NR 31 MARTS 2003 N Y H E D E R F R A V I N D M Ø L L E I N D U S T R I E N VINDFORMATION
VEJEN TIL ET BEDRE KLIMA EU VENTER PÅ BENDTSEN Den 21. marts 2002 gav økonomi- og erhvervsminister Bendt Bendtsen følgende svar på et 20-spørgsmål (S 1325):»Af Europa-parlamentets og Rådets direktiv 2001/77/EF af 27. september 2001 om fremme af elektricitet produceret fra vedvarende energikilder inden for det indre marked for elektricitet fremgår det, at medlemsstaterne senest den 27. oktober 2002 og derefter hvert femte år skal vedtage og offentliggøre en rapport med de vejledende nationale mål for det fremtidige forbrug af elektricitet fra vedvarende energikilder.«kommissionen venter stadig. VINDFORMATION, Nr. 31 marts 2003. Udgives af Vindmølleindustrien. Må gerne citeres med kildeangivelse. Redaktionen er afsluttet den 7. marts 2003. Ansvh. redaktør: Søren Krohn Redaktør: Jakob Lau Holst Redaktion: Anja Pedersen, Benny Jørgensen, Claus Bøjle Møller, Katrine Sandstrøm Grafik: Annbritt Andersen Forside: Vejen frem. Allé med Sorbus intermedia Samsø, december 2002 Forsidefoto: Søren Krohn Design og produktion: Mikael Trägårdh Design Tryk: From & Co. A/S ISSN 1395-7465 Abonnement er gratis i Danmark og bestilles på e-mail danish@windpower.org eller fax 3373 0333 Tidligere numre af Vindformation kan downloades fra: www.windpower.org Vindmølleindustriens syn på regeringens»oplæg til klimastrategi for Danmark«: Danmark bør bruge sin klimastrategi til både at få mere miljø for pengene og til at opnå en bæredygtig energiforsyning. Regeringens oplæg til en klimastrategi er for ensidigt fokuseret på køb af CO 2 -kvoter. HØJST KYOTO FOR PENGENE Oplægget giver muligvis Kyoto-opfyldelse for pengene men giver desværre hverken mere miljø, bedre klima eller en bæredygtig energiforsyning. At købe CO 2 -kvoter, som andre lande ikke har brug for, nedbringer ikke det globale CO 2 -udslip med et eneste ton. Det vil udelukkende være en kapitaloverførsel fra Danmark til et eller flere østeuropæiske lande. Og Danmark risikerer tilmed at stå med et elunderskud i løbet af en kort årrække. I bedste fald planlægger regeringen altså at smide et par milliarder kroner af elforbrugernes penge ud af det østvendte vindue. Men kursen påfører også elforbrugerne en stor økonomisk risiko, fordi markedsprisen på CO 2 -kvoter kan stige til det dobbelte, hvis USA skulle tiltræde klimakonventionen hvorved efterspørgslen stiger, eller Rusland beslutter kun at sætte få kvoter til salg hvorved udbuddet falder. I værste fald vil det være flere milliarder kroner, som regeringen risikerer at sende ud med det fossilt opvarmede badevand. Det er synd, for nogle af de mange milliarder kan bruges bedre og mere langsigtet ved at fremme udviklingen af den stadigt billigere CO 2 -fri energi i Danmark og i udlandet. FREMTIDENS ENERGI Alle fremskrivninger viser, at Danmarks energibehov er støt stigende, og uden nye investeringer vil Norden om få år have et elunderskud svarende til Danmarks samlede forbrug. Regeringen bruger som grundforudsætning en stort set fast elpris i størrelsesordenen 20 øre/kwh, hvilket er for lidt til at forrente investeringer i ny elkapacitet ligegyldigt om det er vedvarende eller fossil. Regeringen planlægger formentligt ikke bevidst med, at Danmark skal øge sin energiforsyning ved at fyre med mere kul i de eksisterende kraftværker? Det ville i så fald gå stik imod EUs fælles mål om en stadig mere bæredygtig energiforsyning i de kommende år. De nye vedvarende energikilder skal ifølge direktivet om el fra vedvarende energi både gavne miljøet, forsyningssikkerheden og erhvervsudviklingen. Den danske regering har tilsyneladende helt glemt de øvrige mål i oplægget til klimastrategien. Den billigste måde at etablere ny kapacitet med alle kendte teknologier giver en ren produktionspris på ca. 33 øre/kwh. Faktisk er det kun gasfyret kondenskraft og vindkraft, der kan præstere så lave priser. Derfor er det misvisende, når regeringen bruger de 13 øres prisforskel på den postulerede markedspris og omkostningen ved ny elkraft til at Side 2
