SOP om Grøn Energi

Side 1

GRØN ENERGI

VINDKRAFT

Side 2

ABSTRAKT

In this assignment have I written about green energy, why it’s necessary that we use it and in which different ways it is possible to make this type of energy. I have described which types of energy sys-tems that we can use in Denmark and the challenges we have when we want to use 100% green energy in the future.

I have disclosed ad described how a wind turbine is working, why it has tree wings and how the wind power make the rotor turn, I have in this context included Bernoullis principle. I have also ex-plained the maximum effect a wind turbine has with Betz’ limit.

In the end have I analyzed the future for Vestas in both the Danish and international market.

Side 3

INDHOLDSFORTEGNELSE

Abstrakt .................................................................................................................................. 0 Indledning .............................................................................................................................. 1 Grøn energi ............................................................................................................................ 2 De forskellige grønne energiformer .................................................................................... 2 Vedvarende energi i Danmark ............................................................................................ 3 Vindmøllens opbygning .......................................................................................................... 5 Kræfterne på en vindmøllevinge ......................................................................................... 7 Rotoren har 3 vinger ........................................................................................................... 8 Effektiviteten for en vindmølle ............................................................................................ 9 Maximal udnyttelse af vinden ........................................................................................... 10 Vestas .................................................................................................................................. 11 konklusion ............................................................................................................................ 12 Litteraturliste ........................................................................................................................ 13 Bøger: ............................................................................................................................... 13 Links: ................................................................................................................................ 13

Side 4

1 af 17

INDLEDNING

1

Det var en kæmpe revolution verden over da man fik maskiner til massefremstilling tilbage i det 18.

århundrede. Maskinerne fungerede ved hjælp af olie, gas og kul, men det var der ingen som satte spørgsmålstegn ved; man havde ikke den fjerneste viden om, at det var skadeligt for klodens miljø og som udviklingen øgedes, blev forbruget større og større.

Det er først indenfor de seneste årtier at skaderne har vist sig: jordens lagre af fossile brændstoffer er ved at være brugt op, og der går mange millioner af år før de er reproduceret. Derudover er jor-dens temperatur på vej i opadgående retning, pga. ødelæggelserne af ozonlaget, hvilket kan give fatale konsekvenser såsom nedsmeltning af polerne som vil hæve niveauet i verdenshavene.

Størstedelen af klimaforskerne mener at jordens klimaproblemer hovedsageligt skyldes afbrænding af fossile brændsler, man har derfor skullet finde nye metoder, hvorpå der kunne produceres strøm

– helst inden jordens lagre af kul, olie og gas bliver brugt op.

Den nye metode skulle være bæredygtig og vedvarende, i modsætning til de fossile brændstoffer.

Den skulle kunne holde jorden grøn og fik deraf navnet grøn energi.

Jeg vil i denne opgave forklare hvad grøn energi er og hvordan man kan udvinde den. I den forbin-delse vil jeg komme ind på hvilke energiformer som er mest oplagte at bruge i Danmark og hvilke udfordringer der er, ved at sikre den fremtidige energiforsyning i Danmark.

Herefter vil jeg komme nærmere ind på brugen af vindenergi, hvordan den er opbygget og hvordan vindens kræfter påvirker møllen, i den forbindelse vil jeg redegøre for en mølles udbytte. Til sidst vil jeg analysere på fremtidsmulighederne for den danske vindmølleproducent Vestas i både Danmark og udland.

1

What is Green Energi? fra www.wisegeek.com

Side 5

2 af 17

GRØN ENERGI

Grøn energi er betegnelsen for en måde at producere energi på. Meningen med det er, at det skal være bæredygtigt og være mindre skadende for miljøet end hvad energifremstilling med fossile brændstoffer ellers er. Faktisk skal det helst være helt CO

2

- neutralt og så skal det helst heller ikke give affald bagefter.

De mest benyttede vedvarende energiformer er vand- og vindkraft, solenergi, geotermisk energi og energi fra biomasser, men grøn energi omfatter også udnyttelsen af jordenergi og bølgeenergi.

                             2
De forskellige grønne energiformer

3

Jordenergi er oplagring af solens stråler i jorden. Solen kan oplagre energi i jorden ved temperatu-rer helt ned til 8-10° og kan forblive der hele vinteren. Det øverste jordlag indeholder derfor et stort lager af ophobet solenergi, som genopfyldes hver sommer, år efter år. Energien kan, ved hjælp af nedgravede jordslanger og en tilsluttet varmepumpe, udtrækkes af jordlaget hele året. Varmepum-pen udnytter energien fra jordslangerne som herefter kan anvendes til varmt vand og opvarmning

af boligen. Billede 1^{3} – Udnyttelse af jordenergi

4

Geotermisk energi er udnyttelsen af vand som er blevet opvarmet i undergrunden pga. jordens indre. Denne energitype er ikke en man snakker synderligt meget om, men er en billig, miljøvenlig og støjsvag energi som vi i Danmark bruger til fjernvarme. Det bruges dog ikke direkte i almindelige varmeanlæg da det er meget saltholdigt men pumpes i stedet forbi koldt vand som så varmes op.

