Vindenergi

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Sejlskibe

Vindenergi er et udtryk for den kinetiske energi, som vinden indeholder. Den er en indirekte form for solenergi og kan derfor betegnes som vedvarende energi der skåner miljøet.

Vindenergien er i mange hundrede år blevet udnyttet af menneskerne. Det begyndte med at udnytte vinden til at fremdrive sejlskibe eller balloner, eller til at udrette mekanisk arbejde ved hjælp af vindmøller.

I nutiden omdannes vindenergi til elektricitet via et vindkraftanlæg, der transducerer en spænding i vindkraftværkets vindturbine.

Dannelsen af vindenergi[redigér | redigér wikikode]

Fordeling af vindhastighederne

Solenergiens uregelmæssige indstråling på jordoverfladen bevirker en forskellig opvarming af Jordens atmosfære, vand- og landmasserne. Så er en side af Jorden, natsiden, bortvendt fra solen, tilmed er den solare indstråling i nærheden af ækvator større end ved polen. Allerede gennem den herved opståede temperatur- og dermed også lufttrykforskellen, kommer luftmasserne mellem zonene om ækvator og polen da også mellem Jordens dag og natside, i bevægelse. Jordens rotation bidrager ligeledes til at sætte luftmasserne i bevægelse, og rotationsaksens skævstilling til jordfladen, der danner jordbanen gennem omkredsning af Solen, (ekliptikale flader) fører til årstidernes luftstrømninger.

Der udvikler sig højtryk og lavtryksområder. Da Jorden drejer sig, er de flydende luftmasser udsat for under indflydelse af den fra rotationen resulterende corioliskraft; den strømmer derfor ikke i en lige linje til målet. Derimod danner der sig på nord- og sydhalvkuglen hvivler med forskellig drejeretning. På nordhalvkuglen strømmer luftmasserne (set fra rummet) mod urretningen ind i et højtryksområde og i urets retning ud af højtrykområdet. På sydhalvkuglen er orienteringen omvendt.

Til disse globale forstyrrelser kommer der også de lokale indflydelser til, så vinden opstår. På grund af de forskellige specifikke varmekapaciteter opvarmet af vand opvarmer landjorden sig om dagen hurtigere end vandet, og der blæser om dagen gennem de opståede trykforskelle en vandholdig vind på land. Om natten afkøles landmasserne sig hurtigere end vandet, og det giver den modsatte effekt. Til og lige med kan vinden over vandet udvikle sig uhindret, således at der særlig i kystområderne opstår en regelmæssig og stærk vind. Også gennem bjergformationer og andre lokale udprægninger (f.eks byer), kan der opstå vindstrømninger, der ofte gennem indskrænkede forhindringer (dyse-effekten) bliver forstærket.

Vindens styrke afhænger i de lavere luftlag af hvilke landskabselementer der er i området. Vand, marker, skov eller bebyggelser danner forskellig modstandsgrader, der beskriver luften ved jordoverfladens friktion. Denne effekt fører til en forringelse af vindhastigheden, afhængig af højden over jordfladen.

Et moderne vindkraftværk

Udnyttelse af vindenergi[redigér | redigér wikikode]

Vindenergien er gennem tiderne blevet udnyttet af menneskerne til mange forskellige formål, som f.eks til fremdrift af skibe og balloner og til udnyttelse af mekanisk arbejde ved hjælp af vindmøller.

Efter opdagelsen af elektriciteten og opfindelsen af generatoren lå også tanken om at udnytte vindenergien til fremstilling af elektricitet nær. Med forskning og udvikling inden for vindenergi specialiserede man sig også i opbygningen af vingeformer, og bygningen af store vindkraftanlæg. Siden oliekrisen i 1970erne er der blevet forsket i alternative muligheder for energiforsyning og dermed også udviklingen af de moderne vindkraftanlæg.

Vindenergianlæg kan indsættes til elproduktion i alle klimazoner, på havet og i alle landformer (ved kysterne, inde i landet og i bjergområder).