lande på en reduktionspris på 269 kr./ton CO 2 ved brug af vindkraft. Beregningen glemmer, at der skal etableres ny kapacitet. Sammenligningen bør derfor reelt være mellem to typer ny elkapacitet, hvor den ene produktionsform udleder CO 2 og den anden ikke gør. Derfor er reduktionsprisen ved vindkraft rundt regnet 0 kr./ton CO 2 i forhold til det billigste fossile alternativ. VIND GIVER VELFÆRD Regeringen kommer ikke kun fejlagtigt frem til, at vindkraften er en dyr måde at få mere miljø for pengene. Regeringens tal er oven i købet behæftet med så betydelige usikkerheder, at øges elprisen blot 4 øre/kwh, og sænkes realrenten fra 6 pct. til 3 pct. p.a., vil reduktionsprisen ved brug af vindkraft ifølge regeringens egne beregninger falde til 86 kr./ton CO 2. Det er væsentligt under oplæggets pejlemærke om 120 kr./ton CO 2 for indenlandske tiltag. Ved at fokusere ensidigt på CO 2 - prisen udlægger regeringen et røgslør, som skjuler de forureningsskader, der også undgås ved vindkraft. I det store europæiske forskningsprojekt, ExternE, har man opgjort de eksterne omkostninger ved forskellige energiteknologier. Selv hvis man accepterer regeringens høje tal for CO 2 -reduktion, men medregner de eksterne omkostninger som undgås, er vindkraft ikke blot den billigste teknologi til ny elkapacitet den giver i forhold til kulkraften en velfærdsgevinst på 208-558 kr. for hvert ton CO 2, man reducerer. Det må kaldes en god forretning for samfundet. Når regeringens energipolitik fastlægges, bør der derfor være plads til en fortsættelse af demonstrationsprogrammet for havmøller, og den vedvarende energi bør opprioriteres for udenlandske tiltag. Demonstrationsprogrammet vil både nationalt og globalt give mere miljø for pengene og indeholder vigtige trædesten frem mod at gøre vindkraften endnu billigere. Regeringens egen rapport Udbudsprocedure og vilkår for havvindmøller er et godt sted at starte. SAMSØ VISER VEJEN FREM Samsø har på kun fem år konverteret fuldstændigt til vedvarende energi. Ved at satse målrettet på bæredygtig teknologi er Samsø faktisk nettoeksportør af vedvarende energi. Den nye havvindmøllepark på Paludan Flak producerer vedvarende energi, som Samsø eksporterer som kompensation for den traditionelle energi, der stadig bruges i transportsektoren. Havmølleparken fortrænger årligt ca. 19.000 t CO 2. Side 3
STOP EN HALV Tekst og foto af Jakob Lau Holst Servicevognen er på besøg, og møllen står stille. Montørerne har krøjet rotoren på Voldby Møllelaugs mølle en halv gang ud af vinden, og møllens tipbremse er aktiveret. Vejrudsigten siger 3-5 grader og sydvestenvinden blæser med over 12 m/s. Der er masser af vindenergi i luften, men møllen er stoppet, og rotoren krøjet en halv gang ud af vinden. Et serviceprogram har faste terminer, og Voldby Møllelaugs mølle skal have sit store årlige serviceeftersyn.vindformation var med. Det blæser godt, og der er ingen»hokker«i dag. I montørernes fagjargon betyder det, at der ikke er udskrevet ad hoc opgaver i dag for servicemontørerne Søren Sønderlund og John Danielsen. En»hokker«er frit oversat en fejlmeldt mølle, som er stoppet, og som kræver en servicemontør til at starte den igen. Dagens opgave for Søren og John er et planmæssigt eftersyn af Voldby Møllelaugs mølle. Rotoren er stoppet og manuelt krøjet en halv gang ud af vinden. Det tager vindpresset af rotoren, og servicemontørerne kan klatre på arbejde i møllen med en navhøjde på 48 m og en rotordiameter på 48 m. MOMENTER AF RUTINE Foruden en ekstraordinær udskiftning skal John og Søren i dag lave et fuldt eftersyn.»vi skal igennem over hundrede forskellige punkter på tjeklisten. Alle sikkerhedssystemerne skal kontrolleres, alle bevægelige dele bliver smurt, alle filtre udskiftet, og vi laver et visuelt tjek af hele møllen,«fortæller John. Endelig bruger de flere timer på at efterspænde 10 pct. af alle bolte på møllen. Serviceprogrammet har et rotationsforløb, som sikrer, at man i løbet af en tiårsperiode kommer igennem alle bolte på møllen. Servicemontørerne har specialværktøj, som hjælper med at sikre den rigtige efterspænding. Og det er nødvendigt. De flere hundrede bolte, som sidder i samlingen mellem tårnets nederste og øverste del, skal f.eks. efterspændes med et moment på nøjagtig 1.400 newtonmeter. Hvis man bare tager sin store svensknøgle fra hobbyværktøjskassen, så skal der lægges en hel del vægt i for at få et tilsvarende moment. Faktisk over 500 kg eller rundt Side 4
regnet syv montører stablet ude på spidsen af svensknøglen. Det er en både upraktisk og unøjagtig metode, så derfor bruger montørerne hydrauliske spændeværktøjer med indbyggede måleinstrumenter. Andre dele oppe i selve nacellen kan efterspændes med håndværktøj med udveksling.»de hel- og halvårlige serviceeftersyn er selvfølgelig rutinepræget arbejde, men rutinen giver os den fordel, at vi kender alle systemer i hver enkelt mølle,«fortæller John. ET GODT TEAM Montørerne har begge været hos NEG Micon i snart tre år og kørt sammen i mere end to år. John er uddannet mekaniker med en fortid hos flyvevåbnet, hvor han blandt andet har været udstationeret på Cypern og i Kuwait. Søren er elektriker med en fortid hos elforsyningen. De har for nylig også været med til at sætte nye møller op.»nogle gange kan man under servicetjekket godt undre sig over, hvorfor tingene er lavet på en måde frem for en anden. Det var derfor meget nyttigt at få indsigt i, hvorfor vore kolleger gør, som de gør. På den måde lærer man noget nyt hver dag.det er svært at sige hvilken uddannelsesmæssig baggrund, der er bedst i et job som det her. Det vigtigste er nok, at man har prøvet noget andet før og kan tænke selv,«fortæller Søren. John stemmer i:»ja, man skal kunne lidt af hvert. Det er det, som gør vores arbejde så varieret og tilfredsstillende. Vi har utroligt mange forskellige slags opgaver.