Hur fungerar vindkraftverk?

Det lite längre svaret 

Vindkraftverk har använts på svensk mark i många, många år. Denna form av förnyelsebar energi är inte bara snällare mot jorden. Vindkraftverk tar också mindre plats, och kan med fördel placeras vid vatten eller på åkrar och fält utan att naturen omkring far illa av utsläpp och kemiska substanser.  

Genom att ta vara på vinden kan energi utvinnas som vi kan använda som strömförsörjning för hushåll, lantbruk eller affärer. Grön el, som tas fram genom vind, sol eller vattenkraft är verkligen på tapeten och allt fler människor prioriterar att investera lite extra på miljösmart energi.  

Vindkraftverk fungerar genom blad som, med sin särskilt anpassade utformning fångar upp mer vind än vanliga propellerblad gör. Solen värmer jorden med hjälp av sina strålar. Luft som är varm stiger uppåt och det är denna särskilda luft som vindkraftverk fångar upp och omvandlar till energi. 

Den luft som fångas upp får propellerbladen på kraftverket att snurra, vilket sedan omvandlas till energi som vi kan använda oss av. Den energi som transporteras till vindkraftverkets generator omvandlar energin till el.  

Desto högre upp kraftverkets placeras, desto mer varm luft kan bladen fånga upp och transportera till generatorn. Ett vanligt vindkraftverk kan vanligtvis behandla cirka 50 procent av den omkringliggande luften och dess rörelseenergi. 

Vindkraftverkets konstruktion  

Ett vindkraft placeras vanligtvis med propellrar som befinner sig cirka 100 meter ovan jord. Detta är en optimal höjd för att bladen ska kunna fånga upp mer varm, stigande vind som har värmts upp av solen. När luft värms upp, stiger den sakta men säkert mot atmosfären och väger mindre. Det är just denna luft som ett vindkraftverk tar till vara på, då den är enklare att behandla. 

Luften som fångas upp får vindkraftens propellrar att snurra, vilket genererar energi. Denna energi omleds till kraftverkets generator som slutligen omvandlar den till elektricitet. Ett vanligt vindkraftverk kan börja bearbeta luften när vindhastigheten uppgår till minst 4 m/s. Vindstyrkor på mellan 12-14 m/s gör att vindkraftverk kan fungera maximalt, och är då den mer optimala vindstyrkan för att kunna producera så mycket energi som det går.  

Vid högre vindstyrkor som uppgår till 25 m/s eller mer, har vindkraftverket en inbyggd säkerhetsfunktion som gör att propellrarna inte kan snurra längre. Detta för att vindkraftverkets propellrar, drivaxel och generator inte ska kollapsa under det förhöjda trycket och rotationen. 

Samtliga varianter av vindkraftverk har i huvudsak flera olika delar som består av ett torn, rotor, maskinhus, styrsystem och ett fundament. Dessa bygger upp en konstruktion som därmed kan omvandla rörlig energi till elektrisk energi som vi kan använda oss av.  

Rotorn – den roterande kärnan 

Det är i själva rotorn som vindkraftverket kan fånga upp den varma luften, som sedan kan omvandlas till elektrisk energi. Propellerbladen som roteras vid uppfångande av den rörliga energin får rotorn att rotera, på liknande sätt som hos konstruktionen hos ett flygplan. 

Bladen på ett vindkraftverk har två olika krafter att arbeta med. Dels motståndskraften som gör att bladet dras bakåt, och lyftkraften som får bladen att göra det motsatta. Vinden som träffar rotorbladen skapar en lyftkraft som får dem att rotera.  

Hur stora svepytor som varje enskilt blad har höjer eller begränsar hur mycket energi som de kan plocka upp av vinden vid rotation. Desto bredare blad, desto mer energi kan utvinnas vid varje snurr.  

Det finns idag flera olika modeller av vindkraftverk som använder sig av olika många och stora blad. De allra vanligaste typerna av vindkraftverk har antingen 2 eller 3 blad och kallas för snabblöpare. Detta då de roterar snabbare och mer effektivt.  

Alltså innebär det inte att ett vindkraftverk med fler propellerblad kan utvinna mer energi. Istället ger färre blad en snabbare rotation. Framför bladen monteras ett noskon. Detta för att turbulens ska kunna minskas och trycket på maskinhuset kan då minimeras.  

Maskinhus – den inbyggda maskinbädden 

Vanliga vindkraftverk har även ett inbyggt maskinhus med en växellåda för att kunna fungera effektivt. Det är endast modellen Enercon som är konstruerad utan ett maskinhus med växellåda. Dessa vindkraftverk har istället en synkrongenerator.  

Ett maskinhus består vanligtvis av flera olika komponenter som har samlingsnamnet maskinbädd. Det är generatorns jobb att vrida maskinhuset i den rätta vindriktningen. Maskinhuset sammankopplas med vindkraftverkens styrsystem. Från maskinhuset sticker rotoraxeln ut som bladen sedan monteras fast på. 

Vad är då maskinhusets uppgift? Maskinhusets växellåda ökar varvtalet så att energin kan överföras till generatorn. Vanligast är att vindkraftverk har en trestegs växellåda. Detta då växlingen av varvtalet sker i flera olika steg.  

Styrsystem - följer användningen av vindkraftverket 

Vanligtvis använder sig vindkraftverk av ett styrsystem som är datoriserat. Styrsystemet kan sammankopplas till ägare och den som brukar energin för att man ska kunna följa användningen och effektiviteten hos vindkraftverket.  

Genom inbyggda program kan man även se om det har inträffat någon form av driftstörning som förhindrar produktionen av energi. Dessutom kan man styra vindkraftverket genom modemet och detta program, utan att behöva manuellt justera någonting på själva vindkraftverket. Detta ger en betydligt enklare användning och kontroll av kraftverket. 

 
Styrsystemet monteras vanligtvis på markplan och om det monteras på ett optimalt sätt kan vindkraftverket fungera utan service i flera år. Detta gör helt klart vindkraftverk till ett mindre kostsamt alternativ då de ofta fungerar helt fristående.   

Fundament – grunden för konstruktionen 

För att vindkraftverket ska kunna stå stadigt, även vid högre vindstyrkor måste dess konstruktion placeras på ett fundament. Detta fundament fungerar som en motvikt för vindkraftverket och kan bära hela verkets samtliga delar och dess tyngd.  

Fundamentets utformning beror på flera olika faktorer. Dels vindkraftverkets storlek, höjd men också tyngd. Desto mer tyngd och massa som fundamentet måste bära, desto större och tåligare måste det designas.  

Det första steget är att gräva en grop och jämna ut den med armeringsjärn. En sockel byggs i mitten, i form  av en pelare som sedan omges av betong. Betongen får sedan en månad på sig att vila innan marken ovan slätas ut med fyllnadsmassa för att man ska kunna återställa marken till sin ursprungliga form.  

Torn – formen på de flesta vindkraftverk 

Idag är det allra vanligast att vindkraftverk har en tornformad konstruktion. Dessa har en tjockare fot och en avsmalnande hals, vilket därmed gör att vindkraftverket liknar ett torn. Tornen tillverkas av hållbar stål för att kunna motstå högre vindstyrkor. Tornen monteras upp i flera installationer för att vara extra tåliga och hållbara, dessutom kan de enklare monteras ned och transporteras runt.  

I foten av tornet byggs en dörr för att man ska kunna komma åt vindkraftverkens styrsystem. Torn av betong förekommer, men är inte alltför vanligt på svensk mark. För den svenska marken och förbrukningen, lämpar sig ståltorn allra bäst. De är även billigare att tillverka och därmed ett populärare val.  

Olika former av vindkraftverk 

Det finns idag flera olika former och storlekar av vindkraftverk. Det som framförallt skiljer vindkraftverk åt är turbinens axel och dess riktning. Samtliga vindkraftverk är konstruerade för att kunna utvinna vad som kallas för rörelseenergi till elektrisk energi som vi kan bruka i hemmet.  

Den allra vanligaste typen av vindkraftverk har en turbinaxel som är horisontell. Dessa former av vindkraftverk byggs med en tornformad konstruktion. Propellrarna och generatorn placeras längst upp i vindkraftverket för att kunna fånga upp varm luft. När rotorn roteras, det vill säga när propellerbladen fångar upp tillräckligt med luft omvandlas denna rörelseenergi till elektrisk energi.  

Men vindkraftverk utvecklas ständigt för att bli mer effektiva och flera framsteg vad gäller vindturbin teknologi, gör att även mindre vindkraftverk har en betydligt högre effektivitet till skillnad från äldre modeller. Mer moderna versioner av vindkraftverk kan stå emot vindstyrkor på upp till 70 m/s.  

Men då dessa kraftverk är betydligt mer kostsamma finns det inte många av dessa på svensk mark. I sverige är det väldigt sällan som vindstyrkan uppgår i högre nivåer, som gör dessa typer av vindkraftverk lönsamma. Istället investeras det i att bygga fler, mindre vindkraftverk som är anpassade för den svenska marken och mediana vindstyrkan. 

När började vi använda oss av vindkraftverk? 

I Sverige har vi använt oss av vindkraft för att omvandla vindenergi till elektricitet sedan i mitten av 1970-talet. Enklare konstruktioner och modeller av vindkraftverk började då att användas i en mindre skala på svensk mark. Det var en effektiv metod, men dess effektivitet jämfördes med kärnkraftverk som kunde omvandla betydligt mer energi än vindkraft kunde göra.  

Men under 1970-talet började även oljekrisen, vilket innebar att världen försökte att komma på nya metoder för att framkalla energi. Detta var den främsta anledningen till att vindkraftens popularitet växte kraftigt under 1970-talet. Men även större olyckor som involverade kärnkraft, däribland den omtalade olyckan i Tjernobyl och Harrisburg växte en stor debatt om kärnkraftens miljöpåverkan.  

Detta eggade igång utvecklingen av alternativa metoder som på ett effektivt sätt skulle kunna utvinna energi, fast på ett mer miljösäkert sätt.  

Under 1990-talet började man framförallt forska i växthuseffekten och hur koldioxid påverkar den globala uppvärmningen negativt. Därför satsade politiker mer kraft på utveckling och forskning inom miljön och energiutvinning.  

Det tog ända till år 2007 innan vi började använda oss av vindkraft av betydande storlek. År 2007 omvandlades cirka 1 terawattimme (Twh) och har sedan dess stigit kraftigt för varje år som går.  

I och med ständigt växande trender och utveckling av teknologin har vindkraftverk kunnat uppgraderas för att vara mer effektiva under användning. Idag utgör cirka 12 procent av vår elproduktion av vindkraftverk, vilket är ett mycket positivt tecken för Sveriges miljöpåverkan. Varje år stiger dock efterfrågan med cirka 30 procent.  

Vindkraftverkets miljöpåverkan 

Vindkraft räknas som ett mer miljövänligt alternativ, tillsammans med solkraft och vattenkraft. Ett vindkraftverk kan med hjälp av sin konstruktion, fånga upp vinden och ta till vara på jordens resurser utan att några utsläpp sker.  

Den enda miljöpåverkan som ett nybyggt kraftverk kan ge, är såklart de fordon som behöver användas för att konstruera och bygga upp kraftverket på angiven plats. Efter montering är vindkraftverk ett av de mest miljövänliga och snälla valet, som helt klart börjar bli allt mer populärt och prioriterat.  

Till skillnad från kärnkraft släpper inte vindkraftverk utan några typer av växthusgaser, som svavel, kväveoxid eller koldioxid. Utöver detta finns det inga risker för att olyckor ska inträffa vid hantering av vindkraftverk. Om man jämför med kärnkraftverks tidigare olyckshistorik är vindkraftverkets helt fläckfri.  

Vindkraftverkets framtid 

Detta är alltså ett miljövänligt val som också räddar liv. På grund av vindkraftverkens effektivitet och att de inte släpper ut några växthusgaser växer efterfrågan av dessa kraftverk betydligt för varje år som går. Idag finns det ungefär 3300 stycken vindkraftverk i Sverige. Procentuellt finns de allra flesta i Västra Götaland.  

Många diskussioner och debatter finns dock om vindkraftverkens påverkan på omgivningen i form av ljud och intryck. Det finns många som anser att vindkraftverk som placeras på fält eller åkermark tar bort helhetsintrycket och förstör vyn. Detta är såklart något som kan inträffa, men bör inte vara en anledning att inte investera i miljövänlig energi. 

Placeringen av vindkraftverk måste göras på platser där vinden kan fångas upp av propellrarna och därför har åkermark blivit en hållbar och praktisk lösning. Vindkraftverk hjälper oss att ta vara på krafterna från vinden, samtidigt som det minimera utsläpp för en friskare luft.