Når vandet er kølet ned til en temperatur på 17°C sendes det tilbage i undergrunden, på den måde sikrer man trykket i det vandreservoir, vandet hentes fra. Vandet man henter fra jorden indeholder

12 gange så meget energi som der bruges på at hente det og sende det ned igen, det er derfor en meget miljøvenlig energikilde. Da man fra politisk side ikke har fokuseret meget på denne energikil-de endnu, har vi her stadig et meget attraktivt alternativ til bl.a. fossile brændstoffer.

Bølgeenergi er en metode hvorpå man kan udnytte de store energimængder, som befinder sig i ha-vets bølger. På nuværende tidspunkt har man stadig ikke fundet en metode, som kan holde til de meget kraftige påvirkninger, det er derfor stadig noget man eksperimenterer med.

5

Vandkraft handler om udnyttelsen af den energi som er tilstede når vand er i bevægelse, det kræ-ver derfor et vandløb, hvor der er meget stor gennemstrømning. I lande som Sverige, Norge, Frank-

2

Vedvarende energi fra http://denstoredanske.dk/

3

Hvad er jordvarme? fra http://dansk-energi-center.dk/

4

Geotermisk energi fra http://www.geotermisk.dk/

5

Fakta om vandkraft fra https://corporate.vattenfall.dk/

Side 6

3 af 17 rig og Østrig er forholdende meget velegnede når der skal bygges vandkraftværker, fordi der er sto-re højdeforskelle.

6

Energi fra biomasse skal fremover være en erstatning for fossile brændstoffer i kraftværker og er et nødvendigt supplement til sol og vind i fremtidens energisystem når det gælder produktionen af strøm. En biomasse kan også bruges til fremstilling af bioethanol som kan anvendes til transport. En biomasse er alle former for organisk materiale som dannes ved planters fotosyntese.

7

Solenergi er anvendelsen af solens stråler. Solenergi kan bruges til at skaffe varme og varmt vand, elektricitet og køling. Solen sender energi ned på jorden året rundt og er derfor en meget vigtig energiressource. Der findes to metoder til at bruge solens energi: enten kan man opfange strålerne ved hjælp af solceller som omsætter lysstråling direkte til elektricitet ved hjælp af den såkaldte fo-toelektriske effekt, eller også kan man opfange den varme som strålerne giver, dette gør man ved brug af solvarmeanlæg. Et solvarmeanlæg består af en eller flere solfangere, hvori der cirkulerer en frostsikker væske som opvarmes af solens stråler, når væsken er varm ledes den til en varmtvands-beholder hvor den afgiver sin varme og ledes derefter tilbage til solfangeren.

Billede 2^{7} – Solvarmeanlæg

8

Vindenergi er et udtryk for den kinetiske energi som vinden indeholder. I mange hundrede år har mennesket brugt vindens energi til at fremdrive sejlskibe og til at udrette mekanisk arbejde ved hjælp af møller. Nu om dage bruger vi energien i vinden til produktion af elektricitet ved hjælp af vindmøller. Udnyttelsen af vindenergien er et bredt fænomen og langt den største kilde til vedva-rende energi i verden.

Udnyttelsen af vindenergien er også bæredygtig på den måde, at man kan genbruge materialerne fra vindmøllerne, når de ikke længere skal fungere i produktionen af strøm.

Vedvarende energi i Danmark

Alle de nævnte energiformer kan bruges i Danmark. Vandkraft er dog ikke ret effektivt pga. det me-get flade land som ikke har nogle vandløb med stærke strømninger. Tilbage i 1921 byggede man dog et vandkraftværk Gudenåen, men udbytte er meget lille og dækker kun 0,1 % af elforbruget. [9] Solenergi kan vi benytte os af da vi har mange solskinstimer. Mange husstande og mindre virksom-heder har i de sidste årtier opsat mange solfangere hvilket har gjort at solenergi en af de mest be-nyttede grønne energikilder i Danmark. Dog er der områder rundt om i verden hvor det er langt me-

6

Viden om biomasse fra http://www.danskenergi.dk/

7

Solvarme og solceller fra http://www.teknologisk.dk/

8

Fakta om vindkraft fra https://corporate.vattenfall.dk/

9

Vandkraft http://www.folkecenter.dk/

Side 7

4 af 17 re oplagt at bruge, da man pga. klimaet har langt flere solskinstimer, her mangler man dog stadig viljen til at udnytte den.

Jordvarme er også primært benyttet i private husstande, dog i noget mindre målestok end solener-gien.

Energi udvundet af biomasse kan bruges overalt i verden, ligeledes i Danmark. Der er stor produkti-vitet via biomasse på de danske kraftværker, og det er et område der fortsat forskes meget i, også af danskere. Den primære forskning er for at finde metoder til som ikke påvirker forbruget af fødeva-rer, bl.a. forskes der meget i udnyttelsen af alger som biomasse.