«bevæbnet med møllens servicepapirer fortsætter han:»der var en hokker på den her mølle for godt tre måneder siden pga. vibrationer. Når der kommer sådan en melding fra computeren, fortæller den om fejlen, men ikke om den præcise årsag. Vi fandt frem til, at vibrationerne skyldtes et problem på friktionsbremsen. Men det kunne også have været is på vingerne eller måske en kortslutning.«sikkerhed FREM FOR ALT»Når man klatrer op og ned så mange gange, som vi gør, så sker der før eller siden et eller andet. Derfor er sikkerhedsudstyret altid på,«fastslår John. Inden man overhovedet kommer ind i møllen skal sikkerhedsudstyret på: sikkerhedssko, klatregrej og hjelm.»selv en lille møtrik slår hårdt, hvis den bliver tabt ned fra flere meters højde,«siger de samstemmende. Montørerne har været igennem en grundig sikkerhedsuddannelse, som udover førstehjælp indeholder emner som løfteteknik, brandslukning, omgang med kemikalier og stærkstrøm. Desuden har de været på et såkaldt nedfiringskursus, så de kan fire sig selv eller makkeren ned, hvis det skulle blive nødvendigt. ONLINE SERVICE Vindmøller har en indbygget computer, som overvåger driften. Det er bl.a. computeren, der sørger for at krøje nacellen, hvis møllens vindmåler viser, at vinden skifter retning. Udover at lave målinger på selve driften, holder computeren også øje med, om møllen kører fejlfrit. Hvis systemet opdager en mulig fejl, lukker computeren møllen ned og sender en rapport til det centrale servicecenter. Hvert andet sekund er der desuden forbindelse mellem computeren i vindmøllen og NEG Micons servicecenter for at sikre, at computeren hele tiden fungerer, som den skal. I servicecenteret kan medarbejderne ud fra møllens fejlrapport og dens servicepapirer forsøge at rette fejlen og genstarte møllen via computerforbindelsen. I de tilfælde, hvor det er for usikkert eller ikke muligt at genstarte møllen fra centralt hold, kontaktes det nærmeste montørteam. Når montørerne har rettet fejlen, bogføres det i møllens servicepapirer, og en rapport sendes ud til møllens ejer, som igen kan glæde sig, når det blæser. I GOD FORM For at komme de 48 m op til nacellen skal man klatre op ad den fastmonterede stiges 175 trin inden i tårnet. Halvvejs oppe er der en lille platform, lige der hvor tårnets øvre og nedre dele er boltet sammen. Desuden er der yderligere to små platforme, hvor man kan hvile sig. På vejen op til nacellen er montørerne fastgjort til en faldsikring på en wire, der hænger langs stigen.»nogen gange bliver man lidt træt i armene, hvis man har været oppe og nede 6-7 gange på en dag,«fortæller Søren.»Derfor plejer vi også at bruge møllens udvendige hejs til at få værktøjet og de tunge dele op, inden vi går i gang.«men egentligt virker stigen ikke som noget særligt problem.»nå, jeg henter lige en kop kaffe,«siger John pludselig og forsvinder ned ad de Side 5
Når tipbremsens hydraulik skal efterses, kan servicemontøren stå på en platform 2 m nede i en af vingerne. Montørerne har altid faldsikring på uden for nacellen. 175 trin. Kun 20 minutter tidligere har han været nede efter et stykke værktøj, som ikke kom op med hejsen. Fysikken er i orden. KEMI PÅ HØJT NIVEAU De små tomandshold tilbringer mange timer meget tæt sammen. Selvom der ikke er klaustrofobisk trangt i nacellen, så er der heller ikke plads til de store armbevægelser. Mens John og Søren arbejder, sidder de næsten på lårene af hinanden for at få plads. Som den ene siger i frokostpausen:»man skal ikke være genert heroppe i nacellen.«montørerne arbejder efter en særlig ordning, hvor de er på arbejde syv dage og har fri syv dage. Deres normale arbejdsdag er 7-18, men det hænder, at de ikke kommer hjem før klokken 22 om aftenen.»jeg henter som regel John, før vi møder. Når man også tager vores transport med, så bliver det til mange timer, vi er sammen,«bemærker Søren. En arbejdsuge på 80-90 timer er ikke unormal. Men de er begge meget tilfredse med deres arbejde. John fortæller:»jeg ville ikke bryde mig om at skulle tilbage til en normal arbejdsuge, hvor man kun har to dages weekend. På den her måde har jeg faktisk mere tid til mine fem børn og fritidslandbruget. Selvom det er klart, at familien stort set ikke ser os, de uger vi er på arbejde.