Vår vision är att vindkraftverk i Sverige har hög tillförlitlighet och kostnadseffektiv drift för att främja industrin och vindkraftsutbyggnaden i Sverige. Målsättningen är att forskningen ska leda till en ökad livslängd hos vindkraftverken med hjälp av bättre lastprediktering, optimal drift samt förebyggande underhåll och kostnadseffektiv elsystemintegration. Verksamheten finansieras av Energimyndigheten, akademiska partners och industripartners.
Metoder för övervakning av förspänning av bultar
Korrekt förspänning i bultar är oerhört viktigt för strukturell hållfasthet. Det finns metoder för att mäta förspänningen i bultar men de används inte för vindkraftstorn eftersom de är både komplicerade och dyra. Hos vindkraftverk kontrolleras förspänningen indirekt med hjälp av en tung hydraulisk momentnyckel genom efterdragning. Den här metoden är beroende av smörjningen av bulten samt andra faktorer i den kringliggande miljön vilket kan resultera i avvikelser från optimal förspänning. Metoder för att mäta förspänning i bultar har utvecklats i arbetspaket 6 i projektet Metoder och material för hållbara och kostnadseffektiva torn och fundament till vindkraftverk. Aktiviteterna där har visat upp fortsatt behov av utveckling och forskning på förspänningen i bultarna och kontroll av detta, vilket kommer att utföras i det här projektet. Det nya projektet ska undersöka hållfastigheten hos muttern och hur den påverkas av hålrummet som gjorts för att kunna mäta förspänningen. Vidare ska projektet undersöka hur muttern och säkerheten i mätningen påverkas av miljön vid vindkraftverket samt hur kan information om förspänningen avläsas fjärrmässigt och hur görs det på ett säkert och korrekt sätt.
Frekvensregleringstjänster från vindkraft
Andelen vindkraft i det svenska elnätet ökar och framtidsscenarier visar på att vindkraften kan blir ett dominant kraftslag redan 2022. En viktig del i elnätets stabilitet är att frekvensen 50 Hz hålls. Idag är det i huvudsak vattenkraftverk som används till nätstabilitet. In framtiden är det viktigt att även vindkraftverk kan användas till att hålla frekvensen konstant. Detta projekt kommer att utveckla, simulera och testa frekvensreglering med vindkraftverk. De standardmetoder för frekvensreglering som används idag kommer att testas i kommersiella vindkraftverk och verken kommer också att medverka på marknaden för stödtjänster. Vidare kommer frekvensregleringstjänsterna att testas och vidareutvecklas vid Chalmers testvindkraftverk. Den tekniska funktionen samt kraven på vindkraftverket för att utföra frekvensreglering i elnätet kommer att verifieras och utvärderas. Detta innefattar att undersöka hur pitchmotorerna och växellådan slits av frekvensregleringen och hur livslängden på dessa komponenter påverkas. Resultaten i projektet kommer också att visa på den ekonomiska potential för vindkraftsägarna som finns genom att medverka i marknaden för stödtjänster.
Metoder och material för hållbara och kostnadseffektiva torn och fundament
Målet med detta projekt är att öka kunskapen kring stödjande struktur hos vindkraftverk som har mindre påverkan på miljön samt ökad strukturell hållbarhet. Projektet fokuserar på innovativa lösningar för torn och fundament. Projektet kommer att ta fram ett generiskt verktyg för fundament där hållbarhet, byggbarhet och nedbrytning tas hänsyn till. Vidare kommer projektet att arbeta med kopplingen mellan ett trätorn och fundamentet. Projektet kommer också att vidareutveckla metoden för att kontrollera förspänning i tornbultar genom att mäta förskjutningar i mönster hos bulthuvuden. Tester och validering kommer att utföras på Chalmers testvindkraftverk.
Site-specifika analysmetoder för att förutsäga och öka livstiden för vindturbiner
I detta projekt studerar vi hur den omgivande terrängen påverkar en vindturbins drift och för att kunna uppskatta återstående livslängd hos turbinkomponenterna. En simuleringsmodell av turbinen är inrättad "från vind till kvarvarande livslängd". Strömningsmekaniska beräkningar används för att bestämma vindfältet som påverkar turbinens svepta yta på dess geografiska plats. Turbin-simuleringsmodeller används för att uppskatta interna krafter i drivlinekomponenter och de kr och en detaljerad växellådemodell används för att uppskatta utmattning och slitage i växellådans komponenter.
Modellerna används för att utforma så kallade ”digitala tvillingar” som efterliknar enskilda turbins driftshistoria. Målet är att nå ett verktyg som kan beskriva det aktuella tillståndet för varje turbin i en flotta och utvärdera olika beslut, till exempel de-rating, men också för att ta fram en optimal underhållsstrategi.
Forskning
Forskningen inom SWPTC inriktar sig först och främst på det enskilda vindkraftverket, då det är av största vikt att först förstå hur dess enskilda delar samverkar för att bli en optimal omvandlare av vindenergi till elektrisk energi. Dagens syn på att en grupp av vindkraftverk är att jämställa med en elproduktionsanläggning visar på vikten av att ha god kunskap om interaktionen mellan vindkraftverk i en vindkraftspark och hur dessa styrs och kopplas samman på bästa sätt för maximal elproduktion och bästa livslängd. Forskningen kommer att fokusera på större vindkraftverk och parker för placering i skogs- fjäll- och havsmiljö.
SWPTC har identifierat ett antal forskningsområden som är viktiga för vindkraftens forskningsutveckling. Projekten i etapp 3 kommer att behandla dessa, utgående från programrådets rekommendationer. Forskningsområdena är Bärande struktur, Elektrisk drivlina och likströmsnät, Livslängd och underhåll, Avisning och isdetektion, Skog/komplex terräng och reglering samt Nättjänster från vindkraftverk.
För att utveckla forskningsområdena samt lösa olika problem inom dessa krävs djupkunskaper inom olika expertområden. Dessa är Elkraftteknik, Strömningslära, Reglerteknik, Dynamik, Konstruktionsteknik, Materialteknik och Numerisk analys & Optimering. Ännu viktigare är att ett vindkraftverk är en väl sammansvetsad teknisk konstruktion som kräver att experterna samverkar och har god förståelse för hela vindkraftverket för att erhålla en optimal drift och kostnadseffektiv elproduktion.
