Spørg Fagfolket: Påvirkes lufttemperaturen af en vindmølles rotor?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Fagfolket: Påvirkes lufttemperaturen af en vindmølles rotor?

Illustration: Bigstock/Arsty

Vores læser Gert Nielsen har spurgt:

Teoretisk kan vindmøllevinger højst hente 16/27 = 59 procent af vindenergien i den passerende luft Hvad sker der med lufttemperaturen, altså luftens molekylebevægelse, når vinden afgiver energi til en vindmølles rotor?

Nogle mener, at temperaturen er upåvirket. Andre mener, at luftens temperatur falder. Hvis det er målt empirisk, hvad er så resultatet, og er der en logisk forklaring på resultatet?

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor placerer man ikke generatoren i bunden af vindmøllen?

Henrik Stiesdal, opfinder og vindmøllepionér, svarer:

Ja, lufftemperaturen påvirkes, når luften passerer gennem en vindmøllerotor, men virkningen er meget lille, og den mærkes ikke langt væk fra vindmøllen.

Lad os se på en ideel vindmølle, som gør det, vindmøller nu en gang gør, nemlig opbremser vinden og samtidig trækker effekt ud til det roterende system.

En ideel vindmølle gør ikke andet end det, mens en virkelig vindmølle også udøver friktion på vinden, når den passerer tæt hen over vingens overflade og desuden sætter vinden i rotation bag møllen.

Det med rotationen er en konsekvens af Newtons lov om aktion og reaktion, for vindmøllens rotor overfører et drejningsmoment til vindmøllens gear og generator, og så må der tilsvarende overføres et modsatrettet drejningsmoment til luften, som altså roterer let bag møllen.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor er vingerne forskellige på vindmøller og bordventilatorer?

Det store regnestykke

Når vi ser på en ideel vindmølle, kan vi forestille os den udført med to kontraroterende rotorer (så vi ikke får noget drejningsmoment på luften), hver med uendelig mange friktionsfri vinger (så der ikke er noget gnidningstab ved vingernes overflade).

Når vinden nærmer sig vores ideelle rotor, stiger trykket fra det uforstyrrede niveau, som vi kan kalde Po, til et højere tryk, Po+dP. Under luftens passage af rotoren falder trykket brat med værdien 2*dP, så trykket lige bag rotoren er Po-dP. Efterhånden som vinden kommer længere væk fra møllen, stiger trykket igen til det uforstyrrede lufttryk, Po.

Den største trykkraft fra vinden på en moderne vindmøllerotor er ca. 50 N/m2. Hvor høj trykkraften bliver, afhænger af hvor stor generator man har på sin vindmølle i forhold til rotorarealet. Moderne vindmøller har typisk et forhold mellem generatoreffekten og rotorarealet på 200–350 W/m2, og her gælder tommelfingerreglen om de 50 N/m2 så nogenlunde.

Når trykkraften på rotoren er 50 N/m2, må dette svare til forskellen mellem lufttrykket lige før rotoren og trykket lige efter rotoren. Ovenfor betegnede vi denne forskel som 2*dP, så dP er 25 N/m2, eller 25 Pa.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvorfor er der så få vindmøller i Grønland?

Meget små forskelle

Luften komprimeres altså med 25 Pa før rotoren, så dekomprimeres den med 50 Pa i rotorplanet, og efterhånden stabiliserer den sig igen bag møllen til det omgivende tryk.

Alt dette sker inden for sekunder. Vi har derfor at gøre med adiabatisk kompression, fordi der ikke er tid til nogen væsentlig varmeudveksling med omgivelserne.

Adiabatisk kompression af en gas giver anledning til en temperaturstigning, og adiabatisk dekompression giver tilsvarende anledning til et fald i temperaturen. Luftens temperatur stiger altså før vindmøllen, for så at falde brat i rotorplanet og derpå hurtigt indstille sig på omgivelsestemperaturen igen.