«en GAMMEL HOKKER For tre måneder siden var der en»hokker«på Voldby Møllelaugs mølle, som blev ordnet med en midlertidig reparation. En hokker er servicemontørernes jargon for en mølle, som er stoppet, og som har brug for en montør for at blive genstartet. Som en del af vedligeholdelseskontrakten skal møllen derfor oveni serviceeftersynet nu have skiftet en 83 kg tung friktionsbremse på den såkaldte krøjemekanisme. Krøjemekanismen drejer møllens nacelle, så at rotoren altid står vinkelret på vinden. På moderne møller bruger man tvangskrøjning, hvor små elektromotorer og gear krøjer møllen op til flere gange i minuttet. På den måde udnytter møllen vindenergien optimalt og minimerer det slid, som opstår, hvis rotoren kører skævt på vinden. Friktionsbremsen, som skal skiftes, holder nacellen låst mellem krøjningerne for at minimere belastningerne på de bevægelige dele. Den 83 kg tunge friktionsbremse lirkes på plads med hjælp fra en lille kran installeret til formålet. Side 6
Halvvejs oppe, men der er stadig langt til toppen. Side 7
MED TURISTENS ØJNE Af Katrine Sandstrøm SØREN KROHN Side 8
Der er godt nyt til borgmesteren i Nysted på Lolland, hvor man går med planer om at oprette et besøgscenter til den kommende havvindmøllepark på Rødsand. En ny skotsk undersøgelse viser nemlig, at turisme og vindmøller med fordel kan kædes sammen. Ni ud af ti af de adspurgte turister siger, at vindmøllerne har haft ingen eller en positiv effekt på deres besøg. Faktisk ville otte ud af ti være interesserede i at besøge et eventuelt besøgscenter i en vindmøllepark. Hvert år tiltrækker det skotske højland mange turister, men de kommer ikke kun for at smage single malt whisky og høre mænd i kilt spille sækkepibe. En af Skotlands hovedattraktioner er den smukke natur: Saftigt grønne bakker, der rejser sig dramatisk i landskabet, af og til kronet med en borgruin fra en svunden tid, dengang mænd var mænd, og bakkedalene genlød af sværdklinger, der mødtes i heftig duel. Men de rullende bakker har ikke kun turismen som en væsentlig ressource de stormfulde højder gør samtidig, at Skotland har nogle af Europas bedste vindressourcer. Spørgsmålet er så, om de to interesser er modstridende om turister vil synes, at vindmøller skæmmer landskabet? En ny undersøgelse tyder på, at der ikke er nogle problemer i den retning. Snarere tværtimod. NATUR OG MØLLER Over 300 turister i Argyll & Bute i det naturskønne skotske højland er blevet interviewet i undersøgelsen, der er fra september 2002. Selvom størsteparten af turisterne har besøgt områder med vindmølleparker, var kun to ud af fem turister klar over deres eksistens. Blandt disse mente 43 pct., at vindmøller havde en positiv effekt på deres indtryk af Argyll som turistmål. Ligeledes mente 43 pct., at effekten var lige positiv og negativ, mens kun 8 pct. følte, at møllerne havde en negativ effekt. Næsten samtlige adspurgte turister sagde, at vindmøllernes tilstedeværelse ikke havde nogen indflydelse på, hvorvidt de ville besøge Argyll igen. Herudover stillede otte ud af ti turister sig generelt positive overfor muligheden for at bruge en dag på et besøgscenter i en vindmøllepark. TURISTATTRAKTION»Dette fastslår én gang for alle, hvad KILDE: Undersøgelsen blev udført af MORI Scotland for British Wind Energy Association og Scottish Renewables Forum. Personlige interviews blev foretaget med 307 turister i Argyll & Bute (Tarbet, Inverary, Oban, Campbeltown og Lochgilphead) i september 2002. har været kendt længe i vindkraftbranchen, nemlig at vindmølleparker er populære og kan blive turistattraktioner i sig selv,«udtaler direktøren for den britiske vindkraftorganisation, BWEA, Nick Goodall, om den skotske undersøgelses resultater.»dette er naturligvis godt nyt for industrien, ikke bare i Skotland, men i hele Storbritannien.«Også andre steder i branchen er undersøgelsens resultater blevet vel modtaget. ScottishPower er Storbritanniens største projektudvikler af vindkraft, og her er man selvfølgelig glad for undersøgelsen. I planlægningen af firmaets største vindmølleparker indgår allerede besøgscentre, der kan imødekomme interessen fra offentligheden. Fra Scottish Renewables Forum udtaler direktør Rob Forrest:»Denne undersøgelse afliver myten om, at turister bliver skræmt væk af vindmølleparker i naturskønne områder. Skotland har potentialet til at blive vindenergiens centrum i Europa, da vi har de bedste vindressourcer. Vi kan udnytte disse ressourcer til gavn for økonomien, miljøet og nu turismen.«side 9
