Temagrupp 2: Turbin och vindlast

​Längden hos rotorblad på ett modernt 5MW vindkraftverk är drygt 60m och vikten är cirka 18 ton. Tillverkningskostnaden är cirka 3,5MSEK vilket motsvarar 15-20% av vindkraftverkets totala kostnad. De dynamiska krafterna som skapas pga. instationära lyft- och motståndskrafter är avsevärda.
 
Kostnaden per installerad kWh för vindkraft har halverats mellan 1985 och 2000. Uppskattningar visar att 60% av denna kostnadsreduktion beror på uppskalning, dvs. större kraftverk. En begränsande faktor för att bygga större kraftverk är rotorbladens storlek vilka vanligtvis tillverkas i glasfiber, GPRS (eng. Glass Fiber Reinforced Plastic). Idag finns det möjlighet att tillverka rotorblad i kompositmaterial, CPRS (eng. Carbon Fiber Reinforced Plastic). Marströms Composite AB, en av de industriella parterna i det centret, är världsledande att använda CPRS som material vid konstruktion och tillverkning. I dag pågår forskning och utvecklingsarbetet för att tillverka rotorblad av CPRS med längder upp till 200m. Rotorblad tillverkat i CPRS är 60% lättare än 14 motsvarande rotorblad i GPRS. Ett lättare rotorblad får stora positiva konsekvenser för resten av vindkraftverket: belastningarna på torn, hus (med växellåda och lager) och grund blir mindre i motsvarande grad. Detta leder till att tillverkningskostnaden för hela vindkraftverket blir minst 15% lägre.
 
Underhålls- och driftskostnader för ett 2MW vindkraftverk uppskattas till 0,10-0,15 SEK/kWh varav cirka 30% härrör från rotorbladen. Livslängden för ett vindkraftverk beräknas idag vara 20 år. Den begränsande faktorn anses vara mekanisk utmattning av rotorbladen. Om rotorbladen tillverkas av CPRS istället för GPRS kan livslängden antagligen ökas till 30 år. I synnerhet om man lyckas kontrollera de dynamiska vindlasterna.
 
En viktig begränsade faktorn för utbyggnad av vindkraften är buller vilket ofta avgör lokalisering av såväl landbaserade som marina vindkraftsparker. Ljudet kan upplevas störande av både djur och människor. Det har visat sig att strömningsinducerat ljud vid bakkanten av rotorbladspetsen är den största ljudkällan för vindkraftssystem pga. av rotorbladspetsens höga hastighet (210-250km/h).
Frågeställningar inom Turbin och vindlast är:
  • Hur stora är de dynamiska lasterna? Amplitud och frekvens? 
  • Hur stora är krafterna på ett vindkraftverk i skog? Hur avgörande är skogstypen? Hur väljer man en optimal lokal (siting) i ett skogsområde? Hur inverkar meteorologin? 
  • Hur påverkar ispåbyggnad krafterna på rotorbladen och utmattningslasterna på ett vindkraftverk? Hur påverkas energiproduktionen? Hur påverkar lokalisering (siting) och meteorologin av ispåbyggnad? 
  • Hur propagerar de dynamiska lasterna från rotorblad till växellåda och lager? 
  • Vilket material ska rotorbladen tillverkas i? Hur påverkar materialvalet och rotorbladens vikt konstruktion av övriga delar av vindkraftverket? Nya konstruktionslösningar på grund av nya material kan ge ökad styvhet.
  • Smarta rotorblad i komposit: hur mycket minskas de aerodynamiska krafterna?
  • Hur transporteras ljud från vindkraftverken till omgivningen? Hur påverkas ljudtransporten av omgivningen (ängsmark, skog, hav, fjäll). Hur långt transporteras ljudet i marin miljö?

Följande projekt inom Centrumet sorteras under temagrupp 2:
TG2-1 Aerodynamiska laster på rotorblad
TG2-2 Vindkraft i skog: utmattning och livslängd
TG2-21 Triblade rotorblad förstudie

Publicerad: on 16 dec 2015. Ändrad: må 14 mar 2016