Vindkraft är ett vanligt ämne inom området förnybar energi. Vinden är obegränsad och vi kan mata in dess kraft i nätet utan att släppa ut växthusgaser. Men hur fungerar vindenergi egentligen? Och nästan ännu viktigare: Varför bygger vi inte många fler vindkraftverk?
Hur kommer vind till?
Låt oss börja med vinden. Hur kommer det sig egentligen? – Mycket enkelt förklarat: Solen lyser på jorden och värmer luften i atmosfären. Olika delar av jorden utvecklar olika temperaturer. Detta resulterar i tryckskillnader mellan dessa delar av jorden. Och tryckskillnaderna vill utjämnas.
Exakt denna kompensation fungerar genom vind. Eftersom luften som strömmar från A till B transporterar temperaturerna. Och eftersom det är så kan vi generera el med hjälp av ett vindkraftverk.
Hur fungerar ett vindkraftverk?
Numera fungerar vindkraftverk enligt den så kallade lyftprincipen: vindkraftverkets blad är formade så att luften strömmar runt ovansidan snabbare än undersidan. Och eftersom ett högre tryck skapas under vingen på detta sätt, roterar axeln i vindkraftverket.
Som du säkert har observerat många gånger tidigare, brukar inte vindkraftverken svänga särskilt snabbt. Men för att elektriciteten från vindkraftverket ska kunna matas ut i nätet måste den elenergi som genereras ha en AC-frekvens på 50 Hz.
Därför matas energin som genereras från vindkraftverksaxelns roterande kraft in i en växellåda. Denna växel översätter den låga hastigheten till den nödvändiga hastigheten på 50 Hz.
Bakom den finns en generator. Här roterar en spole i ett elektriskt fält. Generatorn kan generera elektrisk spänning från den roterande rörelsen. Detta matas in i det elektriska nätet.
De flesta av de för närvarande drivna vindkraftverken arbetar med denna teknik. De nyare vindkraftverken fungerar oftast utan växlar. Med denna design är generatorn direkt ansluten till rotorn. Det växellösa vindturbinen fungerar på samma princip som en cykeldynamo.
En annan mekanism i vindturbinen är styrenheten. Detta är av stor betydelse. För när vinden blåser för hårt, vrider vindkraftverkets blad logiskt nog desto snabbare. Vid något tillfälle nås en gräns vid vilken vindkraftverkets material inte längre tål.
Vindkraftverket kan därför vrida rotorbladen på ett sådant sätt att ytan som utsätts för vinden minskar. Detta minskar också rotationshastigheten.
Hur snabbt måste bladen rotera för att generera elektricitet?
Om vinden har nått en hastighet på mer än 12 meter per sekund minskar systemets styrenhet automatiskt rotationen. Från denna punkt orsakar ökning av vindhastigheten inte en ökning av den producerade energin. Däremot krävs en vindhastighet på 12 meter per sekund för att uppnå högsta möjliga prestanda.
Men hur beter sig prestandan under 12 m/sek? Det bör noteras här att även halva hastigheten minskar den genererade effekten till 1/8. Vid 3 m/sek har vinden nästan ingen effekt på elproduktionen.
Problemet är därför: 12 meter per sekund är redan en våldsam vindhastighet. För det mesta producerar vindkraftverken därför bara en bråkdel av den möjliga effekten.
El från vindkraft genereras bara när det blåser
Elen från vindkraftverket kan idag inte helt tillfälligt lagras. Som beskrivits ovan matas elen in i elnätet omedelbart efter att den konverterats i generatorn.
Men vad händer när vinden inte blåser? – Svaret är uppenbart: elbehovet måste tillgodoses från andra källor. Nämligen källor som går att spara. Och dessa energikällor är tyvärr fortfarande mestadels brunkol och kärnkraft. Så det förblir detsamma: vindkraft är för närvarande bara ett komplement för att täcka den totala efterfrågan. Under 2020 stod vindkraften för 16 procent av den totala svenska elproduktionen.
Ändå finns det redan några dagar om året då den dagliga efterfrågan i Sverige täcks enbart av förnybar energi. Det finns till och med överskott. Men vad gör vi med den överskottsel som produceras? – Vi exporterar den utomlands dessa dagar.
Så länge vindenergi inte kan lagras finns det ett problem
Detta skapar ett problem för utbyggnaden av förnybar energi: så länge regenerativ energi inte kan regleras (d.v.s. elen kan inte lagras) kommer andelen överskott att öka oproportionerligt med andelen elektricitet som används. Eller för att uttrycka det på ett annat sätt: Varje extra vindkraftverk som tas i drift minskar den genomsnittliga totala vindkraftseffekten!
Samtidigt finns det ett annat problem: fantomström! För att förhindra ännu fler överskott måste operatörerna av vindkraftverken lägga ner sina vindkraftverk. Och skattebetalaren eller konsumenten betalar för den förlorade försäljningen. Logiskt sett betyder fler vindkraftverk också mer fantomkraft. Och därmed mer kostnader.
Kan inte vindenergi lagras på något sätt?
Det finns redan många tekniker som kan lagra vindenergi: termisk lagring, pumpade lagringsanläggningar och kraft till gas är bara tre av många möjligheter. Men de har alla ännu inte den nödvändiga kapaciteten eller är helt enkelt för dyra. Forskare har beräknat att lagringen skulle behöva hålla runt 15 terawattimmar. Detta betyder: Förvaring är för närvarande inte praktiskt!
Använd vindkraftverket privat
Ett vindkraftverk som du kan bygga privat på ditt tak fungerar precis som de stora vindkraftverken. Det rör sig i regel inte om vindkraftverk utan så kallade helixturbiner. Återigen börjar allt med rotationen av axeln. Det privata vindkraftverket fungerar enligt samma princip.
Du kommer troligen inte att helt kunna täcka ditt elbehov med detta. Men du kan generera några hundra kilowattimmar per år från det. Men med den senaste tekniken och kostnaderna för material och montering tar det cirka 10 till 20 år för din investering att betala sig själv.
Utmaningar med vindkraftverk
Trots att vindkraftverk är hållbara och miljövänliga sätt att generera el finns det flera nackdelar och utmaningar som gör utbyggnad av vindkraftverk svårare.
Några skäl till detta är:
- I godkännandeprocessen ställs allt högre krav
- Vindsnurrornas blad är en vanlig dödsorsak för fåglar och fladdermöss
Ur min synvinkel finns det andra skäl till att vindkraften står inför utmaningar:
- Det går inte att spara vindkraft.
- På vindstilla dagar kunde inte ens tre gånger antalet vindkraftverk täcka dagsbehovet.
- På blåsiga dagar kan du inte använda överskottet energi.
- Verkningsgraden per vindkraftverk minskar.
Vindturbin – En fantastisk uppfinning som alltid kommer att vara ett tillägg
Trots allt ersätter vindkraft en del av de fossila bränslena. Det ger därmed ett viktigt bidrag till klimatskyddet. Vi gör mindre utarmning av vår planet och pumpar inte ut mer CO2 i atmosfären.
Ändå kvarstår frågan om vi någonsin kommer att kunna lagra vindenergi. För så länge detta inte är fallet är ytterligare expansion en utmaning.