VINDMØLLER PÅ SLANKEKUR Af Claus Bøjle Møller når størrelsen af en konstruktion fordobles, så vokser vægten med 2 x 2 x 2 i alt otte gange fordi både længde, bredde og højde fordobles. Totalvægten for en mølle med en rotordiameter på 29 m var i 1993 typisk 26 t. Et overslag ud fra tommelfingerreglen viser, at en mølle med en rotordiameter på 80 m skulle veje omkring 546 t. Men en mølle med denne diameter vejer i dag kun 263 t. Det er altså lykkedes at undgå, at møllevægten er eksploderet, selv om møllerne har haft kraftigt vokseværk. En anden vinkel på en vindmølles vægt er rotorens vægt i forhold til rotorarealet. Selvom hvert rotorblad er vokset fra 14,5 m til 40 m på den moderne mølle, er vægten pr. m 2 rotorareal uændret. Det er en imponerende udvikling for en konstruktion som et rotorblad, der kun er fastgjort i den ene ende. I takt med at længden øges, stiger belastningen fra vingens egenvægt nemlig kraftigt, fordi vægten flyttes længere væk fra rotorens centrum. At møllerne har kunnet slanke sig, har altså stor konstruktionsmæssig betydning, men udviklingen er også drevet af fabrikanternes ønske om at mindske forbruget af materialer samt lette transport og montering. Nyere vindmøller er højere, slankere og i det hele taget mere elegante end ældre møller. Selvom der i de senere år har været fokus på at designe og placere møllerne, så de falder bedre ind i landskabet, er det ikke hele forklaringen vindmøllerne har faktisk slanket sig. Vindmøllerne er vokset markant både i højden og i størrelsen af det rotorareal, der høster vindenergien. Eksempelvis er rotordiameteren for større kommercielle møller i løbet af de sidste ti år fordoblet fra omkring 30 m til 60 m, dvs. rotorarealet er firedoblet. En tommelfingerregel siger, at SLANKEOPSKRIFTEN Hvordan er det så lykkedes at slanke møllerne? Peter Hjuler Jensen fra Vindenergiafdelingen på Forskningscenter Risø forklarer:»erfaringen med vindkraft gennem de sidste 30 år har resulteret i en bedre kortlægning af vindforholdene. Det har givet bedre indblik i de belastninger, som møllerne udsættes for gennem deres levetid, hvilket igen har ført til stadig bedre beregningsmodeller. I udviklingsforløbet kan vi i dag give en meget mere nøjagtig beskrivelse af møllernes svingninger i vinden. Det har i kombination med forbedrede materialer og ikke mindst en bedre forståelse af materialernes styrke sat os i stand til at trimme materialeforbruget væsentligt i forhold til den sikkerhedsmæssige overdimensionering, der fandt sted for 10-15 år siden.«tættere PÅ GRÆNSEN Kravene til fabrikanternes udviklingsfolk, når de slår stregerne til en ny og slankere mølle, ser umiddelbart Side 10
simple og rimelige ud. Vindens belastning af møllekonstruktionen skal opvejes af dens styrke og smidighed. Men der skal godkendes mange mellemregninger, før møllebyggerne får deres typegodkendelse af møllen. Derfor opbygger ingeniørerne en forenklet matematisk model af møllen, som modtager kræfterne fra vinden. Modellen fodres med et statistisk billede af de vindforhold, den skal godkendes til dvs. en vis sandsynlighed for bestemte vindstyrker, vindstød og turbulens. Efter mange kørsler med modellen er de statistiske vinddata blevet til et billede af de belastninger, møllen udsættes for. Ingeniørerne er i dag meget gode til både at måle og regne på samspillet mellem vind og mølle, men for at sikkerheden skal være i top ganges møllens materialetykkelser stadig med nogle sikkerhedsfaktorer i ingeniørernes fagjargon kaldet partialkoefficienter. Den bedre forståelse af belastningerne og materialernes styrke betyder imidlertid, at partialkoefficienterne er blevet væsentlig reducerede. Udviklerne tør altså i dag gå tættere på materialernes teoretiske styrke. senere Tjæreborgmøllen, som med effekter på hhv. 600 kw og 2 MW var meget store møller for deres tid. De to lejre af fabrikanter og forskere var ikke just perlevenner i de år. Mange i fabrikantmiljøet så forskernes arbejde som spild af penge, for møllerne fungerede godt og kunne frem for alt fremstilles til en rimelig pris. Ved en møllestørrelse omkring 300 kw kom udviklingen dog ind i et dødvande. TOMMELFINGRE I VEJEN»De tommelfingerregler, fabrikanterne brugte, fungerede fint i begyndelsen, men de var langt hen ad vejen noget tvivlsomt funderede. Derfor var man nødt til at være meget konservativ i designangivelserne, og møllerne var voldsomt overdimensionerede. Det var ikke holdbart, efterhånden som møllerne blev større,«fortæller Stig Øye fra Danmarks Tekniske Universitet, DTU. Han står bag FLEX-programmet et af de mest anvendte beregningsprogrammer til vindmøller. Udviklingen gik som bekendt ikke i stå ved 300 kw, for dagens prototyper er mere end ti gange større.»fabrikanterne stod lidt på herrens mark mht., hvordan de skulle regne på møllerne for at leve op til typegodkendelsen, der ikke tillader brugen af tommelfingerregler ved møller med over ca. 30 m i rotordiameter,«husker Stig Øye.»Men på det tidspunkt havde vi udviklet et næsten komplet beregningsværktøj, som vi selv havde tillid til.