I den här tråden tänkte jag att vi skulle skapa oss en bild av de olika typer av småskaliga vindkraftverk som finns och som är på gång. Tillämpningsområden, fördelar och nackdelar med de olika verken tänkte jag också vi kunde hjälpas åt med.
Jag har gjort den här bilden efter att ha letat runt på nätet ett tag efter olika definitioner. Den är medvetet så förenklad som möjligt, det går att ha en mycket större detaljeringsnivå om man vill, men jag tror att den fångar upp huvudprinciperna. Enligt den så finns det fem huvudtyper av vindkraftverk:
1. Snabblöpare 2. Vindhjul 3. Vertikalverk med dragkraftsprincip 4. Vertikalverk med lyftkraftsprincip 5. Icke roterande verk
Snabblöparen är i det här fallet inte de vi just nu ser på OS. Det är istället den mest spridda vindkraftverkstypen, både storskaligt och småskaligt. Här är en snabblöpare från japanska företaget Zephyr. Den heter Airdolphin och kan leverera 1000 watt.
Council House 2 i Melbourne även kallat CH2 är ett intressant exempel på hur vindkraftverk integrerats i designen och blivit en del av byggnadens karaktär.
De genererar el på dagen och fungerar som frånluftsfläktar på natten.
Örjan visar ovan ett exempel på vertikalverk med drakraftsprincip. Luften "drar" runt snurrorna, de kan med andra ord inte snurra snabbare än det blåser. Kallas också Savonioussnurror efter den som först konstruerade denna typ.
Inte för att jag kanske tycker att denna byggnad år så snygg, men visst är det snyggare och enklare att placera ut vindkraftverk redan i designstadiet. Det lär också vara lättare att få acceptans för att sätta vindkraft på moderna byggnader än äldre skulle jag tro.
Den gula färgen här går väl ganska bra ihop med byggnadens bruntoner.
Här har vi ett vindhjul, som snurrar med lägre hastighet och större vridmoment än en snabblöpare. Lämpar sig bra till vattenpumpning, sämre till elproduktion.
Vertikalverk med lyftkraftprincip är den småskaliga vindkraftsverktyp jag tycker verkar vara mest i ropet just nu. Vågkraftspionjären Mats Leijon satsar på denna typ, och flera företag har just lanserat eller är på väg att lansera vertikalverk.
Lyftkraftsprincipen innebär att snurran kan gå snabbare än vinden, och typen ska ha betydligt högre verkningsgrad än en dragkraftssnurra av samma storlek.
Till sist har jag kategorin icke roterande vindkraftverk. De här befinner sig i experimentstadiet, men jag gissar att vi får se mer av de här i framtiden allteftersom små linjära generatorer blir billigare.
Ett exempel är "Windbelt", en spänd rem som vibrerar i vind och som har små linjärgeneratorer vid ändarna.
En av dem mest intressanta typerna av vindkraftverk tycker jag är "Energytower" från det svenska företaget med samma namn. Det är också ett vertikalverk med lyftkraftprincip fast inbyggt i en slags lutande silo som accelererar vinden även i mycket låga vindhastigheter. Tester pågår fortfarande och har gjorts om flera gånger för att resultaten har varit "orealistiskt bra". Man har kommit runt den sk. Betz lagen som anger att man max kan utvinna 59 % av energin i vinden. Jag tror att Energytower har mätningar på ca 80 %. Vad jag vet inväntar man fler tester innan produktion drar igång på allvar.
Det är verkligen intressant, både med tanke på den extrema verkningsgraden och att den inte har några synliga rörliga delar. Finns det inga nackdelar tro? Oljud från snabba luftflöden, kostnad och hållbarhet kanske kan vara möjliga nackdelar?
Den här typen passar inte riktigt in i min vindkraftskarta, jag får nog rita om den... ;-)
Nej, det verkar inte vara några tydliga nackdelar vad jag vet. Kostnad vet jag inget om men med tanke på att alla känsliga delar sitter nere vid marken och är väldigt lättåtkomliga skulle jag snarare tänka mig att kostnader för underhåll etc kan bli lägre. Vet inte exakt vilka material som används men eftersom själva silon inte är rörlig och utsätts för samma påfrestningar som normala rotorblad kan man kanske tänka sig att använda material som är betydligt lättare att återanvända och som är mer miljövänliga. Tex naturfiberförstärkt kompositmaterial istället för glas- eller kolfiber.
