Vindkraftteknik F1 Varför vindkraft Disposition Vindkraft i Sverige och övriga världen - Historik och Trender Typer av vindkraftverk Vindkraftverkets delar Grundläggande begrepp Vinden 1
Det bästa med vindkraften Lätt att avveckla! 2
Det bästa med vindkraften Lätt att avveckla! Plockas ner på ett par dagar Betongklump under mark Det bästa med vindkraften Lätt att avveckla! Plockas ner på ett par dagar Betongklump under mark Ingen koldioxid, radioaktivt avfall eller förstörda älvar 3
Vindkraft i elsystemet Kärnkraft körs normalt på full effekt 9 GW (60 TWh) Vindkraft i elsystemet Kärnkraft körs normalt på full effekt 9 GW (60 TWh) Vattenkraften 16 GW (65 TWh) regleras på minutbasis, MEN på årsbasis är det nederbörden som bestämmer 4
Vindkraft i elsystemet Kärnkraft körs normalt på full effekt 9 GW (60 TWh) Vattenkraften 16 GW (65 TWh) regleras på minutbasis, MEN på årsbasis är det nederbörden som bestämmer Kraftvärme körs efter värmebehov (15 TWh) Vindkraft i elsystemet Kärnkraft körs normalt på full effekt 9 GW (60 TWh) Vattenkraften 16 GW (65 TWh) regleras på minutbasis, MEN på årsbasis är det nederbörden som bestämmer Kraftvärme körs efter värmebehov (15 TWh) På årsbasis är det export/import som balanserar produktion/konsumtion, dvs vindkraft ersätter i huvudsak kolkraft 5
Vindkraft i elsystemet Kärnkraft körs normalt på full effekt 9 GW (60 TWh) Vattenkraften 16 GW (65 TWh) regleras på minutbasis, MEN på årsbasis är det nederbörden som bestämmer Kraftvärme körs efter värmebehov (15 TWh) På årsbasis är det export/import som balanserar produktion/konsumtion, dvs vindkraft ersätter i huvudsak kolkraft 1 kwh vindkraft motsvarar ca 1 kg CO 2 Ett vindkraftverk (2 MW) Ger 5-6 GWh/år (hushållsel till 1000 villor) Minskad kolbrytning 2000 ton/år Minskade utsläpp: Koldioxid 5000 ton/år Svaveldioxid 6 ton/år Kväveoxider 5 ton/år 6
Målsättningar 10 TWh/år 2015 (riksdagen 2002) 17 TWh/år 2016 från förnyelsebara energikällor (elcertifikatsystemet) 25 TWh/år 2020 (nya elcertifikatsystemet) 30 TWh/år 2020 riksdagens planeringsram (20 TWh land + 10 TWh hav) Vindkraft i Sverige, enligt Vindstat 7
Vindkraft i Sverige, enl elcertifikat & GWET 8000 7000 6000 5000 Energi GWh/år, elcert Effekt MW, GWET 4000 3000 2000 1000 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Vindkraft i Sverige År GWEC, MW Vindstat, MW GWh Elcertifikat, GWh 2005 500 493 +9% 867 936 2006 572 +14% 519 +5% 908 987 +5% 2007 788 +38% 706 +36% 1222 1432 +45% 2008 1048 +33% 814 +15% 1644 1995 +39% 2009 1560 +49% 1033 +27% 1747 2489 +25% 2010 2163 +39% 1414 +37% 2318 3485 +40% 2011 2970 +37% 1885 +33% 4088 6098 +75% 2012 (3522 +19%) 2150 +14% 4484 7160 +17% 8
Övriga länder (Effekt 2011-12-31, Energi 2010) Effekt MW Tillväxt MW % Energi TWh % Andel % Kina 62 364 17 631 39% 73,2 46% 1,6 USA 46 919 6 621 16% 119,7 26% 2,9 Tyskland 29 060 1 869 7% 46,5 27% 7,6 Spanien 21 674 1 051 5% 41,8-2% 16,4 Indien 16 084 3 019 23% Italien 6 737 940 16% 10,1 21% 3,0 Danmark 3 871 122 3% 9,8 25% 28,0 Sverige 2 970 807 37% 6,2 77% 4,4 IEA 2006 61 855 10 491 20% 118 19 1,4 IEA 2007 74 844 12 989 21% 155 31 1,6 IEA 2008 91 771 16 927 23% 194 25 2,3 IEA 2009 111 531 19 760 22% 207 13 2,5 IEA 2010 * Kina 169 703 58 172 52% 297 43 2,3 IEA 2011 202 976 33 273 20% 376 27 2,8 Global 2006 74 052 14 961 25% Global 2007 93 820 19 768 27% Global 2008 120 291 26 471 28% Global 2009 158 864 38 573 32% Global 2010 197 637 38 773 24% Global 2011 237 669 40 032 20% Fördelning, GWEC Utbyggnad under 2011 Innehav 2011-12-31 9