«naturligt SLANKE I dag bruger stort set alle vindmøllefabrikanter i verden efterkommerne af de programmer, som blev udviklet på DTU og Forskningscenter Risø gennem 80erne og 90erne. Programmerne er en væsentlig del af den produktudvikling, der sikrer, at vindmøllerne holder den slanke linie. For Flemming Rasmussen, der er programleder for aeroelastisk design på Forskningscenter Risø, er slankekuren ret enkel:»når møllerne vokser, er svaret i dag ikke blot at gøre de enkelte dele stærkere. Det handler om at forstå de fysiske fænomener, så vi arbejder med naturen og ikke imod den.«kulturkløft Før der overhovedet var snak om partialkoefficienter, blev der sidst i 70erne og først i 80erne udviklet mange små møller i Danmark. Det førte til et gennembrud for den moderne vindkraft. Møllerne byggede ikke på indviklede beregninger, men var resultatet af fabrikanternes egne forsøg og tommelfingerregler, som efterhånden blev udviklet. Sideløbende med smedemestrenes udvikling foregik der i Danmark en videnskabelig udvikling af modeller til beregning af belastningerne på møllerne. Den udvikling var baseret på målinger på de såkaldte elværksmøller de to Nibemøller og Vindmølleudviklerne bruger avancerede programmer til at beregne, hvordan møllen svinger i vinden. Resultaterne kan bruges til at mindske møllens vægt. Den røde kurve viser den bane, som spidsen af det ene rotorblad følger ved en bestemt svingningstype. Simuleringen er foretaget af Forskningscenter Risø med programmet HAWC. FORSKNINGSCENTER RISØ Side 11
FORSKERE I MODELKONKURRENCE Af Claus Bøjle Møller Det er danske computermodeller, som bestemmer, hvordan fremtidens vindmøller skal konstrueres. Modellerne bygger på mere end 25 års erfaring.de vidner om, at danske forskere inden for aerodynamik og vindmøllekonstruktioner er i den absolutte verdenselite. Når vinden blæser omkring en vindmølle, belastes dens forskellige komponenter tårnet, vingerne og nacellen af de kræfter, som overføres fra vinden. Det skal den være bygget til at modstå. Her kan computermodeller være en stor hjælp. Modellerne kan bruges til at besvare spørgsmål såsom: Hvor kraftigt skal tårn og rotorblade konstrueres, hvilke materialer er stærke nok, og hvordan skal møllens omløbshastighed reguleres for at undgå for store belastninger? VIRTUELLE SENSORER Det er forskernes forståelse af den avancerede fysik bag strømninger og svingninger, som gør det muligt at svare på disse spørgsmål. Programmerne er i sig selv kun regnemaskiner med et automatiseret system af matematik, der beskriver forskernes samlede viden om samspillet mellem vind og vindmølle. Når programmerne bruges, svarer det til at anbringe måleudstyr med f.eks. 100 sensorer i vigtige Beregningsmodellen FLEX fodres med data for vindhastigheden gennem en vis periode. Her er vist et eksempel med normale vindforhold i 60 sekunder. Den producerede effekt og nogle af de resulterende belastninger på møllen ses på de nederste kurver. punkter på møllen, hvor de registrerer belastningen fra vinden. De virtuelle sensorer har dog en lille målefejl, fordi modellerne gør brug af nogle forsimplinger. Derfor er det stadig nødvendigt at verificere resultaterne med målinger på virkelige vindmøller for at kunne justere beregningerne. Programmernes styrke er, at de reducerer antallet af målinger, samtidig med at de regner meget hurtigere, end udviklerne kan i hånden og herefter præsenterer de resultatet på en overskuelig form. Ingen beregningsresultater er dog bedre end de modeller, de stammer Denne serie viser en fejlsituation, hvor generatoren falder ud, og møllen bremses. Bemærk f.eks., hvordan tårnet stadig svinger (nederste kurve), selv efter møllen er bremset helt (tredje øverste kurve). STIG ØYE Side 12
STIG ØYE fra. Derfor er det vigtigt, at fabrikanterne forstår at lave en præcis matematisk beskrivelse af deres møller og avancerede elektroniske styresystemer. FRA FIX TIL FLEX»De første modeller fokuserede på de aerodynamiske kræfter fra vinden på rotorbladene,«fortæller Stig Øye fra Danmarks Tekniske Universitet, DTU.»Jeg startede med en model, som jeg kaldte FIX, fordi den regnede på et enkelt rotorblad, der var fastgjort ved roden. Men for at få fornuftige resultater fandt jeg hurtigt ud af, at man er nødt til at modellere hele møllen. Og sådan blev programmet FLEX født.