Spørg Fagfolket: Hvorfor satser man ikke på vertikale vindmøller?
Vores læser Thomas Kofoed har spurgt:
Angående vindmøller, så har jeg set vertikale møller! De ser lidt spøjse ud, men ved nærmere øjesyn, er der jo en del fordele ved dem, som jeg ser det.
Der er for eksempel intet andet mekanisk end en lodret roterende aksel. 'Møllen' behøver ikke at drejes, selv om vinden skifter, og bladene behøver heller ikke at skulle kunne ændre vinkel. Der er måske behov for en slags skærm til at begrænse påvirkningen ved kraftige vinde.
Jeg har set polakker gøre en del i disse former for møller, og jeg er faktisk lidt imponeret over det simple design frem for de normale 'Vestas/Siemens'-typer.
Vil det ikke være muligt at hive tilsvarende effekt ud af disse lodrette møller 'Vertical Axis Wind Mills'?
Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor er akslen på en vindmølle ikke vandret?
Henrik Stiesdal, opfinder og vindmøllepionér, svarer:
Vertikalakslede møller er kendt fra oldtiden og blev langt op i 1900-tallet brugt til maling af korn i egnene syd for Det Kaspiske Hav (det nuværende Iran og Afghanistan). Verdens første elproducerende mølle, bygget af James Blyth i Skotland i 1888, var også vertikalakslet.
Fælles for disse tidlige møller var, at de havde meget lav virkningsgrad. Det var først i 1926, at der kom et bud på en vertikalakslet vindmølle med høj virkningsgrad, nemlig Darrieusmøllen, der har navn efter sin opfinder, den franske aerodynamiker George Jena Marie Darrieus.
Læs også: Spørg Fagfolket: Påvirkes lufttemperaturen af en vindmølles rotor?
Darrieusmøllens fordele
Darrieusmøllen er besnærende simpel og har mange attraktive fordele:
• En Darrieusmølle har lodret aksel og lange, buede vinger med konstant bredde. Den konstante bredde gør det muligt at fremstille vingerne ved ekstrudering og andre lignende, industrielle processer
• Transmissionssystemet og det elektriske udstyr kan anbringes på jorden, og vindmøllen behøver ikke krøjes op i vinden.
• Ved at anbringe lejer øverst og nederst, begge tæt på fastgørelsespunkterne for vingerne, og ved at afstage det øverste leje med barduner, kan man opnå, at der stort set ikke overføres bøjningsmomenter til hovedakslen, men kun forskydningskræfter. Og ved at udforme vingernes bue som en kædelinje kan man (i det mindste rent principielt) opnå den yderligere fordel, at der stort set heller ikke optræder bøjningsmomenter i vingerne, så belastningen af vingematerialet i princippet kan være rent aksial i ethvert tværsnit.
Læs også: Spørg Fagfolket: Hvordan bliver de synkrone blink fra vindmøller styret?
Darrieusmølles ulemper
Darrieusmøllen har dog også en række betydelige ulemper:
• Vingerne har kun én optimal indfaldsvinkel over en beskeden del af rotationen, og en stor del af vingerne er for tæt på akslen. Det indebærer, at den samlede virkningsgrad er en del lavere, end man umiddelbart skulle tro.
• Hvad værre er, så oplever vingerne meget store veksellaster under en omdrejning. De går fra at være stort set ubelastede under den del af omdrejningen, hvor de kører lige op mod eller væk fra vinden, og til at være maksimalt belastede på vindsiden og lidt mindre, men stadig højt belastede i den modsatte retning på læsiden. Det stiller meget store krav til udmattelsesstyrken af vingerne og deres ophæng.
• Fordi vingerne går fra nul til maksimal eller nær maksimal belastning under en omdrejning, bliver effektydelsen meget uregelmæssig. Værst naturligvis ved to vinger, men også slemt ved tre eller flere vinger.
Læs også: Spørg Fagfolket: Bliver vindmøllefundamenterne i havet fjernet igen?