De temperaturforskelle, vi har at gøre med, er meget små. Det skyldes den simple kendsgerning, at en trykforskel på 25 Pa er meget lille i forhold til omgivelsestrykket, som ved standardforhold er 101.325 Pa. Forholdet mellem trykket lige før rotoren og trykket i den uforstyrrede luft er dermed 1.00025.

Adiabatisk kompression med et trykforhold på 1.00025 giver, så vidt jeg lige kan regne ud, en temperaturstigning på 0,02 grader.

Læs også: Spørg Fagfolket: Hvordan løber strømmen fra min husstandsvindmølle?

Konklusion:

Svaret på spørgsmålet er derfor som følger:

  • På en ideel vindmølle stiger lufttemperaturen før rotoren til et niveau lidt over omgivelsestemperaturen, falder så ved passage af rotorplanet til et niveau lidt under omgivelsestemperaturen, og stabiliserer sig endelig et stykke bag møllen igen på omgivelsestemperaturen.

  • Hvis den ideelle mølle har et nogenlunde realistisk forhold mellem generatoreffekt og rotorareal, er temperaturen lige før rotoren 0,02 grader højere end temperaturen af den uforstyrrede luft, mens temperaturen lige bag rotoren er 0,02 grader lavere end temperaturen af den uforstyrrede luft.

Jeg har aldrig set forsøg på feltmålinger af dette fænomen, dertil er temperaturforskellene ganske enkelt for små.

Jeg har til gengæld set feltmålinger af temperaturen på virkelige møllers vinger. Her kan man godt se små forskelle i temperaturen. De har dog ikke noget med ovennævnte effekter at gøre, men skyldes forskelle i friktionen ved luftstrømningen hen over vingeoverfladen. På virkelige møller er denne friktion en parameter, man skal regne med.

Spørg fagfolket

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.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"Summary.

We find that generating today's US electricity demand (0.5 TWe) with wind power would warm Continental US surface temperatures by 0.24°C. Warming arises, in part, from turbines redistributing heat by mixing the boundary layer. Modeled diurnal and seasonal temperature differences are roughly consistent with recent observations of warming at wind farms, reflecting a coherent mechanistic understanding for how wind turbines alter climate. The warming effect is: small compared with projections of 21st century warming, approximately equivalent to the reduced warming achieved by decarbonizing global electricity generation, and large compared with the reduced warming achieved by decarbonizing US electricity with wind. For the same generation rate, the climatic impacts from solar photovoltaic systems are about ten times smaller than wind systems. Wind's overall environmental impacts are surely less than fossil energy. Yet, as the energy system is decarbonized, decisions between wind and solar should be informed by estimates of their climate impacts."

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-...

  • 2
  • 25

Vind som er skabt vha. solens uens opvarmning af jorden/atmosfæren, må nødvendigvis blive til varme pga. friktion med f.eks. bjerge, træer, huse, og vindmøller.
Umiddelbart kan jeg ikke se nogen klima forskel mellem at vinden bliver bremset af en vindmølle eller et bjerg.
Og stort set alt forbrugt el bliver til varme igen på et tidspunkt.

Spørgsmålsstillern nævnte Betz lov og de max. 59%.
Umiddelbart vil jeg mene at de resterende 41% ikke giver nogen opvarmning.
Udover tab i rotoren, er der også ca. 10% tab fra mekanisk til elektrisk effekt, som bliver afsat via. kølesystemet i møllen.

  • 11
  • 0

Umiddelbart kan jeg ikke se nogen klima forskel mellem at vinden bliver bremset af en vindmølle eller et bjerg.

Konsekvenserne ved global opvarmning er selve opvarmningen af overfladen af jordskorpen som land og hav hvor vi lever, som vi godt vil undgå ved at nedsætte drivhuseffekten.

Som der står i studiet oven over, så øger turbulens fra vindmøllerne opvarmningen af jordoverfladen om natten ved at mixe varmere luft der ligger højere med koldere luft over jordens overflade. Det er et problem da det er om natten at overfladearealet køler og afgiver varmen den har optaget fra solen om dagen og det er den største faktor i regional opvarmning fra vindmøller.