«flex regner med rotorbladene som fleksible elementer af møllen, der kan svinge i forhold til møllens øvrige dele. Seneste nyudvikling i programmet er et elastisk havmøllefundament, der bevæger sig, når bølgerne slår ind mod det. En vindmølle svinger nemlig hele tiden, når det blæser. Omfanget af svingningerne afhænger af vindstyrken, hvor kraftigt og hurtigt vinden varierer, samt om møllen er under start eller nedbremsning. Faktisk svinger tårnet, rotorbladene, generatoren osv. på forskellige måder, som påvirker hinanden. En af de farligste situationer, der kan opstå, er, at de begynder at svinge i takt. Sker det, at vinger og tårn svinger i takt, så forstærkes svingningerne det kaldes resonans og der er risiko for, at svingningerne bliver så kraftige, at vingerne rammer tårnet, eller tårnet kollapser. Ved hjælp af computermodeller som FLEX kan de enkelte dele af møllen designes, så den slags udæmpede svingninger undgås. UNDGÅ UDMATTELSE Et af hovedformålene med beregningerne er at sikre, at møllen kan holde til de mange svingninger, den udsættes for i løbet af sin levetid. Svingningerne svækker nemlig langsomt materialerne overalt i møllen og vil med tiden føre til det, der i fagsproget kaldes et udmattelsesbrud.»med programmet simulerer man enkeltvis en række typiske driftssituationer. Hver situation ganges med dens forventede varighed i løbet af møllens levetid og alle belastningerne lægges så sammen. På den måde beregnes den totale udmattelsesbelastning. Resultatet skal være inden for materialernes holdbarhed med en vis sikkerhedsmargin,«forklarer Stig Øye. Vindmøllen belastes af et vindfelt, som er vist til venstre, hvor længden af pilene viser vindhastigheden. Møllen er matematisk beskrevet som en række dele, der mødes i knudepunkter ( ), hvor de kan svinge i forhold til hinanden. TJEK VED KONKURRENCE Forskningscenter Risø har udviklet et program ved navn HAWC, der i store træk svarer til FLEX. DTU og Risø konkurrerer med hinanden og forskere fra andre lande om at regne mest rigtigt, dvs. om at udvikle det program, der simulerer virkeligheden bedst muligt. Det er en vanskelig disciplin, for det er svært at vurdere, hvad det rigtige resultat er, også selvom man har målinger på rigtige møller at sammenligne med.»det skyldes bl.a., at vindmålinger kun foretages i ét eller ganske få punkter, så man ved ikke nøjagtigt, hvordan vindfeltet har været over hele rotorfladen,«siger Stig Øye. Trods usikkerheden er det muligt at lave sammenligninger, og her ligger de danske forskeres resultater helt i top. Et andet kvalitetsstempel er de mange danske vindmøller, der for hvert år de bliver ældre bekræfter, at man kan regne med de danske modeller. Side 13
ELLEHAMMERS VINDMOTOR Af Benny Jørgensen Figuren viser effektkurven for Ellehammers mølle, dvs. sammenhængen mellem vindhastigheden og elproduktionen. Møllens effektivitet er ved en vindhastighed på 8 m/s cirka 5 pct. En moderne vindmølle kan ved 8 m/s omdanne 48 pct. af vindens energi til el. Den teoretisk maksimale effektivitet for en vindmølle er 59 pct. (Betz' lov). STATENS REDSKABSPRØVER DANMARKS TEKNISKE MUSEUM Ellehammers laboratorium på Kildegårdsvej i Hellerup Den store danske opfinder Jacob Christian Hansen-Ellehammer opfandt andet end flyvemaskiner og motorcykler. Han var også vindmøllepioner. Jacob Ellehammer (1871-1946) var den første europæer, der fløj med et fly. Det skete den 12. september 1906. Hvad færre ved er, at han også opfandt meget andet herunder en vindmølle. Ellehammers vindmølle blev opført i 1920 og lå ved hans laboratorium på Kildegårdsvej i Hellerup.»Vindmøllen havde et karakteristisk udseende med en stor kegle foran rotoren. Desuden bestod rotoren af to vingehjul, der løb hver sin vej rundt. På det forreste vingehjul sad 20 skovle og på det bageste 40 skovle,«fortæller Ellehammers 93-årige søn Hans Ellehammer. Han er direktør for Ellehammers Laboratorium A/S i Glostrup, hvor den gamle 110 V generator fra vindmøllen stadig står i dag. KEGLEN I CENTRUM Ideen med keglen er at samle vinden og dirigere den ud til periferien, hvor den anvendes bedst muligt. Det er i virkeligheden vægtstangsprincippet, at det er lettere at bruge en lang løftestang frem for en kort løftestang. Det meste af den vind, der rammer keglen, bliver ført ud til skovlbladene på vingehjulene. Det kan sammenlignes med, at man ved en dæmning samler vandet, og leder Side 14 det hen til turbinerne. Vinden får også en større hastighed, når den presses ud mod keglens kant. På den måde skubber vinden til skov- DANMARKS TEKNISKE MUSEUM Ellehammers vindmotor
