menu close Teknologiens Mediehus
person Konto arrow_drop_down
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.
Jeg husker at have diskuteret anvendelse af hydraulik og/ eller trykluft med Kinesiske fabrikanter som en mulighed. Måske blev der lavet forsøg med hydraulik, det husker jeg ikke.
Ideen med trykluft var at flere møller kunne bidrage til en fælles facilitet som kunne konvertere trukluften til el eller oplagre den.
Jeg har ikke hørt at det overlevede undersøgelses stadiet!
Har set "save med hydraulik" ... men mest kun små ... enkelte lidt større ...
https://icsdiamondtools.com/products/890f4...
Man kunne måske opskalere ... tja ... så kunne fremtidens flydende vindmøller måske få et lavere tyngdepunkt ... tjo ... nej ... det har de tænkt på i sektoren.
Hvad med en lang kæde fra en vandret aksel i toppen til en vandret aksel i bunden? Det vil umiddelbart løse de fleste af de nævnte problemer.
Bunden må naturligvis have en platform der kan følge toppen ved ændring i vindretning.
https://powerplants.vattenfall.com/en/nasu...
https://www.nyteknik.se/energi/matilda-fal...
Näsudden 2 havde et vinkelgear, med generatoren placeret i centrum af krøjekransen.
Fejl på dette gear var årsagen til at møllen blev bortsprængt.
Møllen var speciel idet den var tobladet, og have et skinne system på tårnet således at nacellen kunne køre ned af siden.
Her stod Näsudden 2:
https://www.google.com/maps/@57.0740158,18...
Kan du forestille dig hvor svært det er at holde 200 m kæde under kontrol? Glideskinner der skal smøres og vedligeholdes osv.? Det er ikke en cykelkæde vi taler om her.
Hmm... samt skabe en del nye. ...Vægt, slid, tab...
Jo, der blev lavet forsøg med hydraulik, men MHI Vestas ikke denne teknologi i deres serie producerede møller.
http://www.artemisip.com/sectors/renewables/
Hvad koster vedligehold af en moderne havvindmøller?
Og hvad koster det, at nedtage møllen efter endt tjenestetid?
En helt anden måde at omsætte drejningsmomentet er via en kompressor til et termisk lager. Det er ikke prøvet af endnu, men er et forfriskende bud på en løsning.
http://www.wind-tp.com/how-it-works/
Jeg har ikke tænkt mig at starte virksomhed på den idé, men det er altså gratis at komme med ideer i en tråd som denne.
Det er ikke en cykelkæde men måske 10 gange en kæde vi finder ude i bilens motor. Eftersom at kædens vej er lodret burde det ikke være det store at holde styr på. Udstyret med smøreanlæg og kædestrammer.
Rotoren på en 8 MW mølle drejer ca 10 o/min.
Hvis man vælger et kædehjul oppe i nacellen med diameter 2m så er hastigheden på kæden ca 1 m/s.
8 MW / 9,81 x 1 = i runde tal 800 tons, som er en del mere end 10 kæder fra bilmotoren kan bære. :-)
Ok så det kræver gearing. Det har de fleste vindmøller i forvejen af hensyn til generatoren.
😆
Erkend det nu, Baldur!
For en gangs skyld, er din ide dårlig. 😉
"*Operation and Maintenance Costs
Experience shows that maintenance cost are generally very low while the turbines are brand new, but they increase somewhat as the turbine ages.
Studies done on the 5000 Danish wind turbines installed in Denmark since 1975 show that newer generations of turbines have relatively lower repair and maintenance costs that the older generations. (The studies compare turbines which are the same age, but which belong to different generations).
Older Danish wind turbines (25-150 kW) have annual maintenance costs with an average of around 3 per cent of the original turbine investment. Newer turbines are on average substantially larger, which would tend to lower maintenance costs per kW installed power (you do not need to service a large, modern machine more often than a small one). For newer machines the estimates range around 1.5 to 2 per cent per year of the original turbine investment.
Most of maintenance cost is a fixed amount per year for the regular service of the turbines, but some people prefer to use a fixed amount per kWh of output in their calculations, usually around 0.01 USD/kWh. The reasoning behind this method is that tear and wear on the turbine generally increases with increasing production. *"
http://drømstørre.dk/wp-content/wind/mil...
Jeg var bare nysgerrig på hvad argumenter der er imod. Er fuldstændig klar over at den bedste placering af generatoren er der hvor 99% af alle vindmøller har den. Føler ikke helt at i skød den ordentligt ned. 100 mm kæde til skibsanker kan tage over 1000 ton.
Her er en anden idé: lav en ring rundt langs spidsen af vingerne og placerer en hurtigløbende generator i bunden.
Den er faktisk også prøvet af...
https://barberwindturbines.com/offshore/tu...
Kan ikke lige finde et billede af den i virkeligheden, men den er bygget, vist nok i MW klassen...
Her er billeder af en mølle med en ring rundt om vingerne og en generator i bunden:
https://en.wind-turbine-models.com/turbine...
Uha, den er grim!
Der er godtnok også mange ting der kan gå i stykker.
Desuden.
En cut-out wind speed på 20 m/s er ret lav.
Moderne møller ligger på 25+ m/s.
Den må have lav kapacitetsfaktor.
Det kommer an på hvor den står henne. De hævder at møllen er halv pris. Det er alligevel noget.
Det er let at komme med ideer til noget man ikke har sat sig ind i og når man lader hånt om basal fysik.
