Vindkraftens framtid

Vindkraft är en ung teknik och branschen har därför stort intresse av att hitta nya metoder för att effektivisera den. Somliga experter arbetar med att förbättra befintliga kraftverkskonstruktioner för att de ska kunna fånga upp så mycket energi som möjligt, medan andra innovatörer och företag ägnar sig åt att hitta helt nya sätt att tämja vinden.

På forskningslaboratoriet på Risø i närheten av Roskilde i Danmark träffade News from Vattenfall Kenneth Thomsen, sektionschef vid sektionen för vindkraft på Danmarks Tekniska Universitet (DTU). På väggarna hänger mängder av fotografier på vindkraftverk från tidiga 1970-talet och framåt. Det är väldigt tydligt hur tekniken har utvecklats under denna tid. Kenneth Thomsen börjar omedelbart prata om de gamla kraftverken och om hur Danmarks ledande ställning inom vindkraftbranschen möjliggjordes av politisk uppbackning, forskning i världsklass och en innovativ industri.

– Utvecklingen av vindkraften i Danmark handlar om evolution snarare än revolution. Vi gick försiktigt fram och utvecklades genom organisk tillväxt, hela vägen till dagens stora vindkraftverksproducenter. Tillväxtspurten kom när marknaden var redo för den, säger Kenneth Thomsen.

Kraftverk med flera rotorer

I samarbete med DTU Vindenergi har vindkraftverkstillverkaren Vestas installerat ett konceptkraftverk vid Risøs testcentrum för att se om det är tekniskt möjligt att använda och styra ett kraftverk med flera rotorer. Kraftverket har fyra rotorer i stället för en, de är 29 meter i diameter och sitter monterade på två armar som är fästa vid samma torn. De två armarna kan gira efter vinden oberoende av varandra.

– Konstruktionen är välbekant från äldre litteratur, men vi har aldrig sett ett sådant här kraftverk i verkligheten, så vi har en hel del att lära oss. Med fyra rotorer i rörelse så nära varandra kommer driften både som helhet och för varje enskild rotor att påverkas. Ett annat problem är att lära sig att styra fyra rotorer. Om en av dem stannar, ska då rotorn på andra sidan också stoppas, eller ska den få fortsätta att snurra? Insamlade data blir värdefulla både för Vestas och för oss när vi ska utveckla framtida modeller, säger Kenneth Thomsen.

Projektet är fortfarande i sin linda eftersom vindkraftverket byggdes så sent som i april 2016. Många nya last- och styrfunktioner måste fortfarande utvecklas, testas och godkännas för att det ska gå att bedöma om konceptet är tekniskt och kommersiellt gångbart. Vestas vet inte om tekniken verkligen är praktiskt användbar förrän pilotprojektet genomförts med framgång. Målet är att avgöra om det går att bygga ett ännu mer kostnadseffektivt vindkraftverk genom att ifrågasätta om dagens format verkligen är det bästa.

– Affärsmässigheten för hela projektet är inte vår sak att bedöma. Vi tillverkar ingenting, vi erbjuder de kunskaper branschen behöver för att kunna fatta väl övervägda beslut.

Framtiden efter de traditionella vindkraftverken

Tittar man på några av de mer innovativa framtida tekniker som testas på olika platser i världen står det klart att det finns många sätt att producera vindkraft. Alla prototyper är dock inte vare sig kostnadseffektiva eller möjliga att förverkliga. Kenneth Thomsen gillar innovation och tycker att det är bra att somliga funderar ut nya och annorlunda lösningar. Och på DTU tar sig personalen tid att träffa uppfinnarna och diskutera olika nytänkande tekniker.

– Jag tycker att det är en del av vårt samhällsansvar, det finns faktiskt inte många andra ställen att vända sig till. Vi försöker låta bli att låsa oss vid den traditionella industrins synsätt så att vi kan vara av värde som mötesplats för innovatörer. Och visst ser vi en del fullständigt omöjliga lösningar ibland, men också väldigt intressanta förslag som är fullt möjliga att förverkliga som vi gör vårt bästa att hjälpa till med. En del av dem skickar vi vidare till företagen för implementering, vilket alltid är trevligt, säger Kenneth Thomsen.

– Jag tror att framtiden för hållbar energiproduktion kommer att innebära att flera energislag kombineras, till exempel vind-, vatten- och solkraft. Energilagring kommer att bli den nya flugan, för vi måste komma längre inom det området innan vi verkligen kan utnyttja de förnybara energislagen på bästa sätt, fortsätter han.