Vindenergi er den grønne energiform, der er mest benyttet i Danmark, energien fra vindmøller dækker næsten 50% af den danske elproduktionen. Der er stor politisk vilje til at udvide vindmølle-parkerne i de danske farvande, og Vestas som er en af verdens største vindmølleproducenter, og danskejet, forsøger konstant at forbedre vindmøllens udbytte. Lige fortiden er de bl.a. i gang med at undersøge om en fire-i-en vindmølle, som kan ses på forsiden, kan være en måde at producere

vindenergi på.^{10}

I Danmark har vi en visionen om være 100% selvforsynende med vedvarende energi inden 2050. [11] Problematikken i dette er dog at vi endnu har fundet en måde hvorpå vi kan oplagre energien fra bl.a. sol og vind. Dette gør at vi sælge vores strøm til andre lande når det blæser meget, og er nødt til at opkøbe når vi er i underskud fordi det er vindstille. [12]

Efter vedtagelsen af den såkaldte elkedel-lov, som trådte i kraft den 1. januar 2008, har vi fået mulighed for at anvende overskydende el til opvarmning af fjernvarme på kraftvarmeværker. Dog mangler vi stadig strøm på de dage hvor det er vindstille.

Jeg mener at måden hvorpå vi løser problemet i forhold til at kunne få et 100% grønt energisystem er vi at få det resterende forbrug af kul i kraftværker ned på 0%, og dermed bruge 100% biomasse på værkerne.

10

Fire-i-en vindmølle Dynamo s. 15

11

IDA: Smart energisystem […] fra https://ing.dk/

12

Fra vind til varmt vand fra http://www.folkecenter.dk/

Side 8

5 af 17

VINDMØLLENS OPBYGNING^{13}

En mølle er opbygget af mange forskellige dele, hvor de mest dominerende er tårnet, møllehuset og rotoren, med oftest 3 vinger. Normalt er højden af tårnet omtrent den samme som diameteren af rotoren for at det for et harmonisk udseende. Når man bygger møller på landjorden kan man dog med fordel bruge højere tårne, end hvad rotoren har af diameter, for at komme op i en højde hvor der ikke er huse og træer som påvirker vindens kraft. De påvirkende elementer gør nemlig at der er en stor forskel på belastningen af vingerne alt efter om de er i top eller bund. Hvis tårnet gøres høje-re vil der være færre forstyrrende elementer og møllen får derfor en mere ligevægtig belastning på vingerne og et større energiudbytte.

Billede 4 [14] – Vindmølletårn på farbrik Billede 3 - Vindmøllens opbygning

15

Tårnet er normalt bygget med konisk form så det spidser lidt ind foroven hvor møllehuset sidder, dette kan ses på billede 3. Tårnet er bygget af stål og er hult indvendigt. Dette for at det skal være lettere og sikrere at klatre op til huset, når der skal laves reparationer eller service. Derudover er det billigere at producere, fordi der ikke skal bruges nær så meget stål og det er lettere at transportere fordi tårnets masse ikke er nær så stor, som hvis tårnet havde være massivt.

Billede 5 [16] - Nacellens opbygning Møllehuset er ”klodsen” på toppen af tårnet og kaldes også for nacellen, det er her at møllens styresystem, som omdanner rotationsener-gien til elektrisk energi, sidder. Nacellen består af mange forskellige komponenter, hvilket kan ses på billede 5. De vigtigste af komponenterne er gear, generator, mekanisk nødbremse, styresystem, krøjemotor og krøjekrans.

Billede 6 [17] - Asynkrongenerator m. seks poler

Det er i generatoren at bevægelsesenergien omdannes til elektrisk energi. I de fleste moderne vindmøller bruger man en asynkrongenerator som er bygget som en stor trefaset vekselstrømsmo-tor. Brugen af denne generatortype har flere fordele: Den kan fungere som en motor og trække strøm fra elnettet når møllens rotor skal i gang eller drejer for langsomt rundt, den kan klare meget varierende effekt fra rotoren og så er den gennemprøvet, driftssikker, kræver kun lidt service, og så er den billig sammenlignet med andre generatortyper.

13

Grøn Teknologi - Vindenergi s. 11-16 og Sådan fungere en vindmølle fra http://www.dkvind.dk/

14

Olsen wings, selvtaget foto

15

Sådan fungere en vindmølle fra http://www.dkvind.dk/ s. 1

16

Sådan fungere en vindmølle fra http://www.dkvind.dk/ s. 3

17

Grøn Teknologi - Vindenergi s. 15

Side 9

6 af 17

En generator med seks poler som skal frembringe en vekselstrøm på 50Hz kræver ca. 1000 omdrej-ninger pr. minut, mens en rotor kun har 15-30 omdrejninger pr. minut. Man har derfor en gearkasse til at sidde imellem så højhastighedsaksen ved generatoren drejer mange gange hurtigere end lav-hastighedsakslen ved rotoren.