Stiesdal giver gode argumenter, men jeg mangler det, at bunden af tårnet er noget nær den mest umulige komponentplacering hvad angår adgang ved udskiftning. Nærmest ingen dele i en mølle kan tages under armen.
Er der ikke også det problem med en kæde at toppen af møllen skal kunne dreje rundt?
Jep, men en ankerkæde overføre ingen effekt, når et ankerspil trækker ankeret op lyder det som noget i retning ar en gearkasse fyldt med løse bolte og møtrikker.
Der er stort set ingen større maskiner der bruger rullekæder til effektoverførsel, store skibsmotorer bruger dem til at drive kamakslen, som alternativ til tandhjul. Ellers kan jeg kun komme på Köf-rangertraktoren (~100 kW), hvor drivakslerne drives af kæder,
Jeg kom til at tænke på molboerne der skulle jage en stork ud af kornet.
Det var vistfor at spare vægt på nacellen at man foreslår kædedrev. Jeg antager at kæden vejer mere end gearet og generatoren på en Vestas 112 med 140 meter tårn .
Ja, ideen er da i den grad skudt ned. Stiesdahl nævner jo også, at der skal være plads til en elevator inde i tårnet. Men man selvfølgelig bare hægte den på kæden også (hvilket ikke er spor seriøst ment).
Ja da - man skruer bare kabinerne på kæden, så har man en elevator som den på Christiansborg - det er da innovation, der vil noget
😉
Hvis man nu kunne vise ingeniørmæssig snilde ( især med at skrive velformulerede ansøgninger om støttepenge ) så kunne man hægte lager indover.😉 https://ing.dk/artikel/taarn-35-ton-tunge-...
jeg er ikke uenig med Stiesdal, men men men.
Det eksisterende koncept har jo udfordringer, det er vel derfor man ser ginggeneratorer og hydraulik gear.
"Udgangsakslen på et stort vinkelgear kan i praksis kun udformes med ensidig lejring, dvs. begge lejer på samme side af akslens tandhjul."
Det er nok rigtigt, at enten indgangs- eller udgangsakslen kun kan lejres ensidigt. Ser vi på indgangsakslen, så sidder rotoren jo i den ene ende, og kan også kun lejres ensidigt. Om et keglehjul i den anden ende er lejret på den ene eller anden side, ser jeg ikke har den store betydning.
Hvis det ikke er muligt at lave tætte lodrette akseltætninger, så lad dem da være utætte. Man har en god formodning om hvor olien vil ende, og det vil kræve et minimalt energi forbrug at pumpe det tilbage.
"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."
Her har vi et reelt problem. Da generatorvægten kun udgør 4 - 5 %, vil det nok være klogt at lade den sidde lige under nacellen.
Vi har så kun opnået en anden måde at konstruktere gear på, men det er vel også værd at se på.
Så har du fortsat den fulde vægt i toppen !
Et vinkelgear er under alle omstændigheder mere kompliseret end et simpelt reduktionsgear.
Den nuværende konstruktion har den store fordel at man montere genneratoren i nacellen, og tester hele enheden i en montagehal. Ved at flytte generatoren ned i tårnet, flytter man en masse montage og testarbejde ud på byggepladsen, det bliver det absolut ikke billigere af.
.
Og det er nok den aller største fordel ved at have generator i nacellen.
Det er uendeligt meget nemmere at have en færdig enhed der skal hejses på plads og 'kun' forbindes elektrisk ude i felten end atskulle montere og opline gearinger og aksler også.
Hvis man vil spare vægt, så kunne man vel støbe et fælleshus til hele mekanismen. Men vægtbesparelse står nok ikke mål med prisen?
Man gør bare som nu, fyrer møllefabrikkernes medarbejdere her i landet og får delene fremstillet i Kina og Korea. Ligesom man har gjort det med skibsværfterne og skibsmotorfabrikkerne :)
Var det et svar til mig?
Men en konstatering af de faktiske forhold. Du har måske bemærket at havvindmølle firmaet der før hed Vestas A/S nu hedder MHI Vestas Offshore Wind A/S som dækker et samarbejde med Mitsubishi Heavy Industri (MHI) der netop er indgået for at kunne fremstille store elementer tiil vindmøller. Både mekaniske, elektroniske elementer i alle størrelser . Fra minibatterier over bilfabrikation og sværvægts størrelser som ubåde og atomkraftværer som Mitsubishi er ekspert i.
https://finans.dk/live/erhverv/ECE8393553/...
Nok er Vestas en stor sag, men Mitsubishi er nok en del større .....så!
Så vi venter blot på at dette Megafirma støber sådan en blok?
Det vil kræver at man finder en fabrik, der kan producere både gear og generator. Det er der måske enkelte store koncerner der gør, men ikke på samme matrikelnummer.
Så er man låst til en bestemt leverandør, de store vindmøllefabrikker bruger forskellige leverandører af gear og generatorer. Vestas levere også møller med Siemens generator.
Hej Baldur Norddahl
Lad os spille lidt videre på ideen.
Hvis man tager Magnus Thomsen 8 MW mølle og hans beregning.
I en 8 MW mølle kan kædehjulet fint være 10 m i diameter.
I stedet for én generator placerervi 3 generatorer, én på hver side og én over nacellen. Hermed bliver trækket cirka 50 ton.
Kæden udskifter vi med en almindelig (måske lidt stor) vedligeholds- og smøringsfri tandrem.
Hermed har vi håndterbar generator størrelse,en simpel gearing og ingen vedligehold.