IEA Wind (ca 20 länder) Kina 2010 Årlig tillväxt drygt 20% 10
Vindkraftverken växer i storlek Effekten har ökat 20%/år Avmattats på slutet Största kommersiella turbinen 11
Medelstorlek på det som byggs 1886 kw för 2008 1994 kw för 2009 1878 kw för 2010 (Kina 1467) Även här avmattad ökning 12
Vindkraftens historia Första väldokumenterade, 947 ekr Väderkvarnen Första i slutet av 1100-talet Sverige 1300-talet En av de viktigaste energikällorna till slutet av 1800- talet 1850 Europa 500 000 st motsvarande 1500 MW 13
Vindpumpen 1854 D. Halladay automatisk effektreglering Konkurrerades senare ut av T. Perrys Aermotor, 5000 tester säljs fortfarande Används i stor utsträckning för vattenpumpning, över 1 000 000 i drift Batteriladdare På 1930-talet växte en ny marknad fram. Städerna hade elnät, men inte landsbygden. När radion kom ville alla ha, men elektronrören drog mycket ström. Vinddrivna batteriladdare var ett alternativ. Såldes tillsammans med radioapparat. 14
Elproducerande vindkraftverk 1888 C. F. Brush mångbladig turbin, 17 m diameter, 12 kw. Anses vara den första automatiskt styrda elproducerande vindkraftverket. Nätanslutna vindkraftverk 1957 Gedser i Danmark 200 kw har blivit modell för dagens trebladig uppvindsturbiner 15
Vindkraftindustrins utveckling Slutet av 1970-talet många länder Sverige två försöksverk Näsudden I och Maglarp på 2-3 MW Danmark investeringsbidrag och garanterat elpris samt en provningsstation Robusta vindkraftverk för lantbruk, 20 kw Dessa har skalats upp till 2000 kw Maglarp och Näsudden 16
Några typer vindturbiner Vindkraftverkets delar 17
Maskinhusets komponenter Styrning Start/stopp vrida maskinhuset Styrsystemet varvtal, pitchvinkel, växelriktare, mm Driftövervakning Stoppa och slå larm om något inte stämmer Driftuppföljning Samla in statistik som skickas till ägare, myndigheter och tillverkare. 18
Grundläggande begrepp Höjder: torn-, nav-, total- Effekter: märkeffekt 2000 kw, 600/120 kw Varvtal: Fast 24, två fasta 27/18, variabelt 14-31 Rotor: diameter, svepyta Vindhastigheter: start-, märk-, stopp-, överlevnads- Effektreglering: Pitch vs Stall Energins väg Solljus Värme Vind El Solen lyser på jorden Global biomassa Global vindenergi Global vindel Vindel IEA (av 13 000 TWh/år) Vindel i Sverige (av 150 TWh/år) 1 500 000 000 TWh/år 150 000 TWh/år 15 000 000 TWh/år 400 TWh/år 300 TWh/år 6 TWh/år 19
20
Energin i vinden Tavlan.. Exponentmodell v v Vindens höjdberoende = r h r α h α beror på markens råhet enligt: 0,1 för öppen vatten 0,15 för öppen platt landskap 0,2 för landsbygd med gårdar och dungar 0,3 för mindre tätorter och låg skog 21
Vindens höjdberoende Logaritmisk modell v v r = ln ln ( h / z0 ) ( h / z ) r 0 Nollplansförskjutning Höjden räknas från nollplanet Normalt markyta + 75% av skogshöjd 22
Geostrofisk vind utan markfriktion 23
Hinder Hinder 24
Backeffekt Ökad vindhastighet över en mjuk kulle Om den är för brant blir det turbulens istället Sammanfattning Utbyggnad av vindkraften ökar kraftigt Maskinerna blir större Grundläggande begrepp Vindens höjdberoende, nollplan! P kin = ρ 3 2 Av α v h v ln( h / z0 ) v = r h r v r = ln ( h / z ) r 0 25