Vindmøller | Teknologi B

2009

HTX 2. år

2.x HTX Sønderborg

Teknologi B rapport

10. november 2009

VINDMØLLER

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Indholdsfortegnelse

Indholdsfortegnelse ........................................................................................................................................... 2

Indledning .......................................................................................................................................................... 3

Vindmøllers historie .......................................................................................................................................... 4

Hollands møller.............................................................................................................................................. 4

Charles F. Brush – En vindmøllepioner .......................................................................................................... 4

Poul La Cour Mølle......................................................................................................................................... 4

Gedsermøllen ................................................................................................................................................ 5

Tvindmøllen ................................................................................................................................................... 5

Vestas ............................................................................................................................................................ 5

Vind .................................................................................................................................................................... 6

Vindens energi ............................................................................................................................................... 6

Vinden afbøjes ............................................................................................................................................... 6

Hvad sker der længere bagved rotoren (nedstrøms)? .............................................................................. 7

Vindhastighed og energi ................................................................................................................................ 8

Placering ............................................................................................................................................................ 9

Placering af vindmøller .................................................................................................................................. 9

Vekslende vindhastigheder ........................................................................................................................... 9

Turbulens ..................................................................................................................................................... 10

Hvordan virker en vindmøller og hvad er der i den ........................................................................................ 11

Hvad er der i den ......................................................................................................................................... 11

Opbygning ................................................................................................................................................ 11

Komponenter i nacellen .......................................................................................................................... 11

Hvordan virker vindmøllen? ........................................................................................................................ 12

Stall & drag .................................................................................................................................................. 13

Effektregulering ........................................................................................................................................... 13

Møllens størrelse ......................................................................................................................................... 14

Mølledesign ..................................................................................................................................................... 15

Hvor mange rotorer ..................................................................................................................................... 15

Forskning & Udvikling ...................................................................................................................................... 16

Forskning af havmøller ................................................................................................................................ 16

Havmøllefundamenter ................................................................................................................................ 16

Konklusion ....................................................................................................................................................... 17

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Indledning

I anledning af vores fag teknologi har vi fået til opgave at skrive en rapport om vindmøller konkret. Med

særlig henblik på hvordan vingerne endelig virker og hvorfor der er tre rotor og ikke en eller to. Det

spørgsmål vil blive besvaret, men jeg har valgt at skrive generelt om vindmøller i rapporten, fra dets histo-

rie til i dag, og ud til fremtiden.

Vindmøller er en bæredygtig energikilde, dvs. at det ikke udleder CO

eller nogle andre former for stoffer.

På grund af globale opvarmning er vindmøller en af de muligheder for at reducere vores CO

forbrug, da

det er en grønnere energikilde.

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Vindmøllers historie

Vindmøllers historie går langt tilbage i historien for ca. 6000 år siden. Disse vindmøller skulle sandsynligvis

være bygget i Kina, disse vindmøller ligner ikke dem som vi kender i dag. De bestod af nogle vinger der sad

lodret i en rundkreds. De første egentlige vindmøller man kender til, stammer fra omkring år 640 e. K. Disse

vindmøller blev brugt i Persien. Den første vindmølle i Europa blev bygget omkring år 1100, som blev brugt

til at pumpe vand op med og som kornmøller. De ældste europæiske vindmøller havde kraftigt tårne, som

var bygget af sten eller mursten. Vingerne var bygget af sejl og spændt ud på et træskelet. Disse vindmøller

kan stadig væk ses i dag i Grækenland eller andre middelhavslande.

Hollandske møller

Siden 1200-tallet er der blevet brugt vindmøller i Danmark, hvor de første var bygget af træ, som blev brugt

til at male korn, disse vindmøller var typen hollandske møller. I 1800-tallet kom der en ny type vindmølle til

Danmark fra Holland. Omkring 1875 havde man 6-8.000 hollandske møller i Danmark hvor de alle blev

brugt til at male korn for landbruget. I slutningen af 1800-tallet blev der gennemførte en voldsom mekani-

sering af landbruget, hvilket gjorde at man fik brug for energi til at trække de nye maskiner. Dette betød at

mange gårde blev udstyret med en husmølle, der skulle trække tærskeværk, kværne og andre maskiner på

gården. Industrialiseringen betød at der omkring 1920 var ca. 30.000 vindmøller i Danmark. Vingerne på

mange møller bestod i starten af et træskelet betrukket med sejldug.