Krøjemotoren og krøjekransen bruges til at dreje nacellen, så rotoren altid er peget med front mod vinden så møllen har de optimale forhold til at kunne producere energi. For at nacellen kan blive korrigeret ind i den rette position, har den en vindfane til at sidde foroven. Vindfanen fortæller sy-stemet hvorfra det blæser så krøjemotoren kan indrette nacellen. Ud over vindfanen ovenpå nacel-len, sidder der også en vindhastighedsmåler som opfanger vindens, begge kan ses på billede 3.

Rotoren er en vindmølles vinger som hovedsageligt er byget af glasfiber. Når vindhastigheden er

over 4-5 m/s begynder rotoren at dreje rundt og når den opnår en bestemt hastighed, bliver genera-
toren koblet på elnettet. Når vinden blæser kraftigere end de 4-5 m/s vil den prøve at få rotoren til

at dreje hurtigere, men da generatoren er indstillet til en bestemt hastighed, bruges vindens energi i

stedet for til at producere mere elektrisk strøm. Når vindhastigheden når op på 14-15 m/s yder møl-

len sit maksimale, uanset om det er en 500kW mølle eller en 3MW mølle, da det er denne belast-ning møllens gear, generator og aksel er beregnet til at kunne holde til.

Hvis vindhastigheden stiger yderligere er man nød til at bremse møllen for at den ikke lider skade.

Der er 2 måder at gøre dette. Billede 7

18

– Stall på vingens bagside

Den ældste måde er den stall-regulerende metode. Ved denne metode er vingerne fastspændte til nacellen og udformet sådan at der på bagsiden dannes turbulens når vinden når en bestemt ha-stighed, som set på billede 7. Når vindens indfaldsvinkel øges tilstrækkeligt pga. øget vindhastighe-den stopper vinden med at klæbe til overfladen af vingen hvilket skaber turbulensen.

Fordelen vel dette system er, at der ikke er nogle bevægelige dele i rotoren, hvilket gør det simpelt og billigt at producere. Dog kræver metoden en meget krævende aerodynamisk disciplin som samti-dig påvirker hele vindmøllens strukturdynamik; bl.a. skal stall-betingede vibrationer undgås. [19] Billede 8 [18] - Pitch-reguleret vinges dreje akse

Den anden metode hvorpå man kan få vingen bremset, er ved at bruge den pitch-regulerende me-tode. Her er møllen i stand til at dreje vingerne om en akse i vindens længderetning, som vist på billede 8. Drejningen gør at indfaldsvinklen mellem vind og vingen kan reguleres så vingen begynder

18

Grøn Teknologi - Vindenergi s. 14

19

Effektregulering af vindmøller fra www.windpower.org

Side 10

7 af 17 at stalle, derimod vil vingen, når den er drejet, kræve mere kraft for at blive trukket rundt, hvilket skaber mere energi.

Fordelen ved denne metode er, at den giver et større udbytte når det blæser kraftigt end hvad stall-metoden gør. Til gengæld er metoden noget mere teknisk kompliceret og produktionen er derfor dyrere.

Hvis vindhastigheden bliver så høj at møllen over en længere periode har været over ”stopvinden” kobles den automatisk fra elnettet og køres i stilstand. Det er lidt forskelligt hvad de enkelte mølle-typer kan køre på, men normalt bringes møllen i stilstand ved en vindhastighed på 20-25 meter pr.

sekund. Tabet ved at lade møllen stoppe er begrænset, da det sjældent blæser med så stor vindha-stighed. Måden hvorpå rotoren kan bringes i stilstand er ved at det yderste, eller hele vingen, drejes ud i 90°, dette kaldes vingebremsen og er den primære bremsemetode. Den sekundære bremseme-tode er den mekaniske bremse, som består af en bremseskive på akslen mellem møllens gear og generator. Den mekaniske bremse er møllens nødbremse og bruges som en parkeringsbremse, der anvendes under service på møllen. Bremseskiven påvirkes af et sæt bremseklodser og fungerer altså på samme måde som på en bil med skivebremser.

Kræfterne på en vindmøllevinge

Når en vinge er drejet rigtigt i forhold til vinden, om det så er fordi vingen er pitchet eller fordi det ikke blæser så kraftigt, er der en opadrettet kraft F som påvirker møllevingen, så den kommer frem-ad i rotationsretningen. Kraften opstår ved at lufttrykket under vingen er laver end lufttrykket på oversiden. Grunden til at lufttrykket på oversiden er lavest er fordi vinden her er nød til at have en højere fart, og dermed et lavere tryk, for at komme omkring vingen på samme tid som luften på

undersiden. Billede 9^{20} - En vinge med fremdrift

For dette gælder Bernoullis princip: ”Når hastigheden af en luftstrøm vokser, vil trykket i luftstrøm-

                                                                   2
men falde.” Princippet kan også udtrykkes matematisk i Bernoullis ligning: pv + ⋅ = konstant.