Oljud vet jag inget om men jag kan tänka mig att silon, eller vad man nu skall kalla den, kan fånga upp dem mesta av ljudet från rotorbladen. På större vindkraftverk är det fläktar som kyler generatorn som låter mest. Vet inte hur mycket detta kan låta på Energytower.
Om denna produkt blir så bra som många av testerna indikerar tror jag att det kan bli en riktig framgång för svensk vindkraft. Många av dem stora tillverkarna är ganska inne på sina lösningar så jag tror att det krävs små aktörer av detta slag för att komma med dem riktigt intressanta innovationerna.
Så, nu har jag ritat om kartan. Nu finns dessa sex typer med:
1. Snabblöpare 2. Vindhjul 3. Vertikalverk med dragkraftsprincip 4. Vertikalverk med lyftkraftsprincip 5. Icke roterande verk 6. Vindkraftverk med dold turbin
Energytower är således ett exempel på 6. Vindkraftverk med dold turbin. Funkar detta tycker du Anton?
Jag kollade lite på Energytowers hemsida. De verkar ha byggt ett mindre verk på 2,5 meters höjd. Det var dock ett halvår sedan det lades till ny information på sidan. Motgångar eller kanske hemlighetsmakeri innan stor lansering tro?
Nu när vi ändå är inne på verkningsgrad kanske det är dags jämföra de olika typernas verkningsgrad. En fundering kring definitioner bara, är definitionen på ett vindkraftverks verkningsgrad hur många procent av vindenergin av den svepta ytan som kan utvinnas? Hur räknar man då på ett verk med dold turbin? Den tar ju upp mer yta än turbinen, till skillnad från vindkraftverk med exponerad turbin.
En mycket intressant fråga där om verkningsgrad. Att räkna på procent av vindenergin i den svepta ytan känns ju fysikaliskt korrekt. Men blir det inte lätt lite tvetydigt? Hur påverkas beräkningen om man antar att även grannarna sätter upp snurror? Och vilken praktisk betydelse har en sådan jämförelse för tilltänkta investerare?
Jag lutar åt att väga in den landyta som behöver tas i anspråk tillsammans med totalkostnade för respektive kraftverk.
Viss praktisk betydelse har nog verkningsgraden för den tilltänkta investeraren som när det gäller så här små verk ofta är privatpersoner. Eftersom hon/han antagligen inte vill ha ett alltför stort schabrak på tomten eller hustaket blir verkningsgraden intressant. Säg att köparen max kan tänka sig ett verk på två gånger två meter. 15 eller 50 % verkningsgrad på verket gör då stor skillnad på hur mycket el som går att få ut.
Landytan vet jag inte om den är så relevant att jämföra här, de har väl alla relativt små krav på yta? Inte så stora skillnader, eller har jag fel? Däremot är naturligtvis kostnaden högintressant. Kostnad per kWh för en viss vindförutsättning och baserat på beräknad livslängd inkl. underhåll borde vara ett bra jämförelsetal.
Nu tycker jag att diagrammet ser bättre ut :) Även om den dolda turbinen även i det här fallet är en vertikal axel med lyftkraft där lyftkraften är förstärkt via höljet.
Energytower har gjort en 2.5 meters turbin som test som du säger. Jag vet att ambitionen är att man skall kunna ha turbiner från allt mellan 2.5 meter för privat bruk ända upp till 50-60 meter för storskaligt kommersiellt bruk. Vet inte varför man inte gått ut med mer detaljerad information. Jag misstänker att man är inne i en intensiv period av tester och förberedelser och därmed är försiktig med att kommunicera. Jag har fortfarande höga förhoppningar.
Vad gäller verkningsgrad tror jag att man kan räkna på lite olika sätt. Dels på energin man kan fånga från vinden och dels på den energi som faktiskt blir omvandlat till el. En vanlig siffra bland dem stora vindkraftverken tror jag ligger runt 30 %. Man får ut ca 50 % från vinden och sen förlorar ytterligare 20 % vi växellåda, generator och transformator. Den tyska tillverkaren Enercon har ju vindkraftverk utan växellåda, där hela hubben är en stor generator som roterar i samma hastighet som rotorbladen. Man slipper då vissa energiförluster men jag vet inte exakt hur mycket. Själv är jag förvånad över att inte fler tillverkare har hakat på samma teknik. Växellådor har visat sig skapa större behov av underhåll och är dessutom en bristvara på den globala marknaden vilket har sinkat leveranser av nya kraftverk rejält.