Charles F. Brush – En vindmøllepioner

Charles F. Brush som var grundlæggeren til den amerikanske el-industri, opfandt en meget effektiv jævn-

strømsdynamo til elforsyning. Det vides at vinteren mellem 1887-88 byggede han den første automatisk

fungerende vindmølle til elfremstilling, møllen havde en diameter på 17 m og havde 144 rotorblade i ceder-

træ.

Poul La Cour Mølle

I 1891 eksperimenterede La Cour med vindkraft til produktion af elektrisk strøm. Hans mølle producerede

jævnstrøm til højskolen i Askov hvor han var lærer og senere producerede også strøm til byen. Han ekspe-

rimenterede også med at oplagre vindens energi i form af brint og ilt.

1, 2, 3, 4

http://designprocessen.dk/baeredygtigt/vind/distribution/

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Gedsermøllen

Johannes Jull gennemførte i 1950 en række forsøg

med vekselstrømsproducerende vindmøller. Han

opbyggede det såkaldte Gedsermølle, som har

været en inspirationskilde til vindmølleindustri

gennem 1970erne og frem til i dag. Gedsermøllen

havde en effekt på 200 kilowatt, og tre vinger med

diameter på 27 meter. Jull opfandt også luftbrem-

ser da sidder på vingespidserne af mange moderne

vindmøller.

Tvindmøllen

Da olielandene i 1973 satte prisen på råolie kraftigt

op, blev interessen for vindenergi endnu større. Elever og lærere på Tvind-skolerne ved Ulfborg opførte fra

1975-78 det såkaldte ’’verdens største vindmølle’’ med en vingediameter på 54 meter og 53 meter højt

betontårn.

Tvindmøllen blev bygget ud over elever og lærere med samarbejde med ingeniør om vingeprofilet og be-

regninger. Tvindmøllen har den fordele at vingerne på møllen stiller sig i læsiden af tårnet, så belastninger-

ne på krøjesystemet bliver reduceret. Møllens maksimale effekt er på 960 kilowatt, halvdelen af hvad gene-

ratoren kan yde. Tvindmøllen kører stadig i dag og produktionen har passeret over 12 mio. kilowatt-timer.

Vestas

I 1970erne begynder den vestjyske maskinfabrik egentlig at udvikle vindmøller som alternativ energikilde,

hvor de før beskæftigede sig med fremstilling af landbrugsmaskiner. Den første vindmølle fra Vestas kom

på markedet i 1979. Vestas startede med at producere en piskerismølle, som ikke havde det stor fordel og

var ikke særlig effektiv. Derfor udviklede de videre, og efter testning af mange vindmøller, fandt de en ef-

fektiv vindmølle den såkaldte HVK-mølle, stamfar til vestats-møller. I 1987 begyndte firmaet udelukkende

af producere vindmøller. Indtil i dag har firmaet haft mange enkeltordrer som har gjort Vestas til en af fø-

rende producent af vindmøller i dag.

1& 3

http://designprocessen.dk/baeredygtigt/vind/distribution/

http://www.dkvind.dk/fakta/pdf/M5.pdf

Figur 1: På billedet ses gedsermøllen, med en effekt på 200

kilowatt og 27 meter i diameter.

http://designprocessen.dk/baeredygtigt/vind/distribution/

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Vind

Vindens energi

En vindmølle omdanner vindens kræfter til et drejningsmoment, som derefter driver vindmøllens rotorbla-

de. Det energi der bliver overført til rotorbladene afhænger af dets rotorareal, luftens massefylde og vind-

hastighed.

Luftens massefylde

år et legeme bevæger sig er energien proportional med legemets vægt.

Bevægelsesenergien i vinden afhænger af luftens massefylde, eller med

andre ord jo tungere luft jo mere energi overføres der til vindmøllen. Ved

normalt atmosfæretryk ved 15 grader celsius vejer luften ca. 1,225 kg pr.

kubikmeter. Ved stigende luftfugtighed aftager massefylden en smule.