1

2 ρ

Ligningen viser at der hvor vindens hastighed(v) er størst vil trykket (p) være mindst. Princippet siger at dette forhold er konstant fordi forhold mellem statisk tryk og dynamisk tryk er konstant. [21] Det statiske tryk vil være luftens eller væskens tryk, mens det dynamiske tryk er den kinetiske energi pr.

volumenenhed, altså massens bevægelse adderet med massefylden/densiteten(ρ).

20

Grøn Teknologi - Vindenergi s. 13

21

Hydrodynamik - Væskedynamik http://fysikleksikon.nbi.ku.dk/

Side 11

8 af 17

Rotoren har 3 vinger

Rotoren er vindmøllens vinger. Alle moderne vindmøller har tre vinger, men hvorfor lige tre? Dette er et spørgsmål som undrer mig, for ser man på et skibs rotorer og møller fra gamle dage ser man ofte mere end 3 vinger.

22

Årsagen til at man ikke kun har én enkelt vinge på en vindmølle er, at man så ville belaste tårnet voldsomt, fordi der kun ville komme belastning fra en vinkel. Den skæve belastning kræver at resten af møllen skal være kraftigere bygget end en mølle med tre vinger, selvom den kun skal bære væg-ten fra én. Derudover kræver det også en meget kraftigere vind hvis den skal kunne skabe en rotati-on med kun en vinge.

23

Årsagen til at man ikke bruger et lige antal vinger, fx 2 og 4, er fordi det ville skabe ubalance. Når den øverste vinge er i toppen, hvor den er ude for det største tryk fra vinden, vil den nederste vinge befinde sig i læzonen foran tårnet. Bruger man et større ulige antal vinger, fx 5 eller 7, vil der blive dannet turbulens, fordi vingerne sidder for tæt på hinanden. Derudover ville flere vinger også kræve et kraftigere fundament og tårn, fordi vindtrykket bliver større, dette koster flere penge at fremstil-le, lige såvel som de ekstra vinger vil øge fremstillingsprisen, og udbyttet ville ikke blive tilsvarende større.

Ved beregninger og erfaringer er man altså kommet frem til, at det er møller med 3 vinger som er mest effektive; De yder bedst og er mest økonomiske, derudover er de også mest harmoniske at se på.

24

Møllerne med de mange vinger, som jeg refererede til tidligere, bruges typisk til at drive en vand-pumpe og har altså en anden funktion end elproduktion. For at drive vandpumpen kræves et højt moment ved lave vindhastigheder, og det er netop, hvad de mange vinger leverer.

22

Hvorfor har vindmøller tre vinger? fra http://videnskab.dk/

23

Grøn Teknologi - Vindenergi s. 15

24

Spørg Scientariet: Hvorfor har en vindmølle netop tre vinger? fra https://ing.dk/

Side 12

9 af 17

                         25
Effektiviteten for en vindmølle

For at udregne hvor stor møllens effekt er, benytter man Betz’ ligning^{1}_{2}, hvor P er

3

P C v A = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅_{p}

ρ effekten i Joules.

- A er rotorens areal som udregnes ved brug af formelen^{2} Ar =⋅, hvor r i rotoren ca.er en

π vinges længde.

- ρ er symbolet for Rho og er densiteten af luften. Densiteten afhænger af hvor man befinder

sig, fx så er den ca. 1,225 kg pr. kubikmeter ved 15C° normalt atmosfæretryk.^{26}

- v er vindes hastighed i meter pr. sekund.

- C er en effektkonstant som afhænger af hvor meget energi møllen er i stand til at trække ud p af vinden, derfor afhænger det af den enkelte mølle. Udledningen af konstanten kan ses ne-denfor.

Bestemmelse af C^{27}

p

Vindhastigheden, når vinden rammer rotoren, vil være mindre end hastigheden før møllen og større end efter, vi antager at hastighed v ligger midt i mellem før og efter og er gennemsnittet af de to,

derfor få vi udtrykket v =.

() vv_{12} +

2

Billede 10^{27} – Luftmasses bevægelse om en mølle

Den lille del af vindens effekt(P) som bliver overført til møllen, kalder vi mølleeffekten(C) – denne p

defineres som: C_{P} = hvoraf P er den effekt som vinden ville have haft, hvis ikke den havde

P_{mølle}
P_{vind}

vind

                                         3
ramt vindmøllen og defineres som: P A v = ⋅ ⋅ ⋅ . P er den effekt som vinden påvirker møl-
                             vind        1

1

2 ρ mølle

len med og defineres som: P F v=⋅ hvor F   er den kraft som vinden påvirker møllen med.
                       mølle mølle      mølle

F   kan bestemmes af impulssætningen F v A v v ⋅ = ⋅ ⋅ − () , som bliver til
 mølle                             mølle        12

ρ

F A v v v = ⋅ ⋅ ⋅ − () når man isolere F .
 mølle        12                  mølle