Sen är ju verkningsgraden extremt känslig för vindhastigheten (se diagrammet). Dem flesta verk har sin uppgivna effekt runt 12-14 m/s. Både under och över dessa hastigheter sjunker verkningsgraden väsentligt. Om man då inte har en "silo" som Energytower som accelererar vinden även i väldigt låga hastigheter. http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_energy
Ja, det verkar ju vara en klar fördel om man slipper växellåda. Jag antar att det är svårare/dyrare att göra en generator som klarar lägre varvtal.
Diagrammet säger inget om att verkningsgraden är lägre vid lägre vindhastigheter än 12-14 m/s va? Men du vet att det är så?
Jag letade lite på nätet efter verkningsgrader och hittade det här:
1. Snabblöpare 44-50 % 2. Vindhjul 25 % 3. Vertikalverk med dragkraftsprincip 10-15 % 4. Vertikalverk med lyftkraftsprincip 30-40 % 5. Icke roterande verk uppgift saknas 6. Vindkraftverk med dold turbin 60-70 %
Uppgiften på nr 6 (Energytower) är högst osäker, och jag undrar också om verkningsgraden kan beräknas på samma sätt som för vindkraftverk med exponerad turbin.
Nja, diagrammet säger väl att maximal elproduktion sker vid ca 12 m/s. Elproduktionen ökar exponentiellt upp till denna punkt för att sedan minska nästan lika snabbt igen. vet inte hur detta förhåller sig till verkningsgrad? Kan verkningsgraden vara den samma men elproduktionen variera eller är detta samma sak?
Vad har du för källa på dina verkningsgradsuppgifter?
Om man lade till en kurva i diagrammet med energiinnehållet i vinden så borde det säga en del om verkningsgraden vid olika vindhastigheter. Det är klart, diagrammet säger ju definitivt att verkningsgraden går ner kraftigt vid vindhastigheter över 10-12 m/s. Varför är det så egentligen? Hur kan vindkraftverket ge mindre energi när det blåser mer? Är det för att bladen vinklas bort från vinden för att minska påfrestningarna på verket kanske?
Det är förresten inte så att diagrammet visar hur mycket energi som produceras över året, fördelat på olika vindhastigheter? Eftersom det inte blåser storm så ofta blir det heller inte så mycket el producerad vid de hastigheterna. Vi kanske tolkar diagrammet på fel sätt här? Var kommer det ifrån?
Jag vet att jag slarvade med källorna... Sorry sorry. Och det var kanske inte de allra mest trovärdiga källorna jag använde heller. En del hittade jag på bifogad länk. http://24volt.eu/vindkraftverk.php
Hej här kommer ett diagram som visar effekt i vinden jämfört med effekt från turbinen, i detta diagrammet har turbinen alltid löptal 7 dvs turbinen snurrar 7 ggr snabbare än vinden hela tiden. De flesta verk har idag ett eller två fasta varvtal, ett lägre varvtal för vindar upp till tex 8 m/s och ett högre varvtal för högre vindstyrkor, detta för att kompensera för ett lägre löptal. Verkningsgraden påverkas eftersom, när vinden ökar minskar löptalet och turbinens verkningsgrad. Detta utnytjas för att styra effekten från verken genom att lägga bästa verkningsgraden och effekten på tex 8 m/s och sedan låta effekten "ligga kvar" och plana ut. Får man ut max effekten vid 8 m/s och upp till 25 m/s har det ju ingen betydelse att verkningsgraden sjunker.
Tack för det Sven-Åke. Jag misstänkte att effekten från turbinen planar ut snarare än sjunker när vindhastigheten ökar. Men jag blir återigen förbryllad över diagrammet. Effekten från turbinen planar ju inte ut vid ökad vindhastighet i ditt diagram, utan ökar exponentiellt?
Vid vindhastigheter på över 25 m/s antar jag att verket (snabblöpare) stängs ned?
Vet du om samma principer tillämpas på vertikalverk?