Så opvarmningen kommer ikke at opbremsning af vinden, den vil som du siger blive afsat som varme alligevel et eller andet sted på kloden via friktion, man rykker den muligvis, men det er så lidt og det er ikke relevandt i forhold til opvarmning af overfladearealet, atmosfæren over vi lever i og dermed klimaproblemerne.

  • 1
  • 18

Som der står i studiet oven over, så øger turbulens fra vindmøllerne opvarmningen af jordoverfladen om natten ved at mixe varmere luft der ligger højere med koldere luft over jordens overflade


Bund inversioner forekommer normalt ved lav vind, hvor der ikke er turbolens til at blande luftlagende.
https://en.ilmatieteenlaitos.fi/temperatur...

Hvis der ikke er vind, så skaber en vindmøller ikke nogen opblanding af lagende.
Der findes de berømte billeder fra HR1 hvor man kan se waken fra møllerne, men det er et sjældent fenomen.

  • 11
  • 1

Damn en DK effekt man er vidne til her.

Jeps, tror der er nogel knee-jerk tommler der :-)

Jeg finder dit bidrag med artiklen absolut relevant og det er yderst relevant for spørgeren. Om det er en lødig artikel har jeg så ikke forholdt mig til, men fænomenet med lokal klima-påvirkning omkring parker grundet ændret overfalde-"ruhed" er ikke uvæsenligt når vi kigger på spørgers oprindelige tanke, det er bare ikke præcis det som der spørges om.

  • 3
  • 0

Jeps, tror der er nogel knee-jerk tommler der :-)

Jeg finder dit bidrag med artiklen absolut relevant og det er yderst relevant for spørgeren. Om det er en lødig artikel har jeg så ikke forholdt mig til, men fænomenet med lokal klima-påvirkning omkring parker grundet ændret overfalde-"ruhed" er ikke uvæsenligt når vi kigger på spørgers oprindelige tanke, det er bare ikke præcis det som der spørges om.

Ja de der likes burde afskaffes, det skulle jo være et sagligt fora og ikke en facebook kopi. Men man kan så også sige at det måske er meget fair man kan give en tommel ned for usaglige argumenter, dog ser man det omvendte i praksis.

Men jo artiklen er et per-reviewet studie i det videnskabelige tidsskrift Joule, som hvis ikke jeg husker helt forkert er et tidsskrift som B. Sovacool direktøren for Center for energi teknologi har står eller har stået for.

Der findes en del andre studier omkring samme emne der kommer frem til samme konklusioner, jeg har bare delt et af de nyeste der faktisk har har forsøgt at måle effekten og dermed få nogle virkelige tal på hvor stor den er fra erfaring med vindmølleparker.

Så studiet er helt fino, jeg finder det ganske relevandt i forhold til spørgeren da effekten netop ændrer og opvarmer den nederste del af luften/atmosfæren lokalt ved vindmøllerne.

  • 2
  • 8

Rigtig god artikel og god opfølgning i kommentarerne.

Jeg mangler dog en belysning af hvad nacellen kan give af varme. Hér er der mere friktion, selvom denne naturligvis nedsættes mest muligt. Den er måske ubetydelig, men slet ikke nævnt.

  • 0
  • 0

**Lokale temperaturer versus klima. ** Man kan ikke blande/misbruge et studie af temperaturer omkring en vindmøllerotor i en klimadebat.
Lad os lige holde os til basic. en (luft) masse G passerer en vindmølle med hastigheden V, derved mindskes V. Delta V omsættes til elektrisk energi som ledes et andet sted hen hvor det afsættes til varme, evt via noget bevægelse.

