Datum (2012-03-14) VINDKRAFT Alternativ Användning Elev: Andreas Krants Handledare: Anna Josefsson
Sammanfattning Alternativa användningssätt för vindkraft är vad denna rapport handlar om, och med alternativ användning menar jag just andra sätt man kan använda vindkraft. Rapporten kommer i sin helhet presentera och förklara en del av de teknologier som finns ute på marknaden idag. Metoderna som finns är så kallade hybridsystem d.v.s. vindkraft i kombination med andra medier. Fokus i denna rapport ligger på två stycken metoder som har fått genomslag eller bidrag från olika instanser för att fullfölja sina projekt. Dessa innovationer kommer huvudsakligen från USA och är väldigt intressanta för framtidens bruk av grön energi. Abstract Alternative uses for wind power is what this report is about, and with alternative uses I mean, other ways to use wind power. The report will present and explain some of the technologies available on the market today. The methods available are so-called hybrid systems, i.e. wind power in combination with other media. The focus for this report is on two methods that have proved their worth or contributions from different agencies to complete their projects. These innovations are mainly from the USA, and are very interesting for the future use of green energy.
Innehållsförteckning 1. Inledning...1 1.1 SYFTE 1 1.2 METOD..1 1.3 MÅL...1 2 De Alternativa Användningsområdena 1 3. Tryckluft....Fel! Bokmärket är inte definierat.2 4. Vätgas...3 4.1 Teknik..3 5. Slutsatser... Fel! Bokmärket är inte definierat.4 6. Källförteckning..5
1 Inledning 1.1 SYFTE Syftet med detta ämne var att se vindens potential, och undersöka om det finns alternativa användningsområden för vindkraften. D.v.s. inte bara vindens kraft till generator, likt de typiska vindturbiner som sitter uppe i dagsläget. 1.2 METOD Metoden jag använt mig av är oavkortat google och wikipedia samt youtube för visuell upplevelse. 1.3 MÅL Målet för mig var att hitta nya alternativ för vindkraften, av ren nyfikenhet intresserar detta mig. 2 De Alternativa Användningsområdena Arbetet/Rapporten kommer att rikta sig främst åt två metoder som har kommit en bra bit på vägen. De har fått något slags genomslag eller erkännande, inom vindkraftsektorn. Det första exemplet är att med hjälp av tryckluft generera el, och i det andra exemplet använder vinden till att driva en elektrolysmaskin för att tillverka vätgas. 1
3 Tryckluft Detta koncept finns i flera olika utföranden, det som är mest intressant är den teknik som det amerikanska företaget General Compression har tagit fram. Konceptet föddes av att utvecklarna av denna teknologi ansåg att vindkraften är oberäknelig och kanske aldrig kommer att vara konkurrenskraftig i det långa loppet gentemot kol och olja. Problemet är att det inte finns någon energi att hämta när det inte blåser. I det stora hela så använder man vindturbinerna till att trycka ner högkomprimerad luft i berghål eller andra geologiska utformade ställen, trycket brukar ligga på ca 100 bar. Denna luft komprimeras vanligen då behovet är som minst på leveransen av el, exempelvis på natten eller om det skulle finnas överskott på nätet. Luften som har komprimerats kan skickas ut och driva generatorturbiner som i sin tur klarar att leverera elektricitet när det inte blåser, alternativt blåser för lite. General Compression påstår sig kunna lagra komprimerad luft som ger 6-12 timmar energi, men det finns kapacitet att kunna lagra flera veckor t.o.m. månader vid de rätta förutsättningarna. Stor lagringskapacitet är en förutsättning för att detta system med vindkraftens hjälp ska bli lönsamt och attraktivt på marknaden. Företaget har även fått bidrag och riskkapital på strax över 5 miljoner dollar för att förverkliga sin vision. Nyligen fick de ytterligare bidrag av Department of Energy s ARPA-E research program. Som är en organisation som tilldelar finansiell hjälp till företag, som har nytänkande och innovativa lösningar på grön energi. Detta bidrag fick de tack vare att de inte använder sig av fossilt bränsle och har potential att uppnå en total verkningsgrad på ca 75 %. Detta system fungerar som en reglerbar energikälla, sambandet mellan tryckluften och vindkraften fungerar i en symbios. Några rapporter om producerad effekt eller andra siffror finns i nuläget inte att få tag i. Man håller i dagsläget på att bygga en anläggning i Texas. 2