ρ

Vi får at C_{P} = bliver til når ligningen er reduceret. Reduceringen kan

P_{mølle}
P_{vind} v_{1}^{3}

2

⎛⎞_{12}
2 ( ) ⋅ ⋅ − vv_{12}

() vv +

2

⎜⎟

⎝⎠ ses her:

25

Wind Power s. 42+43

26

Vindens energi: Luftens massefylde og rotorareal fra www.windpower.org

27

Grøn Teknologi - Vindenergi s. 21

Side 13

10 af 17

Udtrykkene for P og P sættes ind i ( ( )) ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ A v v v v_{12}

mølle vind

ligningen C_{P} =

P_{mølle} ⋅⋅⋅ Av_{1}^{3}
P_{vind}

1

2

C_{P} =

ρ ρ

Ligningen forkortes, og v omskrives til

() vv+                                                ⎝⎠
 12

2

, som vi definerede den til at være tidligere, herefter forkortes der igen.

2

⎛⎞_{12}

   2
2 ( ) ⋅ ⋅ − v v v   2
      12

2 ( ) ⋅ ⋅ − vv_{12}

vv_{11}^{33}

() vv +

C_{P} =→

⎜⎟

      2
( ) ( ) v v v v + ⋅ −

1 2 1 2

2 ⋅ v_{1}^{3}

→

Maximal udnyttelse af vinden

Betz’ lov fortæller at det teoretisk set, med vindmøller, kun er muligt at udnytte 59% af den kineti-ske energi i vinden. Hvis man havde en effektivitet på 100% ville vinden stå stille efter den havde passeret møllens rotor og hvis vinden stod stille ville luftmolekylerne ophobe sig og nye luftmoleky-

ler ville derfor ikke kunne passere møllen; man er derfor nød til at have v_{2} til at være mindre end 1.

Man kan ved brug af den matematiske formel for C udregne at vindens hastighed skal aftage^{2}_{3} når

P

den har passeret møllen, altså have en v_{2} værdi på^{1}_{3}, for at mølleeffektiviteten er højest, dette kan

også ses på billede 11. Billede 11 – Ud-regning af højeste C p

28

I praksis er det imidlertid kun muligt at udnytte op til 45-50% af energien da udnyttelsen på 59% kræver en rotor som er uendelig tynd. De 45% opnås dog kun, når møllen har sit bedste driftspunkt og er derfor ikke udtryk for hvad møllen udnytter generelt. En mølle konstrueres ud fra, hvad den oftest forekommende vindhastighed i et område er, så den opnår det mest optimale driftspunkt så ofte som muligt.

I Danmark har vi årligt flest timer hvor det blæser med 6-8 meter pr. sekund, så for at kunne udvin-de mest muligt energi fra vinden, er de danske møller konstrueret til denne vindstyrke og opnår alt-så her det bedste driftspunkt. I løbet af året er der tidspunkter hvor det blæser mere eller mindre, møllen producerer derfor energi med en anden vindhastighed. Dette gør at virkningsgraden falder pga. de aerodynamiske forhold og gør, at vi i Danmark i løbet af et år får en gennemsnitlig virknings-grad på 25-30%. Af denne energimængde tabes der 6-10 procent i gear og generator. Dermed når

28

Sådan fungere en vindmølle fra http://dkvind.dk/

Side 14

11 af 17 den samlede virkningsgrad ned på 22-28 procent. En pitch-reguleret mølle vil kunne reducere tabet med 5-7 procent og dermed opnå en højere totalvirkningsgrad.

VESTAS

29 30

Da år 2016 startede Billede 12

– Vestas aktiepriser jan. 15-jul. 16 så det godt ud for Vestas, produktionen var stor. Resultatet forbedreres i løbet af året, som man kan se på den stigende aktiepris. [31]

Den øgede aktiepris og produktion kan skyldes at USA og Kina tilbage i 2015 gav håndslag på, at begge nationer vil bekæmpe den globale opvarmning. [32] Dette kan ses på bestillinger hos Vestas: i 2014 bestilte USA samlet set ca. 1,3GW og Kina ca. 250MW hvorimod de i

2015 bestilte ca. 2,8GW og 550MG. I løbet af 2016 har der været mange ordrer hos Vestas, men ikke helt lige så mange som i 2015, om dette skal ses som et tegn på at Vestas er på vej ned? Det vil jeg ikke mene. Men de får det hårdt i USA efter at Donald Trump blev valgt som USA’s kommende præ-sident.

Billede 13 [33] – Vestas aktiepriser okt.-dec. 16 Efter valget faldt aktiepriserne drastisk. [34] Dette skyldes tydeligvis, at Trump ikke er tilhænger af at gøre noget ved den globale op-varmning, men hellere vil øge produktionen i USA af bl.a. kul for at skaffe lokale arbejdspladser. Der er derfor en manglende tro på en stigning af vedvarende energi i USA fremadrettet; hvilket forment-lig vil gøre at mængden af ordrer til Vestas på den amerikanske side af Atlanten vil falde i den kom-mende periode.