Kold luft vejer normalt mere end varm luft. Ved store højder f.eks. er luft-

trykket og luftens massefylde dermed lavere.

Rotorareal

Rotorarealet bestemmer hvor meget energi en vindmølle kan få ud fra

vinden. En typisk vindmølle på 1.000 kW har en rotordiameter på 54 me-

ter og et rotorareal på ca. 2.300 kvadratmeter. Rotorarealet vokser med

kvadrat på rotordiameteren, så vil en vindmølle med dobbelt så stor ro-

tordiameter modtage 4 gange så meget energi, 2

= 4.

Vinden afbøjes

Vindmøllen vil i virkelighed afbøje vinden, inden den når

rotorplanet. Det betyder også at vi aldrig vil få 100 %

energi fra vinden ved hjælp fra en vindmølle.

Strømrøret

Vindmøllen bliver nødt til at bremse vinden når den skal

opsamle bevægelsesenergien og omdanne den til rota-

1 & 2

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres/enerwind.htm

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres/tube.htm

Figur 2

viser hvordan en cylindrisk

skive luft med tykkelse på 1 m b

væger sig gennem den 2.300 m^2

rotor på en 1.000 kW vindmølle.

http://www.talentfactory.dk/da/to

ur/wres/enerwind.htm

Figur 3 viser hvordan den langsomme vind til venstre vil

opfylde et større rumfang bagved rotoren end på højre

side.

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres/tube.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

tionsenergi, og det betyder at vinden bevæger sig langsommere på venstre side end på højre side af roto-

ren. Den mængde luft der løber gennem rotorarealet fra højre pr. sekund er den samme som den mængde

luft, der forlader rotorarealet til venstre, dermed udfylder luften et større areal i røret bagved rotorplanet.

Bagved rotorplanet bliver vinden ikke bremset til det endelige hastighed, men bliver gradvis opbremset,

indtil hastigheden bliver næsten konstant.

Lufttrykkets fordeling foran og bagved rotoren

Billedet viser lufttrykket som er aftegnet lodret, og vandrette akse viser

afstanden fra rotorplanet. Rotoren er i midten og vinden kommer fra

højre. Dvs. at når luften nærmer sig rotoren fra højre, vil lufttrykket efterhånden stige, fordi rotoren virker

som en forhindring for vinden. Mens lufttrykket til venstre falder kraftigt bag rotorplanet. Bagefter stiger

det til det normale lufttryk i området.

Hvad sker der længere bagved rotoren (nedstrøms)?

Bag ved rotoren vil vinden efterhånden begynde at aftage, når vi bevæger os bort fra vindmøllen, pga. tur-

bulensen i vinden, får den langsomme vind til at blande sig med det hurtigere vind fra det omgivende om-

råde bag ved rotoren.

Hvorfor ikke et cylindrisk strømrør?

Vindmøllen i en cylindrisk strømrør vil sag-

tens kunne dreje rundt. Men det der ende-

lige sker, er som vi ved at vinden til venstre

side for rotoren bevæger sig med en lang-

sommere hastighed, end på højre side.

Men vi ved også at mængden af luften der

kommer ind i røret fra højre side hvert

sekund, er den samme mængde der forla-

des på venstre side. Dermed ved vi slutte

med at rotoren i røret er en forhindring for

vinden, så det luft der kommer fra højre side vil blive presset uden om røret, på grund af overtrykket på

højre side. Så derfor er den ikke det rigtige metode med hvad der sker med vinden når den møder en vind-

mølle.

1, 2, 3 & 4

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres/tube.htm

Figur 4 viser vindmøllens rotor placeret i en stort glasrør.

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres/tube.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Vindhastighed og energi

Den mængde energi vind-

møllen omdanner til elektri-

citet afhænger meget af

vindhastigheden. Energiind-

hold i vinden varierer med 3.

potens af den gennemsnitlige vindhastighed. Vinden indeholder 8

gange så meget energi, hvis der er dobbelt så høj hastighed. Ener-

gien bliver udnyttet ved at vindmøllerne bremser vinden. Når

vindhastigheden bliver fordoblet, kommer der dobbelt så mange

skiver luft gennem rotoren pr. sekund, og hver skiverne indeholder

fire gange så meget energi.