Udnyttelsen af vindenergi gennem vindkraftanlæg afhænger af størrelsen af vindens fart i navlehøjde, strømmens salgpris og af anlægs og infrastrukturomkostningerne.

De største udvindere af vindenergi til elproduktion er USA, Tyskland, Kina og tidligere Spanien. I Danmark er ca. 20 % af strømproduktionen produceret af vindkraftværker og har dermed Verdens største andel af elproduktion med vindkraft. I nogle regioner i Danmark og Tyskland ligger andelen endnu højere.

I Danmark, Tyskland og Spanien var den politiske vilje afgørende for vindenergiens udvikling. Det førte i de tre lande til udviklingen af en ny stor industrigren. Danmark, Tyskland og Spanien har i nutiden den største produktion af vindkraftanlæg.

Danmark har en førende stilling i produktionen af vindkraftkraftværker. Vestas er (2006) verdens største producent af vindkraftværker. Andre kendte vindmøllefabrikanter er Siemens Wind Power (Danmark), GE Energy (USA) og Gamesa (Spanien).

Et vinddrevet elværk opført 1905 i Vallekilde efter Poul la Cours ideer

Verdens største vindkraftværk (september 2002), en 4,5 MW prototype fra det tyske firma Enercon, står i Magdeburg, Tyskland. I 2012 blev en 6 MW vindmølle (verdens største) gjort klar i testcentret ved Østerild med en højde på 197 m og med vinger på 75 m.[1]

Vindkraftværkernes historie[redigér | redigér wikikode]

Charles Francis Brush (1849 - 1929) byggede 1887/88 en vindmølle der opladede et batteri som forsynede et hus med elektricitet.

1891 opførte fysikeren og opfinderen Poul la Cour, "Forsøgsmøllen" ved Askov Højskole og. omkring 1900 begyndte han at udvikle vinddrevne elværker.

Under 2. verdenskrig var der mangel på kul og olie, herefter byggede F.L. Smidth 50 60-70 kW vindmøller til elproduktion. Efter 2. verdenskrig da olie og kul igen blev hovedenergikilden, forsvandt interessen for vindkraft. Kun hos det lille sjællandske elselskab SEAS på Sydsjælland fortsatte man indtil 1957 at bygge elproducerende vindmøller. SEAS byggede blandt andet verdens første vekselstrømsproducerende mølle Vester Egesborg Møllen ved Vester Egesborg i Sydsjælland og i 1957 Gedsermøllen. Efterhånden faldt oliepriserne så meget at interessen for vindkraft ebbede ud. Gedsermøllen blev nedlagt i 1967 og generatorhuset og de 3 vinger befinder sig nu på Energimuseet ved Tange Sø i Midtjylland.

Fra omkring 1970 blev der i Danmark bygget mange møller på 20-50 kW med 12–15 m rotordiameter og med tårnhøjder på op til 20 m. Særlig efter energikrisen i 1973 var der igen en stigende interesse for vindkraft. Christian Riisager konstruerede og startede Danmarks første egentlige serieproduktion af elmøller. I 1978 blev der opført fem Riisagermøller. Fra 1979 til 1985 stod der en Riisagermølle på forsøgsstation Risø, hvor man lavede målinger for at kunne vejlede den nye danske mølleindustri. Møllen er nu udstillet på Energimuseet ved Tange Sø.

1978 indviede skolesamvirket Tvind ved Ulfborg i Vestjylland Tvindmøllen, som fra 1978 til 2000 var Danmarks største vindmølle.[2] Den begyndte at producere strøm i 1978 og var med til at sætte yderligere gang i en egentlig forskning og udvikling inden for vindenergi.