Det stämmer, i just detta fallet ökar turbinens hastighet med vinden för att alltid ha löptal= 7, detta är ett exempel på hur det kan se ut om man har en turbin som får snurra fritt dvs där man inte är beroende av en fast frekvens 50Hz tex. En tabell för våra verk ser ut så här: Effekten stiger ganska brant upp till ca: 12-14Kw vid ca: 9 m/s när sedan vinden ökar sjunker effekten till ca: 8-10kW för att sedan öka igen vid högre vindar 14-20 m/s Ja de flesta verk stängs av vid 25 m/s. Vertikal verk med lyftkraft vingar måste även dom komma upp i ett vettigt löptal för att få bra verkningsgrad.
Här kommer ett ganska grovt diagram på ett 11kW verk, de två dipparna kommer av att regleringen vrider verket ur vind och då sjunker effekten lite till en början.
Härligt att få med en expert i diskussionen! Sven-Åke, ser denna kurva liknande ut även för större verk på säg 1.5-2 MW? Jag har fått för mig att maxeffekten för dessa större verk ligger i lite högre vindhastigheter, typ 12-14 m/s. Stämmer detta?
Slutligen, kan du på ett pedagogiskt sätt förklara skillnaden mellan effekt och verkningsgrad? Jag har svårt att förklara skillnaden mellan dessa.
Hej ja detta är nog en ungefärlig kurva för de flesta verk idag, vi kan med hjälp av olika program och olika turbin diametrar "flytta" hela kurvan till vänster eller till höger i diagrammet. Detta gör man vid tex dålig årsmeddelvind, då ökar man turbindiametern men får då istället stänga av verket vid tex 20 m/s för att inte skada generatorn.
Effekten är vad du faktiskt får ut "eller om du vill ser på elmätaren", den säger ingenting om hur bra verkningsgrad turbinen har.
Verkningsgraden är hur stor del av energin i vinden turbinen faktisk kan utnytja, tex en turbin med en diameter på 10 meter och en hög verkningsgrad kan leverera full effekt vid 9 m/s, medan en lika stor turbin med dålig verkningsgrad behöver 12 m/s för att leverera samma effekt.
Diagrammet visar hur mycket energi man kan utvinna "teoretisk" med en viss turbindiameter. Ju högre verkningsgrad på turbinen ju närmare den teoretiska max energin kommer man.
Man tackar! En fråga till.. Hur mycket påverkar faktorer utöver rotorbladens storlek och utformning verkningsgraden i traditionella snabblöpare? Jag tänker främst på förluster i växellåda etc.
Det beror mycket på hur verket är konstruerat, och då menar jag axlar, lager vilken typ av växellåda osv. Vi tappar ca:3% i vår växellåda och det beror helt och hållet på att generator, växellåda, huvudaxel och broms är en enda enhet där allt ligger i oljebad.
Man kan nog säga att ju fler axlar, lager och kopplingar man har ju större förluster får man.
Då kan man ju tänka sig att en direkt driven generator borde vara bättre, och det är den, men då tillkommer ofta omvandlare och ibland batterier vilket ofta resulterar i ännu större förluster.
Jag håller på med lite tester med en egen lågvarvig generator som ska leverera 50Hz 400V och synkas in på nätet asynkront.
Om det fungerar som det är tänkt blir verken billigare och lättare.
Så Enercons stora verk som har direkt drivna generatorer har generellt sett inte en högre verkningsgrad än traditionella verk med växellåda? Har letat efter statistik från Enercon men dem är dåliga på att publicera information till skillnad från tex. Vestas.
Hej Enercons verk går med variabelt varvtal vilket gör att dom utnytjar turbinen bättre, dessutom har större verk alltid bättre verkningsgrad.
Jag kan tänka mig att generatorer och elektroniken i de stora verken är betydligt effektivare än de som finns att tillgå för småskaliga verk så verkningsgraden blir bra änndå.
Hej Sven-Åke ! Jag har en fråga angående figuren ovan med cirklarna som visar samband mellan diameter och "teoretisk kraftproduktion". Vet du vilken vindstyrka man utgår från. kW-talen är ju ganska höga så jag gissar att det måste vara på 9-10 m/s-nivån. Och den teoretiska kraftproduktionen har väl egentligen ingen övre gräns - den förskjuts uppåt ju mer det blåser. Eller ?
Hej Har försökt få fram exakta uppgifter men har inte lyckats ännu, men jag tror som du att den gäller för 9-10 m/s eftersom det är där de flesta verken har sin max effekt. Effekterna i figuren är höga eftersom den visar ju den teoretiska effekten i vinden, sedan ska man ju räkna med verkningsgraden på turbinbladen och då sjunker ju effekten rätt mycket.