Formel for vindens effekt

Formel for effekten af vinden der passerer vinkelret gennem en cirkulær flade er:

࢖ =

૚

૛

∗ ࣋ ∗ ࡭

࢘࢕࢚࢕࢘

∗ ࢂ

૜

∗ ࡯

࢖

p = vindens kraft (Watt)

Ρ (rho) = massefylden af tør luft (1.225 kg/m

ved 15

A = møllens rotorareal

V = vindens hastighed (meter pr. sekund)

Eksempel på beregning af vindens kraft

rotor

= ߨ ∗ ݎ

ଶ

= ߨ ∗ 40

ଶ

݉ = 5026,55 ݉

ଶ

Ud fra de mulige data kan vi finde møllens effekt ved hjælp af formlen.

݌ =

∗ 1,23 ∗ 5026,55 ∗ 10

ଷ

∗ 0,59

Møllens effekt regnes til

= ૚, ૡ૛૝ ۻ܅

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres/enrspeed.htm

http://hjemmesider.eucsyd.dk/vt/Downloads/Teknologi/Vindmoelle/Energi%20i%20vinden%20v5.pdf

Figur 5

viser ved vind hastighed på 8 meter

pr. sekund er effekten på 314 W/m^2, når

vinden står vinkelret på rotorareal. øges

vindhastigheden til 16 m/s, vil effekten blive

8 ga

nge højere, dvs. 2509 W/m^2.

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres

/enrspeed.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Placering

Placering af vindmøller

Inden man planlægger at opføre vindmøller, skal der første findes ud af om området er egnet til at opstille

vindmøller på. Først bliver der undersøgt om der overhovedet er vind nok i området. Når der er en rimeligt

vindpotentiale, opstilles der målemaster, hvor dets primære arbejde er at måle Wind Shear, som er udtryk

for vindens hastighed i takt med højden. Målemasteren er integreret med tre til fem forskellige måleudstyr,

hvor det også er vigtigt at måle vindhastigheden i forskellige højder, for at kunne beregne hvor meget vind-

hastigheden stiger.

En anden ting er også vigtigt nemlig vindretning, for at bestemme hvordan møllerne skal stå i forhold til

hinanden. Men også afstanden mellem møllerne, for at undgå af møllerne skaber turbulens. Der bliver ta-

get målinger i mindst et år, så man kan finde den årlige gennemsnitlige hastighed, som er grundlaget for

meget elektricitet møllen kan producere. På grund af at vinden varierer år for år, så varierer også produkti-

onen af elektricitet. Men målingerne fra det målte år er altid usikkert, derfor bruger man ofte landtidsdata i

en periode på 20 år, så det mere er sikkert.

Man bruger det såkaldte vindressourcekort til at bestemme det mest energirige områder på det planlagte

område. Vindressourcekort tager højde for de faktorer, der påvirker vinden, f.eks. ruhed der omfatter byg-

ninger, huse osv. altså ting der er blevet bygget i landskabet. Orografi er selve naturens konturer som bak-

ker og bjerge der påvirker vinden. I 1000 meters højde over jordens overflade, er vinden meget kraftigt,

derfor placerer man generelt vindmøller på bjerg eller bakker. Men jo højere man kommer op jo lavere

bliver densiteten, hvor energimængden derefter aftager i vinden. Under 1000 meters højde er vinden ikke

så effektiv, jo tættere det kommer på jorden og dermed bremses af ruheder.

Vekslende vindhastigheder

Vindhastigheden varierer altid, og derfor skifter

vindens energiindhold hele tiden. Hvor meget vind-

hastigheden der præcis skifter afhænger af vejret,

terrænet og lægivere i landskabet. Dermed varierer

vindmøllens energiproduktion også med skiftende

http://www.vestas.com/Admin/Public/DWSDownload.aspx?File=%2fFiles%2fFiler%2fDA%2fBrochures%2fDUPOW_DK

.pdf

Figur 6 viser hvo

dan vindhastigh

den varierer i 3

timers intervaller

døgnet rundt.

http://www.talent

facto-

ry.dk/da/tour/wre

s/variab.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

vindhastigheder, selvom der bliver erstattet for de mest kortvarige skift på grund af trægheden i vindmølle-

rotoren.

