Vores læser Erik Neipper har spurgt:
Hvorfor placerer man en vindmølles generator oppe på toppen af konstruktionen i stedet for nede på jorden?
Hvis man nøjedes med kun at have den nødvendige styring af vingerne (pitch, retning og RPM) på toppen, kunne man via en vinkelgearkasse lade kraftoverførelsen køre lodret ned til en generator på jordniveau.
Dette ville give en meget lettere nacelle og tårn, lettere vedligeholdelse af generatoren, dens køleanlæg og elektronik, samt give mulighed for at udnytte overskudsvarmen fra køleanlægget. Det ville også være lettere at støjdæmpe generatoren.
På lignende vis har Rolf Kromand spurgt:
Jeg har talt med en fysiker, som forsker i superledere. Et af formålene med hendes forskning var at finde bedre magneter, så man bedre kunne generere strøm i eksempelvis vindmøller.
Hun hævdede, at et problem for strømproduktionen var, at man efterhånden var nået maksimalstørrelsen på vindmøller, idet tårnene efterhånden havde svært ved at bære de tunge magneter i toppen ved generatoren.
Det fik mig til at tænke på, hvorfor man placerer generatoren i toppen af vindmøllen og ikke bare i bunden af vindmølletårnet?
Man mister selvfølgelig noget ved transmissionen af vingernes bevægelse, men opnår sikkert også fordele ved at kunne lave større møller og/eller billigere tårne.
Henrik Stiesdal, opfinder og vindmøllepionér, svarer:
Hvis man skulle fravige den almindelige praksis på gearede møller med at placere generatoren i mølletoppen og ikke nede ved jorden, skulle fordelene ved ændringen overstige ulemperne. Og det gør de ikke.
Det er summen af en stribe praktiske forhold, der gør, at fordelene ikke overstiger ulemperne.
Man ville, som nævnt i første spørgsmål, få lettere vedligeholdelse af generatoren, dens køleanlæg og elektronik, og man ville få mulighed for at udnytte overskudsvarmen fra køleanlægget. Det ville også være lettere at støjdæmpe generatoren.
Man vil til gengæld ikke få en mærkbart lettere nacelle. En moderne hurtigtløbende generator udgør ikke mere end 4-5 procent af den samlede vægt af mølletoppen (nacelle + rotor). Og man vil slet ikke kunne mærke det på tårnets vægt, som for langt størsteparten drives af de aerodynamiske belastninger og ikke af vægten af mølletoppen.
Når man ser nærmere på de fordele, der rent faktisk er reelle, så findes de, men de betyder i praksis ikke ret meget. Vedligeholdelse af generatoren, køleanlægget og elektronikken indskrænker sig til nogle få timers arbejde om året. Der skal fyldes fedt på smøreapparaterne til generatorlejerne, nogle få bolte skal efterspændes, og det er så det.
Kølingen af generatoren bliver lettere, men der skal alligevel være køling i mølletoppen til gearet. Og generelt har man ikke ret meget at bruge overskudsvarmen til på moderne møller, som opstilles fjernt fra boliger.
Hvis vi så vender os mod ulemperne, er de til gengæld betydelige.
For det første er det ikke så lige til en sag at lave et stort vinkelgear med lodret nedadvendt udgangsaksel, som man måske skulle tro.
Udgangsakslen på et stort vinkelgear kan i praksis kun udformes med ensidig lejring, dvs. begge lejer på samme side af akslens tandhjul. Det giver noget mere uhensigtsmæssige udbøjningsforhold, end det er tilfældet ved en udgangsaksel med cylindrisk tandhjul, hvor man kan sætte et leje på hver side af tandhjulet (og altid gør det).
På grund af udbøjningen kan det være svært at have optimale indgrebsforhold ved alle niveauer af belastning, og bl.a. derfor har vinkelgear en tendens til at støje mere end cylindriske gear.
Desuden er tætningen af den lodret nedadvendte udgangsaksel et forbavsende stort problem. Det er en kendt sag, at vindmøllegear ikke kan nøjes med klassiske tætningsringe, de bliver simpelthen utætte.
Derfor forsyner man altid vindmøllegear med labyrinttætninger. Men de duer ikke til lodrette aksler. Der er lavet alskens sindrige arrangementer for at løse dette problem, men i praksis ender man med klassiske tætningsringe. Som altså bliver utætte.
Hvad værre er, så er den lange aksel ned gennem tårnet i sig selv en meget stor udfordring. Akslen kan af gode grunde ikke leveres i et stykke, men skal samles af mange stykker med koblinger. Desuden skal den have en stribe støttelejer ned gennem tårnet, og disse lejer skal vedligeholdes.
Ikke at det er mere besværligt end generatorlejerne, der er bare flere af dem, og så vender de besværligt mht. tætningerne. Oven i det skal akslen afskærmes. Sammenfattende overstiger prisen for akslen med tilbehør langt de eventuelle besparelser ved at have generatoren på jorden.
Dertil kommer, at det at håndtere en hurtigtløbende aksel på 100 m eller mere absolut ikke er nogen enkel sag. Man har ved installation alle slags udfordringer med opretning og afbalancering, og ens arrangement skal kunne håndtere de ret store udbøjninger, som høje mølletårne har.
Og så skal man kunne håndtere dynamikken i den lange torsionsfjeder, som akslen er. Det i sig selv er nok til at gøre, at denne løsning ikke er attraktiv.
Endelig er der nogle praktiske forhold ved at skulle have en central aksel med afskærmning hele vejen ned gennem tårnets centrum plus et generatorsystem i bunden. Tårnet er i forvejen godt fyldt op med mange komponenter i toppen og bunden, og der skal være god plads til elevator mv. Tårndesignerne vil ikke se med sympati på at skulle have en aksel ind!
Alt i alt overstiger ulemperne ved at flytte generatoren ned på jorden langt fordelene, og det er derfor, at man for længst har fravalgt denne løsning til moderne vindmøller.
Afslutningsvist skal jeg understrege, at jeg alene forholder mig til store vindmøller. Det kan godt være, at man vil kunne lave en husstandsmølle med en lodret aksel ned til en generator placeret på jorden. Men selv der tror jeg ikke, at det er nogen fordel.
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.