Hej Sven-Åke ! Jag har idag bläddrat lite i http://hannevind.com som ofta har någonting matnyttigt, och upptäcker då något som rimligtvis måste vara ett fel. Där jämförs en snabblöpare med 4 meters turbinblad (alltså 8 m diameter) och ytan 50 kvm med en vertikalmaskin med 4 m diameter och 4 m höjd och mantelarea 50 kvm.
Sedan står det "Vid lika stor area är det bara verkningsgraden som avgör vilken turbin som ger mest energi, eftersom snabblöparen har högre verkningsgrad vinner den i längden."
Man kan lätt få uppfattningen att de här två turbinerna skulle ge samma effekt om verkningsgraden vore densamma, men det kan inte stämma. Den vindfångande arean är mycket riktigt 50 kvm i första fallet men bara 16 kvm för den vertikala snurran. Effekten hos den fritt strömmande luften strax framför rotorn som träffar den vertikala är därför bara 1/3 av effekten hos den fritt strömmande luften som träffar den vertikala. Om verkningsgraden sedan är sämre för det vertikala verket blir ju skillnaden ännu större - till snabblöparens fördel.
Mantelarean är väl rätt uträknad, men den är alltså 3,14 gånger större än snittytan hos luftströmmen som träffar rotorn och det är väl den och vindhastigheten som bestämmer energiinnehållet.
Ja du har helt rätt, men det var egentligen i första hand storleken jag ville jämföra, eftersom vertikalverken ofta marknadsförs som "vertikal verken har mycket bättre energiproduktion än liknande propeller verk"
Verkningsgraden är ju bara ca: 1/3 av ett motsvarande propeller verk, så ska man få ut samma effekt måste man bygga de bra mycket större och framför allt högre, master på 10-12 meter är ingen bra lösning.
Tack för ditt påpekande jag ska förtydliga det på hemsidan.
Nej, nu förstår jag dig inte. Du har jämfört äpplen och päron, d v s vertikalturbinens mantelyta (sammanlagd yta varvet runt) med propellerns svepyta. Dessa ytor är i det här fallet lika stora.
Men mantelytan har inte med saken att göra.
Avser vi jämföra verkningsgrad, d v s förmågan att extrahera energin ur vinden, måste vi utgå från en vertikalturbin som har lika stor svepyta (d v s bladhöjd x diameter) som propellerverket (3,14 x radien^2). Svepyta eller sveparea är oavsett maskintyp ju i princip tvärsnittet av den luftström som träffar turbinen. Luften kan ju inte blåsa mot vertikalturbinen från alla håll samtidigt.
Alltså: För att kunna jämföra verkningsgraden hos ditt (radie 4 m) 8 meters diameter (= 50 kvm svepyta) propellerverk med ett vertikalverk måste sistnämnda ha t ex 7 meter höga blad och 7 meters diameter (eller 5x10 o s v). Sedan kan man börja beräkna skillnader i verkningsgrad. Och även om man gör jämförelsen rätt tror jag att vertikalverken får stryk, dock inte med 3-1. 4-3 är nog ett rimligare genomsnittsresultat.
Men inte heller här har det någon stor betydelse för konsumenten. Pris per producerad kWh under verkets livstid är däremot avgörande, och där kan vertikalverken bli tuffa konkurrenter.
Jag gör denna jämförelse bara för att försöka visa att det som vertikalverken påstås vara bra på är ju att de har:
Betydligt bättre verkningsgrad än propeller verken De kan byggas mindre Lägre master på ca:10-12 meter räcker Roterar saktare
Det som stämmer är väl snarare att de borde kunna byggas billigare, verket i denna tråd kostar visserligen över 200 000kr för 5kW, ett motsvarande propellerverk på 5,5kW kostar ca: 150 000kr med masthöjd 15 meter och då behövs ingen extra utrustning för att ansluta det till nätet.
Men jag tror som du att dessa verken är mer lättplacerade och då kan man kanske leva med att de inte produserar på topp hela tiden, bättre lite gratis el än ingen alls.
Jag har håller själv på med ett vertikalverk, men som kommer att använda de generatorer och styrning vi idag använder till våra propellerverk.
Denna lösning ger ett billigt alternativ klar för nätanslutning, kanske en "vindkraftens folka" billig och till för alla...ett önsketänkande kanske...
http://www.melbourne.vic.gov.au/info.cfm?top=171&pg=4112