Hvis luften opvarmes lokalt omkring vindmøllen har man lavet en særdeles effektiv evighedsmaskine. Når man bruger lommeregneren til at finde kvadratroden af
25, er det vigtigt også at bruge hovedet til at vurdere om resultatet 625 er plausibelt, eller der er sket en lille tastefejl.
Hvis man vil bruge dette studie i klimadebatten, er det lige så relevant at påstå at en alle omkring en vej forårsager global opvarmning.

  • 6
  • 0

Hvis jorden opvarmes af blanding af luften, så vil det forårsage øget varmeudstråling og dermed en køling af atmosfæren som helhed. Dette fjerner energi fra opvarmning af havene, som egentlig er det der skaber problemerne mht klima (sagt lidt groft). Så øget lokal opvarmning er ikke lig øget global opvarmning. Godt forsøgt ellers.

  • 2
  • 0

Opvarmning = udstråling Det jeg ønsker at påpege er netop, at det ikke er rimeligt at bruge meget lokale temperaturændringer i klimadebatten for og imod vindkraft. vi er dermed helt enige. Det er måske misforstået , men jeg læser Rolf Hansens første indlæg, som et forsøg på at indikere, at vindmøller forårsager global opvarmning. Derfor steg midt blodtryk da jeg læste indlæget, og jeg kopierede derfor ind i en Google translate, for at se om min forståelse var helt gal, min forståelse ændrede sig ikke, og jeg er stadig fortørnet over hans overskrift, og ser det som vild misbrug, af det glimrende svar fra Henrik Stiesdal.

  • 6
  • 0

Hvis jorden opvarmes af blanding af luften, så vil det forårsage øget varmeudstråling og dermed en køling af atmosfæren som helhed. Dette fjerner energi fra opvarmning af havene, som egentlig er det der skaber problemerne mht klima (sagt lidt groft). Så øget lokal opvarmning er ikke lig øget global opvarmning. Godt forsøgt ellers.

Som der står i studiet oven over, så øger turbulens fra vindmøllerne opvarmningen af jordoverfladen om natten ved at mixe varmere luft der ligger højere med koldere luft over jordens overflade. Det er et problem da det er om natten at overfladearealet køler og afgiver varmen den har optaget fra solen om dagen og det er den største faktor i regional opvarmning fra vindmøller.

Jeg er helt eni med Casper Lyhne.

"Køling" af jordens overflade sker enten ved konvektion eller ved udstråling til verdensrummet. Konvektion "fjerner" ikke noget, men flytter energi fra et sted til et andet. Det er kun og alene den radierede varme ud i verdensrummet der skal ballancere med den indstrålede effekt fra solen plus den effekt der skabes på jorden selv (ved afbrænding, a-kraft, vulkanudbrud osv.)
Og det er jo så faktisk det der er nøglen i klimaproblemet: CO2 ændrer på den måde der kan udstråles energi fra jorden ud i verdensrummet. Det betyder, at udstrålingen bliver gradvis mindre og mindre, dvs. temperaturen på jordkloden dermed stiger.
Om man har vindmøller som pisker rundt i luften kan ikke have betydning. Den energiafsættelse der sker i møllen og til luften, må være den samme som afsættes andre steder hvis der ikke var en mølle.

Man har nøjagtig samme problem i alle de satellitter som kredser omkring jorden. Satellittens solceller producerer strøm, som så omsættes til varme i satelittens elektronik. Da der ikke er nogen atmosfære til at flytte den overskydende effekt, er satellitten nødt til at radiere varmen tilbage til verdensrummet - typisk via soret køleflader der vender væk fra solen og/eller via peltie elementer som kan bruges til at få større temperaturforskel på et mindre udstrålingsareal, og dermed større udstråling. Set fra verdensrummet er jordkloden en "satellit" i kredsløb om solen. Og den "satellit" bliver hurtig meget varm, hvis den ikke kan stråle det den modtager fra solen tilbage til verdensrummet. Meget heldigt at jorden roterer.

  • 2
  • 0

Mit respons var tiltænkt Rolf. Jeg kan godt se at det ikke er ret tydeligt. Jeg tror vi er rørende enige.

  • 2
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten