Figur 1. Siemens har lyckats nå 14 MW med direktkopplad gene-rator, så att maskinhuset väger “bara” 500 ton
Några data:
- 14 MW, Nominell Effekt
- 222 meter, Rotor Diameter
- 108 meter, Vingarnas Längd
- 39.000 m², Svept Area
- 5 x 5 x 10 meter, Maskinhuset, enligt obekräftade uppgifter på nätet
Figur 2. Illustration av de primära funktioner, som krävs i ett vindkraftverk
Bilden är gammal och visar ett förenklat vindkraftverk med liten kapacitet, men den är mest pedagogisk av dem jag funnit:
- Vinge, som idag utförs i amerad epoxiplast med kärna av lättvikts balsaträ. Längd c:a 100 meter och vikt över 20 ton.
- Rotornav.
- Vingen skall vridas till rätt anfallsvinkel för rådande vindhastighet.
- Broms.
- Lågvarvig axel, 8 – 12 rpm. Ett rull-lager visas hitom navet, men det behövs ett även vid axelns ända till höger.
- Varvtalet växlas upp till 900 – 1500 rpm, för att passa en vanlig generator. En växel-låda kan ha två steg med planetväxel och ett steg med spiralskurna drev. Denna uppväxling har oftast orsakat de haverier och begränsningar av livslängden som inträffat. Därför har man utvecklat generatorer med extremt stor diameter, som kan kopplas direkt på rotorns axel, se figur 1.
- Generator.
- Styrsystem.
- Anemometer, som mäter vindhastigheten.
- Vindflöjel, som visar vindens riktning.
- Maskinhus.
- Högvarvig axel.
- Drivning för att vrida maskinhuset mot vinden.
- Vridmotor.
- Torn, som kan ha diametern 6 meter och vara över 150 meter högt. Det måste förses med hiss och stege för det fall att hissen inte fungerar. Hissmotorn sitter oftast upptill i tornet.
Det är alltså 500 ton, lite mer än två SJ-lok, som skall valsa hela horisonten runt på ett lager med diametern 5 meter, vilket ingalunda är lätt att få plant och helt runt. Det kräver stora svarvar och särskilt behandlat material, för att inte slå sig. Den ström som produceras i det valsande huset, skall överföras till en kabel som sitter fast i tornet. På det snurrande navet skall vingarna vridas. Alla dessa “funktioner” kan lösas till en kostnad, med de inbjuder ändå till problem med underhåll och driftstörningar.
Det sistnämnda blir förstås särskilt besvärande vid placering långt ute på et stormigt hav.
+ – + – + – +
Figur 3. Francis vattenturbin typisk för många vattenkraftverk
Turbinhjulet, orange, har fasta skovlar. Vattnet leds in i ett spiralformat rör, blått, så att det får en roterande rörelse i förhållande till hjulet. Närmast hjulet sitter en krans av ledskenor, gult, som vrids för att reglera vattnets flöde och därmed kapaciteten.
Ovanpå monteras en generator, vars rotor kopplas direkt på turbinhjulets axel. Vikten av de två bärs av ett stort axial-lager, som inte visas tydligt. Erfarenhetsmässigt har ett sådant en livslängd överstigande 40 år.
+ – + – + – +
Ett inändarmanus, som inte funnit nåd inför någon redaktör:
Teknisk idioti och ekonomiskt vanvett
Som tekniker vet jag att en konstruktion med få delar, särskilt rörliga delar, är mer driftsäker än en med fler delar.
Den erfarenheten har tappats bort, när man nu avvecklar vattenkraftverk och väntar sig att istället få elen från vindkraft. Solpaneler är ointressanta, eftersom Sverige ligger så nära polcirkeln, att de inte kan leverera någon meningsfull el på vintern, då vi mest behöver den.
Sverige har en lång erfarenhet av vattenkraft: I Trollhättan startades en station 1910. Stationen i Harsprånget har den högsta effekten, 985 MW. Den har fem turbiner av typen Francis, vilket betyder att turbinhjulet är helt stelt utan rörliga delar. Det sitter på en vertikal axel med generatorns rotor ovanför. Där emellan finns en lagring som bär upp de roterande delarna. Det är bara dessa tre delar som roterar. Det största hjulet har diametern 6,6 meter och ger 475 MW vid 107 varv per minut.
Runt om hjulet står ett ”staket” av vertikala ledskenor, som är vridbara för att reglera hur mycket vatten som släpps fram till hjulet.
Till kraftverket hör en damm bakom vilken man kan ”lagra energi”. Dit hör även en bygg-nad, som man kan promenera in i för service och underhåll.
Jag jämför med ett vindkraftverk, VKV, av den storlek som idag är vanlig med märkeffekt 8 – 12 MW. Siffrorna nedan är ungefärliga.
Det har ett torn med 6 m diameter och 150 m höjd. Där uppe skall ett maskinhus på 500 ton kunna vridas runt hela horisonten. Detta kräver en särskild motor, som arbetar på en kugg-krans runt om tornets topp. Motorn behöver förstås ett styrsystem, som känner av vindriktningen.
Huset har en rotor med över 100 m långa vingar, som dels väger över 20 ton per styck och dels skall vridas för att anpassas till vindens hastighet.
Rotorn gör 8 varv per minut, vilket växlas upp till 900 – 1500 varv per minut för att passa en generator. Det kräver en växellåda med 3 steg och många kugghjul samt, kanske, en olje-pump och oljekylare.
För att serva och underhålla detta maskineri på 150 meters höjd behövs en hiss i tornet.
För lika stor elproduktion som Harsprångets turbin kan ge, behövs 150 VKV. Deras märkeffekt är en femtiondedel av vattenturbinens, men i genomsnitt ger vinden bara en tredjedel av märkeffekten.
Bygget av Harsprångets damm skall jämföras med fundament för tornen samt vägar och uppställningsplatser för 150 VKV.
En vattenturbin kan fortsätta att snurra i 100 år. De som bytts ut sedan förra sekelskiftet har ersatts av hjul med bättre geometri, som höjt verkningsgraden. Vingarna till VKV kan behöva bytas efter 8 år och maskineriet tycks ha en livslängd på 15 – 25 år.
Vingarna är utförda i kolfiberarmerad epoxiplast, för vilken det inte finns metoder att återanvända. De grävs ner i deponier. Allt i en vattenturbin är metall, som kan smältas ner och återanvändas.
Det må vara ett bevis på teknisk excellens att lyckas bygga något så komplicerat som ett 200 – 300 meter högt vindkraftverk, men på ögonmått är det teknisk idioti och ekonomiskt vanvett.
Sture Åström
Nätverket KLIMATSANS
+ – + – + – +
Även kärnkraft
Kärnkraft är ju det mest aktuella alternativet, när det gäller att höja landets kapacitet för el. Den kännetecknas också av få roterande delar som är sammankopplade på en gemensam axel. Erfarenhetsmässigt kan de hålla igång utan avbrott i åratal. Livslängden kan vara 40 år eller mer. Dock finns det flera hjälpsystem, så att bilden är mer komplicerad, varför kärn-kraftens egenskaper får behandlas en annan gång, och då särskilt med hänsyn till den nya 4:e generationens teknik.
+ – + – + – +
Korrigering
Christer skriver:
Ett modernt Rc lok, som man ser i vanliga tåg, väger kring 80 ton, dvs det behövs 6 st för samma vikt som maskinhusets 500 ton.
Visst krävs “teknisk excellens” för att få huset att vridas runt hela horisonten på ett lager med 5 meters diameter och en lika stor kuggkrans.
+ – + – + – +