I Danmark i de fleste steder er der mest vind om dagen end om natten. Vindhastigheden varierer som sagt

meget, på grund af at forskellen mellem hav- og lufttemperatur er størst om dagen. Men også fordi at der

er mere turbulens om dagen. Men faktisk er det en fordel, at vindmøllerne producerer mere strøm om

dagen, fordi det er der hvor elforbruget er størst om dagen end om natten.

Turbulens

I områder bag ved lægivere og meget ujævn overflade er der meget

turbulente vindforhold med mange hurtigt kredsene bevægelser. Når

der er meget turbulens, så er det svært for vindmøllerne at udnytte

energien fra vinden. Samtidig bliver der også øget slitagen fra turbu-

lensen på vindmøllen. Det er også grunden til at vindmølletårne laves

så høje, at turbulens fra vinden tæt på jordoverfladen ikke når op til

rotorarealet.

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/wres/variab.htm

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/wres/turb.htm

Figur 7

viser hvordan turbulens øger variationerne i vindens hastighed.

http://www.talentfactory.dk/da/tour/wres/turb.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Hvordan virker en vindmøller og hvad er der i den

Hvad er der i den

Opbygning

En vindmølle består af fire hovedkomponenter, et fundament, som er beton i jorden, et tårn, en

nacelle (møllehus), og en rotor. Det er det fire elementer som man kan se udefra. Ind i nacellen,

ligger der så de mindre dele, såsom gearkassen, generator, skivebremse osv.

Komponenter i nacellen

En normal vindmølle består af ca. 13 hoveddele, hvis der ses bort fra tårnet og soklen. Ind i nacellen ligger

de 11 små dele.

Navet

Dette er den del som vingerne er fastgjort på. Navet sidder på lavhastighedsakslen.

Lavhastighedsakslen

Vindmøllens lavhastighedsaksel forbinder navet med gearkassen. På en moderne 600 kW vindmølle roterer

rotoren relativt langsomt med omdrejningshastigheder fra ca. 19 til 30 omdrejninger pr. minut. Akslen in-

deholder rør fra vindmøllens hydrauliksystem, der kan udløse de aerodynamiske bremser.

Højhastighedsakslen

Denne roterer med ca. 950 - 1500 omdrejninger i minuttet og driver den elektriske generator. Akslen er

forsynet med en mekanisk skivebremse.

Den mekaniske bremse bruges kun i nødsituationer, hvor de automatiske aerodynamiske bremser svigter,

eller hvis der skal fortages service.

Gearkassen

Lavhastighedsakslen går fra navet til gearkassen. Gearkassen får højhastighedsakslen til at løbe ca. 50 gan-

ge hurtigere end lavhastighedsakslen. Dette foregår ved at der sidder et stort tandhjul på lavhastighed-

sakslen og et lille på højhastighedsakslen. Tandhjulene er lavet af en halvhård fleksibel kerne med en hård

overflade, der sikrer styrke og lang holdbarhed. Det gøres ved, at tandhjulene opvarmes, efter at deres

tænder er blevet lavet. Herefter køles de langsomt ned, mens de ligger i et kulholdigt pulver. Kullet vil så

reagere med metallet i overfladen. Det sikrer et højt kulindhold og stor holdbarhed i overflademetallet,

http://www.vestas.com/da/moderne-energi/oplev-vind/sådan-fungerer-en-vindmølle.aspx

http://www.windmission.dk/workshop/BonusTurbine.pdf

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

mens stålet inde i tandhjulet forbliver blødt og fleksibelt. På den måde mindskes støjen fra gearkassen og-

så.

Generatoren

Er normalt en såkaldt asynkrongenerator (også kaldet en induktionsgenerator). På en moderne vindmølle

er den maksimale elektriske effekt typisk på mellem 500 og 1650 kW.

Elektroniske styresystem

Det elektroniske styresystem indeholder en computer, som hele tiden overvåger vindmøllens og krøjesy-

stemets tilstand. I tilfælde af fejlmeldinger (f.eks. overophedning af generator eller gearkasse) vil styresy-

stemet automatisk stoppe vindmøllen og via et telefonmodem ringe til vindmølleoperatøren.