På vores side af Atlanten er Vestas blandt de førende vindmølleproducenter, men er i stærk konkur-rence med det tyske firma Siemens, som tidligere på året opkøbte bl.a. det spanske Gamesa og dermed indtog pladsen som verdens største vindmølleproducent, kun få måneder efter at Vestas var blevet udnævnt. [35] Pga. den stærke konkurrence er det vigtigt at Vestas bliver ved med at forske i hvordan en vindmølle kan forbedres, som de i som tidligere nævnt i øjeblikke gør med fire-i-en vindmøllen.

I Danmark er vindenergiens Billede 14^{37} – Vindenergiens andel i elsystemet (DK)

andel i elsystemet, som tidligere nævnt, snart oppe på 50%. De sidste ti år har tallet været stigende, og jeg har svært ved at se hvad der skulle gøre at denne udvikling ikke skulle fortsætte fremadrettet.

29

Her er C20-selskabernes fremtidsudsigter fra http://www.investorview.dk/

30

Kursdata for Vestas Wind Systems A/S (VWS) fra https://www.nordnet.dk/

31

Kinas grønne omstilling går hurtigere end forventet fra https://www.information.dk/

32

Announced wind turbine orders fra https://www.vestas.com/

33

Kursdata for Vestas Wind Systems A/S (VWS) fra https://www.nordnet.dk/

34

Vestas -aktien ramt af ny Trump-udnævnelse fra http://energiwatch.dk/

35

Siemens opkøber konkurrent og overhaler Vestas fra https://ing.dk/

Side 15

12 af 17

36

I Danmark er vi generelt meget fokuserede på at være så grønne som overhovedet muligt, vi vil gerne blive ved med at gå forrest og vi er dermed en inspiration for resten af verden.

Vi har viljen, evnerne samt et miljø som gør det oplagt at bruge vindenergi, og det er derfor sand-synligt, at Vestas i fremtiden fortsat vil være store i Danmark.

KONKLUSION

Jeg har fundet ud af hvor nødvendigt der er at få omstillet vores hverdag så den bliver mere bære-dygtig og vi dermed ikke ødelægger vores klima mere end hvad det er på nuværende tidspunkt. Jeg har fundet frem til at vi i Danmark bør fortsætte med brugen af vindenergi, som allerede nu næsten er oppe og producere 50% af vores strøm i elnettet, da vi har et klima med optimal blæst til dette.

Derudover at vi i fremtiden skal bruge endnu mere biomasse i kraftvarmeværkerne så vi kan reduce-re forbruget af de fossile brændstoffer og have et bæredygtigt supplement til produktionen af strøm på de dage hvor det ikke blæser tilstrækkeligt. Med vindenergi og biomasse vil vi i fremtidigt kunne få et fungerende bæredygtigt energisystem i Danmark.

Jeg har gjort rede for og beskrevet en vindmølles opbygning, effekten for en vindmølle og hvordan kræfterne påvirker en vinge. Jeg har i den forbinde fundet ud af 3 vinger på en vindmølle simpelthen er det mest optimale. Dette skyldes at en mølle med én vinge kræver en lige så stærk konstruktion som en mølle med tre vinger pga. den skæve belastning, en mølle med et lige antal vinger vil skabe ubalance fordi rotoren på samme tid vil have en vinge som bliver fuldt belastet og en vinge som lig-ger i læ af tårnet og en mølle med et højere tal ulige vinger end 3 vil give en risiko for turbulens mel-lem vingerne og giver ikke et tilstrækkeligt stort udbyttet i forhold til den yderligere produktionspris.

Til sidst har jeg analyseret på Vestas fremtid og er kommet frem til at de selvom der er lidt mod-gang, grundet valget af Trump som præsiden, så skal de nok overleve på markedet hvis de fortsæt-ter deres forskning i af forbedre vindmøllens udbytte.

36

Statsministerens tale […] fra http://stm.dk/

Side 16

13 af 17

LITTERATURLISTE

Forsidebillede: http://www.dtu.dk/om-dtu/nyheder-og-presse/dynamo1/nyhed?id=c6919fd0-f30f-
180d06f7f8fc&utm_device=web&utm_source=RelatedNews&utm_campaign=Tema-

Vind-ellers-taber-vi

Bøger:

Fire-i-en vindmølle. Dynamo, 12-15. Andersen, M. (December 2016).

Grøn Teknologi - Vindenergi. Bjarning Grøn. Fysikforlaget. (2016).

Uendelig Energi. Niels Best. ILLUSTRERET VIDENSKAB. (2016).

Wind Power. Cambridge. Musgrove, P. (2010).

