Vindenergi från blåst

Den största gröna energikällan i världen är vinden

Vindenergi har formligen exploderat de senaste 20 åren. En större andel av luftens rörelseenergi omvandlas idag till el genom utvecklingen av allt effektivare kraftverk. Hela planeten skulle i stort sett kunna förses med el flera gånger om ifall all snålblåst utanför våra fönster hade omvandlats till el. Vart femte år fördubblas den globala produktionen av vindel, och varje dag placeras ungefär hundra nya vindkraftverk ut runt om i världen.

Vindenergi har fördelen att vara en kostnadsfri resurs som inget enskilt land kan ta patent på, men även att det går betydligt snabbare att sätta upp en vindkraftspark än något annat kraftverk. En ojämn fördelning av solens värme över jordens längd- och breddgrader, temperaturer som varierar vid marken, ger tillsammans upphov till lutftrycksskillnader som resulterar i vind. Luftens molekyler försöker att jämna ut dessa tryckskillnader och flyttar då mellan hög- och lågtrycken. Våra vindkraftverk kommer således att drivas så länge solen lyser.

Bild: Vindar uppstår då naturen vill jämna ut så att det blir lika överallt, och luften börjar röra på sig.

(https://ugglansno.se/fy7-grundfysik-2/)

Fossila bränslen kan ersättas av vind

130 000 miljarder kilowattimmar vilket motsvarar 80 procent av världens energiförbrukning kommer från fossila bränslen. Det skulle krävas 15 miljoner vindkraftverk på vardera 3 megawatt för att ersätta de fossila bränslena. Idag finns det betydligt mindre kapacitet hos vindkraften med 145 000 vindkraftverk på tre megawatt. Tanken är trots allt inte orealistisk vare sig ur ett tekniskt eller utrymmesmässigt perspektiv. Använder vi den tillgängliga marken för en utbyggnad av vindkraften, krävs ett vindkraftverk på var tioende kvadratmeter på land.

Skulle vi istället utnyttja de ytor som finns till havs hade hela Europas energiförbrukning kunnat täckas med exempelvis nio vindkraftsparker i Nordsjön. Sådana här stora vindkraftsparker växer just nu så det knakar och företag tävlar om vem som kan bygga de största vindkraftverken. De stora vindkraftverken brottas dock med en fysikalisk lag som säger att volymen ökar snabbare än ytan när något växer i storlek. Stora och tunga vindkraftverk kan således försämra utbredningen av dem.

Om längden på en vinge i vindkraftverket fördubblades blir ju ytan fyra gånger större och anläggningen producerar naturligtvis fyra gånger så mycket el. Dock ökar ju vindkraftverkets tornvolym åtta gånger, vilket resulterar i höga kostnader gällande material, transporter och underhåll.

Bild: Middelgrundens vindkraftspark i Öresund.

(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Middelgrunden_wind_farm_2009-07-01_edit_filtered2.jpg)

Till havs kan vindkraftverken stå överallt

Flytande förankrade anläggningar är en ny metod som ingenjörerna arbetar med för att minska produktionskostnaderna för stora vindkraftsparker. Istället för att bygga tunga fundament som måste anpassas till förhållandena på havsbotten, är en lösning att vindkraftverket ska placeras på en cylinder som flyter i vattnet som en boj förankrad med kättingar i botten. Fördelen med denna metod är att dessa flytande vindkraftverk kan placeras på många fler platser i havet än nuvarande vindkraftsparker som endast kan stå på 40-50 meters djup.

Dessa vindkraft verk är även flexibla och kan flyttas till en plats det blåser mer på genom att kapa förtöjningarna och segla iväg till den nya platsen och förankra dem igen. Ingenjörerna har också genom minigeneratorer i vingarna försökt optimera de framtida vindkraftverken för att utnyttja de små luftvirvlar som bildas i luften som befinner sig bakom vingen. Lidarsystemet som är en metod för att mäta avstånd och används för att mäta damm eller pollen partiklars rörelse i luften för att ta reda på vindhastigheten samt vindriktningen innan den når vindkraftverket.

Bild: Sprängskiss av ett vindkraftverk.

(https://www.maskinisten.net/viewtopic.php?f=5&t=117281)

I KIna sker en ökning av vindkraften

Kina producerade mer vindel än Europa år 2015 då Kina utökade sin kapacitet med 30 gigawatt till 145,1 gigawatt, jämfört med Europas 141,6 gigawatt. Även om Kina tekniskt sett inte har lika stabila tekniska lösningar som de stora vindkraftsproducenterna i världen, kommer konkurrensfördelen att driva på den tekniska utvecklingen. I latinamerika är det Brasilien som är ledande när det gäller vindkraft eftersom den ursprungliga vattenkraften är känslig för torka vilket resulterat i en satsning på vindel istället.

Afrika har förutom sina solkraftverk nu även sett fördelarna med vindel och lagt den till sin energiproduktion. Men trots producerar står jordens största kontinent fortfarande för den minsta procenten av världens vindel, även om Afrika kommer behålla intresset för vindenergin i ytterligare många år.

Bild: Afrika blir nytt eldorado för vindkraft: Ngong Hills, Nairobi i Kenya.

(https://borsen.dk/nyheder/avisen/artikel/11/120745/artikel.html)

Vindenergi är handelsvara mellan olika länder

Vindenergi är trotsallt en oförutsägbar resurs i den mån att det bara genererar ström när det blåser. En viktig faktor gällande framtidens vindkraft komer att utgöras av internationell handel med vindel. När det blåser mycket kan man ta till vara vindelen och sedan transportera den vidare. Men när det inte blåser finns det istället vattenel att ta tillgå. Stora elledningar planeras att läggas i Nordsjön mellan England, Danmark och Norge. Vid Englands kust fångas vindenergin in och kan vid ett överskott sändas över till Skandinavien. När vinden sedan når Danmark och Norge kan överskottsenergin sändas över till England.