Krøjemekanismen

Krøjesystemet bruger elektriske motorer til at dreje (krøje) vindmøllen op mod vinden.

Krøjemekanismen styres af det elektroniske styresystem, som får informationer om vindretningen fra vind-

fanen. Normalt vil vindmøllen kun krøje et par grader af gangen, når vinden ændrer retning.

Hydrauliksystemet

Dette bruges til at styre vindmøllens aerodynamiske bremser.

Køleenheden

Køleenheden indeholder en elektrisk ventilator, som bruges til at afkøle den elektriske generator. Den in-

deholder også en enhed, der afkøler olien i gearkassen. Nogle vindmøller har vandkølede generatorer som

vi kender fra biler.

Hvordan virker vindmøllen?

En vindmølle udnytter vindens energi til at producerer elektricitet, ved at vingerne fanger vinden,

som derfor drejer rundt. Det sker ved at når vinden rammer vingen, skabes der overtryk på forsi-

den af vingen og på bagsiden skabes der undertryk, og det er det der får vingen til at dreje rundt.

Derefter bliver den mekaniske energi ført hen til gearkassen i nacellen. Derfra ledes den videre til

en generator, hvor den mekaniske energi bliver lavet til elektrisk energi. Gearkassens formål er at

omdanne vingernes langsomme rotationshastighed til generatorens høje rotationshastighed, dvs.

hvis vingerne rotorer med 15 omdrejninger pr. minut, så vil generatoren roterer med 1500 om-

http://www.windmission.dk/workshop/BonusTurbine.pdf

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

drejninger pr. minut, fordi det er møllens omsætningsforhold 1:100. Ud fra generator føres elek-

triske energi videre til elnettet via en højspændingstransformer, som forsyner folk med strøm.

Stall & drag

Stall er den situation der opstår, når flyets vinger mister deres opdrift, enten fordi at indfaldsvinklen på

vingerne øges så meget eller farten på luftstrømmen forbi vingerne bliver for lille. Når dette sker luft-

strømmen på oversiden af vingen holder op med at binde til overfladen langs vingen, men dermed bevæger

luften sig i turbulens i stedet for. Stall opstår hvis møllevingens overflade ikke er fuldstændig glat og jævn,

selve et lille stykke selvklæbende tape kan være nok til at starte et stalleffekt på rotorbladene, selv med en

temmelig lille angrebsvinkel.

Drag også kaldet luftmodstand vil normalt øges, når det areal som vender mod vindretningen bliver større.

Effektregulering

Vindmøller er bygget til at producerer elektricitet så billigt som muligt. En vindmølle producerer mest ener-

gi ved ca. 15 m/s. Da det sjældent blæser så meget, så kan det ikke betale sig at udføre vindmøller til krafti-

gere vind.

Når det blæser kraftigt, skal den overskydende energi på en måde tabes eller bruges, for at undgå at vind-

møllen bliver skadet. Derfor er alle vindmøller designet sådan med en form for effektregulering. Der er fire

forskellige måder at gøre det på.

Stallregulering brugte man på de første vindmøller. Vingens profil er bygget sådan så der opstår en begyn-

dende stallfunktion ved vindhastighed på 15 m/s, og dermed stiger vindmøllens effekt ikke yderligere, dvs.

effektkurven skal være hel flad. Men det har vist sig at det er meget besværligt at få effektkurven til at blive

hel flad.

Pitchregulerede har en vingenav der er opbygget sådan så rotorbladene kan dreje, dermed kan man be-

stemme indfaldsvinklen i forhold til vindens hastighed og generatorens effekt. Vingerne på vindmøllen bli-

ver styret af pitchmerkanisme fra kontrolcentret, der for rotorbladene til at pitche ud af vinden en brøkdel

af gangen, når rotoren samtidig drejer rundt.

http://www.dkvind.dk/fakta/pdf/T1.pdf

http://da.wikipedia.org/wiki/Stall

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/wtrb/stall.htm

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/wtrb/powerreg.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Aktiv stallregulerede er opbygget som pitchregulerede møller, ved lav vindhastigheder vil den regulere

som pitchregulerede mølle, men dets vinger drejer den modsatte retning af en pitchreguleret, dvs. ind-

faldsvinklen bliver øget så der opstår en stall på vingerne, og dermed kan man styre elproduktionen mere

nøjagtigt end ved de andre to reguleringsformer.

