menu close Teknologiens Mediehus
person Konto arrow_drop_down
Vores læser Felix Bentzen har spurgt:
Kan en vindmølle hente mere energi ud af kold luft med den samme vindhastighed? Den kolde luft er tungere end den varme, men gør det en forskel i praksis?
Henrik Stiesdal, opfinder og vindmøllepionér, svarer:
Ja, en vindmølle kan hente mere energi ud af en kold luft ved samme vindhastighed.
Den effekt, en vindmølle yder ved en bestemt vindhastighed, er proportional med luftens massefylde. Massefylden af tør luft kan beregnes med udtrykket
rho = P/(R T)
hvor rho er massefylden, P er lufttrykket, R er gaskonstanten, og T er den absolutte temperatur.
Hvis lufttrykket og gaskonstanten er konstante størrelser, er massefylden omvendt proportional med den absolutte temperatur.
Gaskonstanten for luft ændrer sig faktisk lidt med temperaturen, men vi kan godt tillade os at antage, at den er konstant inden for det normale temperaturområde, som vindmøller i praksis vil operere indenfor. Og derfor holder antagelsen om, at massefylden er omvendt proportional med den absolutte temperatur.
Man beskriver ofte en standardatmosfære ved havets overflade. Denne standardatmosfære har et lufttryk på 1013,25 hPa og en temperatur på 15°C, svarende til en absolut temperatur på 288 K. Ved disse forhold er luftens massefylde 1,225 kg/m³.
Vi har jo ikke længere så kolde vintre som før i tiden, og når det er koldest, er det som regel på helt vindstille nætter, så den laveste temperatur, vindmøller kommer til at køre ved i Danmark, er måske -10°C, svarende til en absolut temperatur på 263 K.
Ved denne temperatur er massefylden 1,225 kg/m³ * (288/263) = 1,34 kg/m³, dvs. 10% højere end ved standardforholdene.
Vi kan til gengæld se frem til højere sommertemperaturer, og det er nok ikke usandsynligt, at vindmøller i Danmark kommer til at køre ved 35°C, svarende til en absolut temperatur på 308 K.
Ved denne temperatur er massefylden 1,225 kg/m³ * (288/308) = 1,15 kg/m³, dvs. 6% lavere end ved standardforholdene.
Effekten fra en vindmølle opstillet i Danmark kan altså ved en fastholdt vindhastighed variere indenfor området -6% - +10% på grund af variationer i luftens temperatur.
Dette gælder dog ikke ved høje vindhastigheder. Vindmøllens effekt stiger med stigende vindhastighed, og ved en bestemt vindhastighed når vindmøllen sin maksimumeffekt.
På moderne vindmøller sker dette typisk ved 10-12 m/s. Ved højere vindhastigheder begrænses effekten til maksimumeffekten, selv om vindmøllen godt kunne producere endnu mere. Effektbegrænsningen sker automatisk ved justering af vingernes indstillingsvinkel på møllenavet.
I effektbegrænsningsområdet betyder variationer i luftens massefylde ikke noget for effektydelsen. Vingernes indstillingsvinkel er blot en smule anderledes i koldt vejr end i varmt vejr.
Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.
Man kunne tilføje at der ofte er effektbegrænsninger ved den sjældne kombination af høj temperatur og høj vindhastighed (f.eks. over 25°C) af hensyn til køling.
Møller er luftkølede og har hardware med temperaturgrænser på ned til 60°C eller lavere. De nævnte 35°C vil på grund af det lave delta (og luftdensitet) kræve store kølearealer og højt flow. Da en ubetydelig del af den potentielle årsproduktion ligger ved sådanne sjældne driftbetingelser er det ikke rentabelt at dimensionere kølesystemerne herefter.
Meget fint svar iøvrigt
Det må vel så betyde, at man dimensionerer anderledes, hvis møllen skal stå på varmere breddegrader....eller på koldere?
Ja, man kan f.eks variere antal kølepaneler, eller vælge at leve med at møllen derater hvis det kun er få timer om året den løber i begrænsninger.
Vind turbinerne afskaller ved også mere mocroplast til omgivelserne når det er koldt?
Ved man hvad det kommer at betyde for livet omkring dem?
Men hvordan så med den globale opvarmning?
Er det en fordel eller ulempe for vindenergi, når alt tages i betragtning.
Vel er udnyttelsen bedre ved lav temperatur, men hvis der er mere energi til rådighed ved den højere temperatur, opvejer det vel den mindre virkningsgrad?
Er det en fordel eller ulempe for vindmølleejerne, at den globale temperatur stiger?
Det kan være interessant at se på luftens molarmasse. M(luft) = 28,6944 g/mol, gælder for tør luft.
Ud fra gassernes ideelle tilstandsligning beregnes massefylden for tør luft δ = M(luft)·P/R·T og ved standardtryk og en temperatur på 288 K er δ = 1214,26 g/m³. Vands molarmasse er 18 g/mol og altså mindre end lufts molarmasse. Hvis luften indeholder 4% vanddamp bliver δ(luft,damp) = (0,04·18 + 0,96·28,6944)·1214,26/28,9644 = 0,985·1214,26 = 1.196,2 g/m³ eller 1,5% mindre pga. fugtigheden.
Med venlig hilsen Peter Vind Hansen