Spørg Fagfolket: Hvorfor maksimerer man vindmodstanden af en vindmølle?
Vores læser Einar Clausen har spurgt:
Hvorfor maksimerer man vindmodstanden ved effektregulering af vindmøllegeneratoren? Det medfører jo voldsomme tryk på vindmøllens komponenter ved orkanvind.
Ved brug af formlen for vindens tryk på en flade har jeg skønnet, at der under orkan opstår aksialtryk på +1000 kg/kvadratcentimeter på hovedlejernes berøringsflader.
Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor satser man ikke på vertikale vindmøller?
Henrik Stiesdal
Man maksimerer faktisk ikke vindmodstanden på en vindmølle i høj vind. Tværtimod.
Ved lave vindhastigheder gælder det om at maksimere effektproduktionen fra en vindmølle. Det gør man ved at sørge for, at den frie vind opbremses temmelig meget, når vinden passerer vindmøllerotoren.
Man søger dog for ikke at maksimere vindmodstanden fuldstændigt, så vinden bliver opbremset så meget som muligt, for det giver det helt praktiske problem, at luften jo så ikke kan komme væk fra vindmøllen, hvis den er bremset ned til stilstand. I stedet er målet, at vindhastigheden i rotorplanet bliver opbremset til 2/3 af hastigheden langt foran møllen. Det medfører, at vinden langt bagefter møllen har en hastighed på 1/3 af den frie hastighed.
Det var den tyske ingeniør Albert Betz, som første gang gennemførte en fyldestgørende analyse af den optimale opbremsning af vinden i en vindmøllerotor. Han publicerede i 1919 en artikel om analysen, og konklusionerne herfra, som blev kaldt ”Betz’ lov”, står stadig, mere end 100 år senere.
Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor er akslen på en vindmølle ikke vandret?
Så snart man begynder at dreje vingerne på møllenavet, falder vindtrykket, og jo højere vindhastigheden bliver, desto lavere bliver vindtrykket. Man har altså den lidt paradoksale situation, at det laveste vindtryk på rotoren optræder ved den højeste vindhastighed, som man tillader vindmøllen at køre i, normalt 25 m/s.
Hvad angår fladetrykket på vindmøllens hovedleje, så har det i mange år været praksis, at det vægtede fladetryk mellem rulle og løbebane (hvor man tager hensyn til antallet af driftstimer og lejematerialets udmattelseskarakteristika) ikke bør overstige 1500 MPa, altså 1500 N/mm2 eller i ældre enheder 15.000 kp/cm2.
Med nutidens store vindmøller og tilhørende store lejer er man dog nødt til at tage hensyn til reduktionsfaktorer, som har at gøre med det større materialevolumen, der påvirkes af maksimaltrykket, og derfor falder det tilladte vægtede fladetryk efterhånden ned mod 1200 MPa, nogle gange endnu lavere.