– Jag tror inte vi har utvecklat dagens teknik så långt som det bara går. Det finns fortfarande massor att upptäcka, till exempel hur vi kan finjustera vingarna, givarna och instrumenten. De trebladiga vingarna vi använder i dagsläget är inte det bästa vi kan åstadkomma, utan de går absolut att vidareutveckla.

Tittar man på prototyper på vad branschen kan komma att ägna sig åt i framtiden är det tydligt att Kenneth Thomsen inte är den ende som intresserar sig för nytänkande och okonventionell teknik. Företag undersöker olika tekniska alternativ till de traditionella vindkraftverken med trebladiga rotorer. Allt från flygande och flytande kraftverk till minimalistiska kraftverk som egentligen bara är master – många tänkbara varianter undersöks för att hitta de mest effektiva och produktiva sätten att utvinna vindenergi. Nedan hittar du några innovationer som just nu sätts på prov.

Är detta framtidens teknik?

Vortex – vinglösa vindkraftverk.

Denna teknik innebär att energi fångas upp genom master som svänger i vinden och som helt saknar vingar. Masterna har låg vikt och saknar både växellåda och lager som annars kräver service och utbyte. Den virvel som uppstår när vinden drar förbi får masterna att vibrera, och det är denna vibration som en specialgenerator utnyttjar för att producera elektricitet. Flera tester har genomförts för att visa att tekniken fungerar, och företaget bakom innovationen håller just nu på att genomföra fälttester med modeller i mindre skala.

Makani – flygande vindkraftverk.

Den här tekniken, som Google har valt att investera i, handlar om att låta vindkraftverk flyga med hjälp av drakar. Tanken är att det går att producera mer energi på högre höjder där vindarna är kraftigare och mer ihållande. Draken lyfter från marken genom att använda de små rotorerna som propellrar, och när draken väl är i luften flyger den runt i cirklar, i ungefär samma rörelsemönster som vingtipparna på vanliga vindkraftverk. Rotorerna "samlar in" vindkraft, och den inbyggda generatorn i draken omvandlar den till elektricitet, som sedan sänds ned till en anläggning på marken. Draken är fast förbunden vid markanläggningen genom ledningar lindade runt en kraftig vajerkärna.

Altaeros – flygande vindkraftverk.

Altaeros bygger en kostnadseffektiv innovation där ett slags ballong kombineras med ett modernt system för flygkontroll. Om projektet lyckas blir det världens första självständiga flygande system som kan leverera energi och telekommunikationstjänster från en plats på upp till 600 meters höjd. De kraftiga och konstanta vindarna på denna nivå gör att vindkraftverken kan producera mycket mer energi än konkurrerande jämförbara lösningar. Eftersom kraftverken är självständiga slipper man också kravet på kontinuerlig övervakning och styrning. Tekniken kan vara särskilt lämplig i avlägset belägna områden.

Hywind – flytande vindkraftverk.

Detta är en teknik som redan finns på marknaden, men här finns utrymme för omfattande vidareutveckling. Hywind-projektet i Norge är världens första fullskaliga flytande vindkraftverk. Hywind flyter på en stålcylinder som sträcker sig 100 meter under havsytan, där den också är förankrad i havsbotten med tre linor. Det norska olje- och gasföretaget Statoil, som har investerat i Hywind, planerar att bygga sin första flytande vindkraftpark 2017. Parken ska ha fem 6 MW-kraftverk och ligga utanför den skotska kusten.

Deepwind – flytande vindkraftverk.

Ännu ett exempel på ett flytande vindkraftverk som i detta fall består av ett långt lodrätt rör med en rotor längst upp och en generator längst ned. Även detta kraftverk är fäst vid havsbotten med en vajer. Tekniken bakom den synbarligen enkla konstruktionen är dock väldigt komplicerad, och ännu återstår mycket forskning för att klara av utmaningar som exempelvis systemets inneboende dynamik. Detta vertikala flytande vindkraftverk gör det möjligt att producera vindenergi längre ut till havs, där vidderna är friare och vindarna kraftigare.

Om DTU

DTU Vindenergi är inriktad på utbildning, innovation och forskningsrelaterade konsultuppdrag inom vindsektorn. Forskningen bedrivs både i samarbete med partners i Danmark och internationellt. Syftet med DTU Vindenergi är att utveckla vindkraften så att den kan möta samhällsutmaningar inom klimat, jobb och tillväxt. Forskningslaboratoriet på Risø blev en del av DTU Vindenergi 2013.

Källa: DTU Wind Energy årsrapport 2015.