Vingeklapper/flaps er også brugt på nogle ældre vindmøller, den virker sådan at rotoren bliver delvis ud af

vinden for at mindske effekten, men det bruges kun på små vinger. På store vindmøller vil konstruktionen

belaste for meget.

Møllens størrelse

Vindmøllens størrelse har en stor betydning for effektprodukti-

on. Rotorens areal og vindhastighed bestemmer hvor meget

energi vi kan opnå på et år. Hvis generatoren er for stort i en

mølle, så skal der også kraftigt vind til at kunne dreje generato-

ren overhovedet.

Billedet viser vindmøllens rotordiameter, en typisk 600 kW

vindmølle vil have en normal rotordiameter på ca. 44 meter.

Hvis rotordiameteren bliver fordoblet får man en område fire

gange større, dermed får man ca. fire gange så meget effekt ud

af rotor.

Større vindmøller har det fordel at det kan levere el til en lavere

pris end små maskiner. De passer meget godt til havs, og i områder der normalt er svært at finde placering,

dermed kan man placere en stor vindmølle, og udnytte vindstyrken mere effektivt.

Små vindmøller har den fordel for elnet, da ikke kan håndtere stor produktion fra en stor vindmølle. øko-

nomisk er det billigere at bruge små møller, fordi der ikke skal bruges store kraner og bygge vej til at trans-

porterer små møller.

http://nive2.dk/index.php?option=com_content&view=article&id=47:vind&Itemid=50

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/wtrb/size.htm

Figur 8:

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/wtrb/size.ht

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Mølledesign

Hvor mange rotorer

Man bygger ikke et lige antal rotorblade, fordi så vil vindmøllens stabilitet svinge. Men dermed en rotor

med ulige vinger, vil betragtes nogenlunde som en skive, når man skal beregne maskinens strukturelle

egenskaber. En lige antal blade giver stabilitetsproblemer for en maskine med en stiv struktur. Grunden er

at i det øjeblik, hvor det øverste blad bøjes tilbage, fordi den får maksimal styrke med sig, passerer det ne-

derste blad ind i læzonen foran tårnet.

Trebladede vindmølle

I dag er de fleste vindmøller trebladede. Designet er fra det danske koncept, som andre kon-

cepter evalueres i forhold til. De største del af vindmøller der bliver solgt i dag på markedet, er

denne type vindmøller med treblade. Møllerne er tvangskrøjede, dvs. elektrisk krøjemekanis-

me holder møllen mod vind. Den grundlæggende design er fra Gedservindmøllen.

Tobladede vindmølle

Tobladede vinger har den fordel, at det er økonomisk billigt og man sparer vægten af et

rotorblad. Møllen er ikke særlig populær på markedet pga. hvis møllen skal trække den

samme mængde energi ud af vinden, skal den køre med højere rotationshastighed, en

ulempe både for støjen og visuel påvirkning. Møllens design er også mere

kompliceret end trebladede. For at undgå høje lastpåvirkninger skal møl-

len give sig nogle efter, når rotoren passerer tårnet, derfor har den en hængslet rotor.

Selve rotoren er fastgjort til en aksel, som står vinkelret på hovedakslen, og drejer sam-

men med hovedakslen.

Etbladede vindmølle

Vindmøllen har samme problemer som tobladede mølle, derfor er den

heller ikke særlig populær. Men møllen skal bruge en ekstra modvægt,

der er placeret modsat af rotorbladet for at balancere konstruktionen.

Det begrænser selvfølgelig vægtbesparelse og endnu et rotorblad.