Andre varianter
I de tidlige år af den moderne vindmølleudvikling var det stadig uklart, om horisontalakslede eller vertikalakslede vindmøller ville blive den dominerende teknologi, og hvis man studerer litteraturen fra konferencer i 1970’erne, forekommer vertikalakslede vindmøller nærmest at være lige så 'mainstream' som horisontalakslede.
Sidst i 1970’erne blev der opstillet en del forsøgsmøller, og i første halvdel af 1980’erne var der flere serieproducerede modeller på markedet. Men efterhånden viste det sig, at ulemperne oversteg fordelene i væsentlig grad, og det endte med, at de horisontalakslede møller blev den fremherskende teknologi.
Der er forsøgt mange varianter af vertikalakslede møller for at overkomme de vanskeligheder, som den klassiske Darrieusmølle har. En af dem er Voith-Schneider-møllen, hvor vingerne er lodrette og ikke buede, og hvor de er hængslede og kan vippe lidt om deres længdeakse. Med dette arrangement kan man styre vingernes indfaldsvinkel inden for visse grænser og dermed opnå en lidt højere virkningsgrad.
Andre varianter har vingerne anbragt i en skrueform om møllens længdeakse, så problemet med den vekslende ydelse bliver minimeret. Men fælles for dem alle er, at ingen endnu har kunnet konkurrere med de horisontalakslede møller, når det kommer til den samlede økonomi.
Jeg har selv i de tidlige år set på vertikalakslede møller, ikke så meget, fordi jeg troede, at det nødvendigvis var vejen frem, men fordi jeg ville forstå konceptet ordentligt.
Læs også: Spørg Fagfolket: Får man mere vindmøllestrøm ud af kold luft end varm luft?
Skepsis blandt fagfolk
I 1978 besøgte jeg i USA både det nationale testcenter for vindmøller på Rocky Flats nær Boulder i Colorado, hvor der var opstillet en mindre Voith-Schneider-mølle, og Sandia Laboratories ved Albuqurque i New Mexico, hvor der var en (dengang) kæmpestor Darrieusmølle med hele 17 m vingefang.
Ingen af dem kørte, og man kunne forstå, at forskerne efterhånden så på deres frembringelser med en vis skepsis blandet ind i den almindelige begejstring.
Ti år senere, i 1988, besøgte jeg et par vindmølleparker med Bonus-møller i Altamont Pass øst for San Francisco. Bonus-møllerne var opstillet sammen med et stort antal to-vingede Darrieusmøller, fremstillet af den amerikanske virksomhed FloWind Corp. FloWind var gået konkurs i 1987, men inden da havde de nået at opstille over 500 stk. 170 kW møller med 17 m diameter.
FloWind-møllerne stod for det meste stille, men ind imellem kørte de næsten alle sammen. Da skete det somme tider, at en stor del af møllerne blev synkroniseret med hinanden og kom til at køre i takt. Årsagen var, at effekten fra den enkelte mølle varierede så meget under en omdrejning, at det påvirkede spændingen på nettet.
Dermed kunne møllerne mærke hinanden, og så kom de altså til at rette sig ind efter spændingsvariationen. Det så ret besynderligt ud med snesevis af de futuristisk udseende møller i det bakkede landskab, som alle kørte i takt.
Kan ikke konkurrere
Selv om de vertikalakslede møller ikke har kunnet gøre sig gældende over for de horisontal-akslede, sker det med jævne mellemrum, at man læser om nye projekter med meget store vertikalakslede møller. De er som regel til offshore-brug, og jeg vil gætte på, at der til ethvert tidspunkt over de seneste10 år har været mindst to-tre projekter i gang i Europa.
Disse projekter har det med at starte med pressemeddelelser og stort ståhej for så i løbet af nogle år lige så stille at forsvinde igen. Mit bedste bud er, at det simpelthen aldrig kommer til at ske, og at vindmøllerne med deres horisontale aksel har nået den endelige form.