Links:

Announced wind turbine orders. (u.d.). Hentet fra https://www.vestas.com/:
https://www.vestas.com/en/investor/announcements#!wind-turbine-orders

Dansk vindstrøm slår igen rekord – 42 procent. (15. Januar 2016). Hentet fra

http://energinet.dk/: http://energinet.dk/DA/El/Nyheder/Sider/Dansk-vindstroem-slaar-

igen-rekord-42-procent.aspx

Effektregulering af vindmøller. (1. Juni 2003). Hentet fra www.windpower.org:

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/da/tour/wtrb/powerreg.ht

m#anchor1387445

Fakta om vandkraft. (31. August 2016). Hentet fra

https://corporate.vattenfall.dk/: https://corporate.vattenfall.dk/om-energi/el-og-
varmeproduktion/vandkraft-fakta/

Fakta om vindkraft. (18. April 2016). Hentet fra https://corporate.vattenfall.dk/:
https://corporate.vattenfall.dk/om-energi/el-og-varmeproduktion/vindkraft-fakta/

Fra vind til varmt vand. (Efter 2008). Hentet fra http://www.folkecenter.dk/:
http://www.folkecenter.dk/mediafiles/folkecenter/pdf/Fra-stroem-til-vand.pdf

Geotermisk energi. (u.d.). Hentet fra http://www.geotermisk.dk/.

Her er C20-selskabernes fremtidsudsigter (12. April 2016). Hentet fra

http://www.investorview.dk/: http://www.investorview.dk/article/her-er-

c20selskabernes-fremtidsudsigter

Hvad er jordvarme? (u.d.). Hentet fra http://dansk-energi-center.dk/:
http://dansk-energi-center.dk/faq/hvad-er-jordvarme

Side 17

14 af 17

Hvorfor har vindmøller tre vinger? (23. Februar 2014). Hentet fra

www.videnskaben.dk: http://videnskab.dk/sporg-videnskaben/hvorfor-har-vindmoller-

tre-vinger

Hydrodynamik - Væskedynamik (u.d.) Chano Birkelind. Hentet fra

http://fysikleksikon.nbi.ku.dk/: http://fysikleksikon.nbi.ku.dk/h/hydrodynamik/

IDA: Smart energisystem bringer os effektivt i mål i 2050. (17. November 2015). Hentet fra

https://ing.dk/: https://ing.dk/artikel/ida-smart-energisystem-bringer-os-effektivt-i-maal-

i-60

Kinas grønne omstilling går hurtigere end forventet. (9. Marts 2016). Hentet fra

https://www.information.dk/: https://www.information.dk/udland/2016/03/kinas-

groenne-omstilling-gaar-hurtigere-forventet

Kursdata for Vestas Wind Systems A/S (VWS). (u.d.). Hentet fra
https://www.nordnet.dk/:
https://www.nordnet.dk/mux/web/marknaden/aktiehemsidan/index.html?identifier=32
58&marketplace=14

Siemens opkøber konkurrent og overhaler Vestas. (17. Juni 2016). Hentet fra

https://ing.dk/: https://ing.dk/artikel/siemens-opkoeber-konkurrent-og-overhaler-

vestas-184991

Solvarme. (u.d.). Hentet fra http://www.teknologisk.dk/:
http://www.teknologisk.dk/ydelser/solvarme/35186

Solceller. (u.d.). Hentet fra http://www.teknologisk.dk/:
http://www.teknologisk.dk/ydelser/solceller/35302

Spørg Scientariet: Hvorfor har en vindmølle netop tre vinger? (29. Januar 2016). Hentet 20.

12 2016 fra https://ing.dk/: https://ing.dk/artikel/spoerg-scientariet-hvorfor-har-en-

vindmoelle-netop-tre-vinger-181781

Statsministerens tale på Venstres klimakonference ”Danmark som grøn vindernation” den 5.

maj 2009 (u.d.). Hentet fra http://stm.dk/: http://stm.dk/_p_12842.html

Sådan fungere en vindmølle. (maj 2013). Hentet fra http://www.dkvind.dk/:
http://dkvind.dk/fakta/T1.pdf

Vandkraft. (Marts 2014). Hentet fra http://www.folkecenter.dk/dk/:
http://www.folkecenter.dk/dk/rd/boelgekraft/boelgekraft/vandkraft/

Vestas -aktien ramt af ny Trump-udnævnelse. (8. December 2016). Hentet fra

http://energiwatch.dk/:
http://energiwatch.dk/Energinyt/Renewables/article9211311.ece

Side 18

15 af 17

Vedvarende energi. (14. Maj 2014). Hentet fra http://denstoredanske.dk/:
http://denstoredanske.dk/It%2c_teknik_og_naturvidenskab/Energi%2c_varme_og_k
%C3%B8leteknik/Energiforsyning_og_-forbrug/vedvarende_energi

Viden om biomasse. (17. Oktober 2016). Hentet fra http://www.danskenergi.dk/:
http://www.danskenergi.dk/Biomasse

Vindens energi: Luftens massefylde og rotorareal. (25. juni 2003). Hentet fra

www.windpower.org: http://xn--drmstrre-64ad.dk/wp-
content/wind/miller/windpower%20web/da/tour/wres/enerwind.htm

What is Green Energi? (u.d.). Hentet fra www.wisegeek.com:

http://www.wisegeek.com/what-is-green-energy.htm