I både Sydamerika, Kina och USA byggs nu så kallade smarta nät som fördelar elen över större geografiska områden. Strömmen går på det här viset inte förlorad. Idag har det effektivaste vindkraftverket en kapacitet på 8 MW och en vinglängd på 80 m, medan ett vindkraftverk år 2030 kommer att ha en kapacitet på 10 MW och en vinglängd på 100MW och ytterligare kapacitet på 50 MW och en vinglängd på 150 m år 2050. Med tanke på att vindkraftverken ökar i antal och den snabba teknikutveckligen kring dessa, lär det inte dröja så länge innan priset för produktion av fossila bränslen kommer vara den samma. Framtidens energikällor räknas på allvar tillsammans med den nu över hundra år gamla vindkraften som en energikälla för framtiden.

Bild: Gotland blir labb för nya smarta nät.

(https://www.nyteknik.se/energi/gotland-blir-labb-for-nya-nat-6402384)

I de högre luftlagren kommer framtidens vindkraftverk finnas

Vindkraftverken kommer i framtiden kanske inte ens vara förankrade i marken, utan istället sväva 200-1000 meter upp i luften. Eftersom vinden är starkare i de högre luftlagren kan ännu mer el utvinnas. Vindkraftverkens produktion kan således bli hundra gånger större än vad den är idag om forskarna klarar av att utveckla vindkraftverk som kan flyga i de kraftiga jetströmmarna tiotusen meter upp i luften och omvandla den höga rörelseenergin till el. Desto högre upp i atmosfären man kommer, ju mer blåser det.

Exempelvis kan en vindstyrka på tre meter per sekund vid marken vara sju meter per sekund endast 500 meter upp i luften. Energi som kan utvinnas ur vinden ökar med vindhastigheten i tredje potens, dvs. om vindhastigheten fördubblas så ger vinden åtta gånger så mycket energi. Uppe på 10 000 meters höjd når jetströmmarna hastugheter runt hundra meter per sekund, vilket är stora krafter om man jämför med de 33 meter per sekund som motsvarar startvärdet hos en orkanstyrka. Än så länge befinner sig ett slags flygplan med inbyggda vindkraftverk som ska konstrueras för att flyga på tiotusen meters höjd enbart på ingenjörernas ritbord.

Bild: Altaeros Energies flygande vindturbin AWT stiger i en heliumballong till 300 meters höjd.

(https://www.nyteknik.se/energi/flygande-vindkraft-ger-dubbelt-upp-6417804)

Även om forskarna hela tiden hittar lättare och mer hållbara material är det inte realistiskt att bygga över 1000 meter höga traditionella vindkraftverk. Vindhastigheter som når orkanstyrka får traditionella vindkraftverk att stanna, eftersom vingar med för hög hastighet riskerar att skadas. Även skakningar orsakade av för hög vindstyrka kan även fortplanta sig i tornet och till fundamentet och förstöra vindkraftsanläggningen.

Ett flygande vindkraftverk på hög höjd drabbas inte av lika mycket turbulens eftersom vindarna här uppe inte påverkas av berg och byggnader. Det blir således inga ryckningar och skakningar som kanske skulle ha förstört ett traditionellt vindkraftverk, trots att vidstyrkan i de högre luftlagren är betydligt högre.

Bild: Turbulens.

(https://24volt.eu/vind_energi.php)

Luftens flexibla vindkraftverk

Där det av olika anledningar inte går att ha traditionella vindkraftverk som exempelvis i avlägsna städer som ligger utanför elnätsanslutningen eller i områden som p.g.a. någon katastrof, skurits av från normala enegikällor. Vindkraften kan också se till att annan teknik som exempelvis antenner för telekommunikation och väderstationer kan nyttjas. Det är än så länge bara ett fåtal mindre tillverkare som kan erbjuda vindkraftverk inom denna nisch, eftersom de flygande vindkraftverken är nya och inte har prövats. Det första svävande vindkraftverket är dock uppe i luften ovanför Alaska och består av en heliumballong i en jättestort format försedd med en vindturbin.

Bränsle sparas med hjälp av drakar

Andra mindre flygande vindkraftverkstillverkare tänker fånga vinden med hjälp av drakar. Dessa utspända tygstycken fästa i linor bygger på principen av en vanlig traditionell drake. När vinden tar tag i drakens tyg drivs dragkraften i linan en strömgenererande generator som är belägen på marken. Det tyska företaget SkySails har tidigare utvecklat en teknik med fallskärmsliknande fastspända drakar stora som fotbollsplaner framför containerfartyg. Fartygen får således drivkraft av drakarna som flyger på flera hundra meters höjd och fartygens diselförbrukning kan minskas med 10-15 procent.

SkySails arbetar nu med att använda sig av den här tekniken till att sätta upp ett vindkraftssystem till havs med svävande drakar 200-800 meter över havets yta. Det finns en klar fördel med dessa drakar vilket är att de är lätta att installera och underhålla, samt kan placeras på platser där vattnets djup är mer än 40 meter. Det här visionerna är ingen utopi, utan t.o.m. företag som ägnar sig åt att utveckla vindkraftverk som är tänkta att stå på marken bedömer att en del av vindkraftsbranschen om några år kommer att ha lämnat marken.

Bild: Nästa generations flygande vindkraftverk. H-form, med en rotor i varje hörn.

(https://www.metro.se/artikel/himmelsk-vindkraft-kan-ers%C3%A4tta-k%C3%A4rnkraft-xr)