4 Vätgas NREL och Xcel Energy (två amerikanska energibolag) har gått samman i ett spännande projekt som heter Wind2H2 (wind-to-hydrogen), där man använder vindens kraft till att skapa vätgas. Själva konceptet går ut på att man länkar ihop vindkraftsverken med elektrolysmaskiner som bryter ner elen och vattnet till vätgas. Vätgasen kan sedan lagras för att användas vid ett senare tillfälle genom en förbränningsmotor eller via bränsleceller. Målet med Wind2H2 är att förbättra systemets effektivitet att producera vätgas från förnyelsebara resurser, i så pass stora kvantiteter att den kan konkurrera med traditionella energikällor som kol, olja och naturgas. 4.1 TEKNIKEN De komponenter som finns i detta projekt är: Två vindkraftsturbiner, en 10kW och en 100kW. Man laborerar och testar resultaten från dessa två turbiner för att se vad som blir mest lönsamt. För att driva elektrolysanordningen, måste strömmen ut från verken vara av typen likström. 100 kw verket har redan kraftelektronik i sig för att på så vis skapa likström, men storleken måste anpassas till elektroniken i elektrolysmaskinerna. Turbinen producerar nämligen 780 till 800 V DC, och elektrolys maskinen kräver 50/100/V DC. Så detta löser man med en transformator. 10 kw verket har igen kraftelektronik, och måste därför först konvertera AC till DC sedan till önskad spänning. Nästa steg i processen är elektrolysmaskinerna, här har man också två olika typer för att kunna komma fram till den mest effektiva och lönsammaste maskinen. Maskinernas huvuduppgift är att konvertera vatten till vätgas, elen kommer som sagt från vinden och vattnet från närmaste källa. Ena typen heter HOGEN 40RE och klarar att producera 2,27 kg vätgas per dag, den andra typen HMXT-100 producerar 12 kg per dag. Efter vätgasen är producerad, måste den komprimeras, detta görs med en speciell vätgaskompressor som komprimerar gasen från 150 psi till 3500 psi. Högre tryck innebär att mer gas kan lagras. Den lagrade gasen går sedan vidare in till en vätgasmotor som driver en generator. Just den prototyp som Wind2H2 använder klarar att producera 60 kw, och motorn är tänkt att gå när behovet av el är som störst. 3
5. SLUTSATSER För att göra vindkraften ännu mera attraktiv för massproduktion tror jag att dessa lösningar som står angivet i rapporten, kan komma att vara intressanta. Idag känns det som alla har fått upp ögonen för förnyelsebar energi, och det är ett faktum att det blir ohållbart med kol och oljekraft i det långa loppet. Tryckluftslösningen känns som ett genomförbart projekt med rätt anda, men för att den ska fungera optimalt, måste det finnas rejält med vindresurser så det blir ett överskott av energi. Som sedan kan omvandlas till tryckluft och lagras. För att sedan användas när elbehovet är som störst. Kapaciteter på månaders lagringsresurser, låter väldigt intressant, beroende på vilken effekt som krävs ut till nätet förstås. Vätgasprincipen kanske känns lite långt bort, men det är också en fantastisk idé. Lagra energi i form av vätgas kanske inte är så dumt, teknologin för vätgasbilar finns så det kan bli intressant att ha vindkraften till att skapa bränsle till våra bilar. Inte bara till våra hem och industrier. Det vore kul att i framtiden få se några liknande system i bruk, hybridsystem som drar nytta av varandra och har samma energikälla; naturen. 4
Källförteckningar http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_wind_hydrogen.html#components http://www.generalcompression.com/index.php/what http://energy.gov/articles/general-compression-looks-energy-storagedifferent-angle 5
6