lene, som drejer det forreste vingehjul rundt. Det ekstra vingehjul på Ellehammers vindmølle opfanger den afbøjede vind fra det første vingehjul. For moderne møller er energien i den afbøjede vind så lille, at det bedst kan betale sig at se bort fra den. På moderne møller udnytter rotoren vindens energi ligesom vingerne på et fly. Rotoren løber så hurtigt rundt, at den i princippet fanger al den vind, som passerer den. EN BRANDSTORM Man vil i dag især af sikkerhedsgrunde næppe bygge store møller af Ellehammers type. Keglen vil med sit store areal give anledning til for store belastninger især ved høje vindhastigheder. Problemet med ekstreme belastninger er kendt af alle møllebyggere, og også Ellehammer oplevede det.»jeg kan huske, vi havde en brandstorm en gang. Der var en bremse på akslen, men den var ved at skride lidt. Så måtte jeg kravle op i møllen for at koble de to modsatgående vinger sammen med en kæde. Det er noget, jeg kan huske i hvert fald,«beretter Hans Ellehammer. Dansk Patent Nr. 24631 Bekendtgjort den 16. Juni 1919:»Vindmotor, karakteriseret ved, at Vindfanget i Form af en Skovlkrans med i radiel Retning korte Skovle er beliggende i den Vindkastzone, der findes ved Grunfladen af et i Vindretningen liggende mangekantet eller rundt Legeme, der helst maa være af trekantet Længdesnit med mod Vinden vendende spids Topvinkel.«JOURNALISTER... Hans Ellehammer fortæller videre:»under krigen arbejdede min far på at konstruere en elektrisk bil drevet af DANMARKS TEKNISKE MUSEUM Ellehammer viser de vindopladede akkumulatorer frem i den elektriske bil. akkumulatorer opladet med energi fra vindmotoren. Der var jo knaphed på benzin. En journalist fik nys om det, men far ville ikke give ham oplysninger tyskerne behøvede jo ikke at få noget at vide. Journalisten fandt selv på en historie, og hans blad bragte en artikel med den sensationelle meddelelse, at nu havde Ellehammer konstrueret en bil med en»ventilator«oven på det ærgrede min far meget. Heldigvis reddede vi situationen ved at få Berlingske Tidendes Billedblad til at bringe den sande historie: Man kan ikke nøjes med en ventilator, man skal bruge en 15 m høj vindmølle.«statens Redskabsprøver udgav frem til 2. verdenskrig beskrivelser og test af landbrugsmaskiner, herunder vindmøller. I den 36. Beretning (Pris 2 Kroner), udgivet i 1925, beskrives Ellehammers vindmotor. Beskrivelsen starter således:»ellehammers Vindmølle eller Vindturbine er bygget (se hostaaende Fotografi) efter et helt andet Princip end de sædvanlige Vindmøller. For det første bestaar Møllen af to Vingehjul af samme Diameter med krumme Vindbrædder, der løber hver sin Vej rundt, saaledes at det forreste Hjul danner Ledeskovle for det bageste. Dernæst er der foran Vindturbinen anbragt en Kegle med Spidsen fremad, saaledes at den Strøm, der ellers vilde ramme Vindturbinens centrale Parti, nu tvinges ud til Periferien og med stor Hastighed smyger om Keglens Rand, hvor Vindturbinens Skovle er anbragt.«beretningen i Statens Redskabsprøver er meget detaljeret. Blandt de mange oplysninger kan man læse sig til, at vindforholdene ved Ellehammers Laboratorium i Hellerup ikke var for gode. Der er også en effektkurve for møllen. Ved en vindhastighed på 12 m/s leveredes f.eks. en effekt på lidt over 1 kw. Diameteren på vingehjulene angives til 3,95 m og»vindbrædderne eller Skovlene«til en længde på 0,5 m. Side 15
VINDMØLLEINDUSTRIEN Vester Voldgade 106 DK 1552 København V T 33 73 03 30 F 33 73 03 33 E danish@windpower.org I www.windpower.org Postbesørget blad (0900 KHC) Blad nr. 11376 VAKUUMKRAFT? IKKE I MIN BAGHAVE! Af Anja Pedersen Nogle englændere synes at mene, at man kan få ny energi af at støvsuge! Men flere end hver tiende er modstandere af vakuumkraft i deres baghave. The Royal Society for the Protection of Birds, den britiske pendant til Dansk Ornitologisk Forening, foretog i 2001 en undersøgelse af, hvilke energikilder englænderne foretrækker. Undersøgelsens overordnede konklusion var, at elektricitet produceret af vedvarende energikilder er det foretrukne frem for atomkraft og fossile brændsler. Et godt eksempel på NIMBY-fænomenet (Not In My Back Yard - ikke i min baghave) kunne også findes i undersøgelsen. De adspurgte blev forelagt forskellige energiformer og skulle bl.a. svare på, hvorvidt de kendte den pågældende energiform, og om de ville have den indenfor en radius af 5 km fra deres hjem. En af energiformerne var vakuumenergi. Energiformen findes ikke, men blev inkluderet i undersøgelsen for at illustrere, at nogle mennesker ikke vil have noget som helst opstillet i nærheden af dem, lige meget om de kender det eller ej. 4 pct. af de adspurgte havde hørt om vakuumenergi, 2 pct. mente, at vakuumkraftværker skulle bygges i Storbritannien, mens hele 11 pct. ikke ville have et vakuumkraftværk opstillet i nærheden af deres hjem. Til sammenligning havde 64 pct. hørt om vindmøller på land, 52 pct. mente, at landmøller skulle opstilles i Storbritannien, mens 14 pct. ikke ville have dem i nærheden af deres hjem.