1 / teksten og billederne fra

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/design/concepts.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Forskning & Udvikling

Forskning af havmøller

Der bliver og er blevet gjort meget for at forske vindmøller til havs, da det både er billigere fundamenter og

ikke påvirker menneskets syn. I 1996 blev der vedtaget fra regering at der skulle opføres 4000 MW offshore

vindmøller i Danmark inden år 2030, og dermed kunne det dække 50 % af det danske elforbrug sammen

med 1500 MW møller på landet. Når disse vindmøller engang er blevet bygget vil det i nogle periode bety-

de at det vil dække mere end 100 % af det danske elforbrug, derfor skal det ses i sammenhæng med det

skandinaviske elsystem, som er baseret på vandkraft. Og det gør det også til verdens største investering i

vindkraft nogensinde. I 2002 blev Horns Rev på 160 MW den første danske havmøllepark.

Havmøllefundamenter

Betonsænkekasser

De første vindmøller brugte gravitationsfundamenter, der brugte tyngdekraften til at holde fundamentet

oprejst på havbunden. I dag er der eksempel på morderne sænkekasser i Vindeby og Tunø Knob havmølle-

parker. Der bliver brugt armeret stål til fundamenter, da bliver sejlet ud til deres placering, og derefter fyl-

des op med sand og grus for at opnå den nødvendige vægt. Betonsænkekasser har den ulempe, at det er

tungere og dyrere at installere på vanddybder over 10 meter, derfor blev man nødt til at finde en anden

alternativ løsning.

Stålsænkekasser

I dag i morderne havmølleparker bliver brugt stålsænkekasser, en cylindrisk stålrør

placeret på en flad stålboks på havbunden. En af fordelene ved stålsænkekasser er

vægten, stålkonstruktionen vejer kun mellem 80 og 100 tons for vanddybder mellem 4

og 10 m, mens det færdige fundament skal have en vægt på godt 1.000 tons. Dermed

er det også lettere at transportere og installere mange fundamenter hurtigt efter hin-

anden. En anden fordel er at fundamentet ikke behøver laves på havet. Selvom det

bliver lavet på landet, kan det bruges i alle typer havbund.

Enkeltpæl

Fundamentet består af en stålrørspæl på 3,5 til 4,5 m tykkelse, pælen

bliver lagt ned i havbunden 10 til 20 m, hvor meget den skal ned afhænger af vanddybde, vind osv. Fordel

ved enkeltpæl er den hurtig kan blive bygget og at havbunden ikke skal bearbejdes på forhånd. Mens ulem-

pen er at den ikke kan installeres i alle steder og der kræves tungt udstyr for at få fundamentet på plads.

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/rd/offintro.htm

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/rd/concrete.htm |

http://guidedtour.windpower.org/da/tour/rd/gravitat.htm

Figur 9: Typisk stålsænkekasse.

http://guidedtour.windpower.org/da/to

ur/rd/gravitat.htm

2.x

2009

H T X S ø n d e r b o r g

Side

Konklusion

Samlet set kan jeg konkludere ud fra denne rapport at vindmøller har eksisteret i mange år helt tilbage til

oldtiden og vil blive brugt længere hen i fremtiden. I de sidste 200 år har mennesker forurenet så meget at

jordens klimatiske forhold er vil at ændre sig. Da vindmøller er en bæredygtigt energikilde og ikke forure-

ner, så er menneskerne begyndt at bruge det mere og opfør hver måned nye vindmøller, som skal løse jor-

dens problemer, så vi stadig engang kan bruge elektricitet ud i fremtiden uden hensyn eller problemer.

Vindmøller bliver udviklet år for år, der kommer altid nogle nye virksomheder med nye ideer, universitets-

elever er med til at udvikle vindmøllen. Derfor tror jeg at vi om 10-20 år har nogle nye vindmøller, som er

mere effektive og mindre i størrelse. Og man vil også finde på nogle mere effektiv måder eller mere de-

signmæssig at placere vindmøllen i steder hvor de kan producere elektricitet tæt på hvor der skal ledes

strøm hen, uden at man særlig ligger mærke til.

Men ellers har forløbet gået godt og som planlagt. Den tid vi havde fået til rapporten er virkelige blevet

brugt. Dermed også meget lærerigt, selvom jeg har arbejdet med vindmøller før, så lærer man altid nogle

nyt. Det jeg ikke kunne finde ud af før eller ikke kunne får det til at hænge sammen, har jeg nu fået svaret

på i denne rapport.