Siden er møllestørrelserne vokset, så de største møller har effekter på flere MW, rotordiametre på ca. 100 m og tårnhøjder på op til 100 m, i mange tilfælde placeret i vindmølleparker på havet: Anholt Havmøllepark (Danmarks største når den idriftsættes i 2013), Horns Rev Havmøllepark, Horns Rev 2, ved Lyngdrup, Middelgrundens Vindmøllepark, Vindmølleparken Nørrekær Enge, Rødsand Havmøllepark, på Tunø - den største projekteret ved Ringkøbing "Nørhede til Hjortmose" med 22 vindmøller med højde på 149,9 m[3][4]

Anlæggelse af vindmølleanlæg er i nutiden udsat for NIMBY-effekten, som er et akronym for "Not In My Back Yard", ikke i min baghave. Fænomenet beskriver modstand mod ændringer af ens nærområde, men ikke mod ændringer i andres nærområde.

Vindkraftværkets teknik[redigér | redigér wikikode]

Tre forskellige typer af vindturbiner

Et moderne vindkraftanlæg er en transducer, som omdanner vindenergi til mekanisk arbejde og efterfølgende til elektricitet via en generator. Moderne vindmøller bruges i dag stort set kun til fremstilling af elektricitet; i Danmark spiller de en vigtig rolle i den vedvarende energiforsyning.

Vindmøller har førhen primært været opstillet på landjorden, men inden for de seneste par år er flere vindmølleparker blevet oprettet i havet ud for kysten. Fordelen ved havvindmøller er, at placeringen på havet giver en kraftigere og mere jævn vind, og samtidig slipper man for eventuelle protester fra lokale beboere. Til gengæld er strøm produceret fra havvindmøller dyrere, dels pga. større anlægsomkostninger til fundament og havkabler, men også fordi det er vanskeligere at vedligeholde møllerne som udsættes for et stort slid på grund af det barske havmiljø.

De fleste af nutidens møllers vinger roterer mod højre og har tre vinger. Antallet af vinger er et kompromis mellem møllens ydelse, stabilitet og særligt pris. Jo flere vinger en mølle har, desto lavere vindhastigheder kan den arbejde under, da den får et større moment. F.eks. kræver en en-vinget vindmølle meget store vindhastigheder før den kan begynde at dreje, men da vingerne er den dyreste del af en vindmølle, kan det ikke svare sig at bygge vindmøller med særligt mange vinger. Vindmøller med to vinger er væsentlig mere stabile end en-vingede vindmøller, men møllen udsættes for kraftige belastning når vingerne står lodret og de modsatrettede vinger kan forstærke hinandens rystelser. For en stabil mølle kræves som minimum tre vinger. Flere vinger giver for dyre møller i forhold til gevinsten. Særligt ikke i forhold til at møllerne normalt placeres, hvor lave vindhastigheder sjældent forekommer.

På de moderne vindkraftanlæg kan skråstillingen justeres automatisk, for at få den maksimale vindstrømning omkring vingen og dermed den maksimale ydelse. Det sker ved, at hele vingen drejes om sin egen akse oftest ved hjælp af et hydraulisk system.

Et vindkraftværk kan i følge Betz lov maksimalt tage 59 procent af den kinetiske energi ud af al vind, der strømmer gennem et areal. Hvis de enkelte møller i en vindkraftpark står tæt efter hinanden, vil der skabes delvis læ bag møllerne.

Rotortyper[redigér | redigér wikikode]

Aerodynamisk vingeprofil til en vindmøllevinge

Møllevinger drives frem efter to forskellige principper: Modstandstypen og opdriftstypen.[5]

Modstandstypen

Vingerne er i princippet plader der trykkes frem af vinden, vingerne indstilles således af den resulterende vind retning er omtrent vinkelret på vingefladen.

Opdriftstypen

Vingerne virker her som på en flyvinge, hvor vingens fremdrift er forskellen mellem vingens opdrift og modstand projekteret på vingens bevægelsesretning. Dette er gældende for moderne vindmøllevinger, der alle har et aerodynamisk profil.

Se også[redigér | redigér wikikode]

Eksterne kilder/henvisninger[redigér | redigér wikikode]

Commons-logo.svg
Wikimedia Commons har medier relateret til: