? I drift utanför Portugal