Vindbranchens grand old man udpeger: Fire teknologiske udfordringer for vindbranchen
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.

Vindbranchens grand old man udpeger: Fire teknologiske udfordringer for vindbranchen

Fascineret af de teoretiske udfordringer inden for mølleteknik og inspireret af 1970’ernes vindmøllevækst blev Henrik Stiesdal i en ung alder betaget af vindbranchen.

Med sit første vindmølledesign i en alder af 21 år forventede mange, at Henrik Stiesdal ville gøre sig bemærket i vindbranchen. Men de færreste kunne forudse, at den unge knægt fra Vildbjerg ville blive en verdensanerkendt pionér inden for vindenergi.

Allerede i slutningen af 1970’erne solgte Stiesdal sit og samarbejdspartnerens vindmølledesign til Vestas, som dengang hovedsageligt producerede landbrugsvogne og lastbilkraner.

Virksomheden skød til tops blandt vindmølleproducenter, og designet blev indbegrebet af moderne danske vindmøller i mange år efter.

Problembarn aflivet

Statussen som klassens klogeste vindnørd gav i 1988 Henrik Stiesdal en stilling som teknisk direktør hos Bonus Energy, der senere blev til Siemens Wind Power.

Siden sin mølledebut har den tidligere tekniske direktør taget mere end 700 patenter i vindteknologi og været hovedhjernen bag en række teknologiske udviklinger, som har skubbet vindenergi fremad.

Blandt bedrifterne i tiden hos Siemens Wind Power kan nævnes designet af en turbine med varierende omdrejningstal, som reducerede støjen og forbedrede strømkvaliteten, samt elimineringen af et af vindindustriens store problembørn: gearkassen.

Men i en alder af 60 år kan vind- guruen ikke nå at løse alle de tilbageværende teknologiske udfordringer.

Netop dét er en mission for fremtidens ingeniører, lyder budskabet fra Henrik Stiesdal. Og særligt fire områder savner assistance fra kloge og kyndige ingeniørhænder:

Aerodynamik skal strømlines

Udviklingen af vinger er afgørende for vindmøllernes fremtid. For at presse prisen på strøm ned prøver producenter at forbedre vingernes præstation og samtidig begrænse belastningerne. Det kan ske ved at bygge lettere konstruktioner, der skåner både vingen og hele strukturen.

Selv om det at forbedre aerodynamik på vinger kan lyde let, er det en vaskeægte ingeniøropgave, forsikrer Henrik Stiesdal. Den lange tid mellem servicebesøg og den vanskelige adgang til vingerne gør arbejdet yderst kompliceret.

»Det er mere krævende end på fly og helikoptere, fordi man groft sagt ikke kan komme til udstyr, som er monteret langt ude på vingerne. Fremtidens løsninger skal derfor være robuste for at levere højere produktion og lavere belastning. Derfor er det en stor opgave, som ligger og venter på at blive løst, forklarer han og tilføjer:

»Der har været forskellige bud på løsninger, men ingen kommercielle møller er udstyret med dem.«

Eksempelvis foreslår Henrik Sties­dal at installere bagkant-flaps, der kan justere opdriften på vingen, eller spoilere, som er små tværstillede plader, der rejser sig fra overfladen og bremser opdriften.

»Det ideelle resultat ville være, at nutidens normale vindmøller får mulighed for at have endnu større vinger. Derved kan de levere mere energi i fremtiden. Hvis man skåner vingen, aflaster man også resten af møllen,« forklarer han.

Til denne opgave vil der særligt være behov for produktions- og materialeingeniører.

Stort potentiale for automatisering

Foruden vingernes form og tilbehør sker der også fremskridt inden for produktionen af dem. Ligesom bilindustrien har gjort i flere årtier, kan også vingeproduktion optimeres ved brug af robotter.

Efterhånden har vindemølleproduktionen nemlig nået en volumen, hvor det kan betale sig at automatisere fremstillingsprocessen.

Inden for de kommende år bør automatiseringen derfor langsomt overtage det manuelle arbejde, som i dag dominerer blandt vingeproducenter, mener Henrik Stiesdal.

»Vindmølleindustrien skal derhen, hvor man kan lave vingerne med robotter. Virksomheder i branchen er ved at have en størrelse og volumen til automatiserede systemer,« vurderer han.

Produktionen af vinger indebærer i dag tunge løft og potentielt usunde kemikalier. Men derudover udgør vingen cirka 20 pct. af prisen på en vindmølle, hvilket gør de mulige besparelser ved en automatiseret proces attraktive.

»Der er et bredt behov for at kigge på automatisering. Man kan sandsynligvis opnå en besparelse på 5 pct. af den samlede mølles omkostninger ved at hive robotter ind i vingeproduktionen,« siger Henrik Stiesdal.

Men størrelsen, formen og materialerne, der bruges i vinger, gør opgaven besværlig. Moderne vinger har et overfladeareal på langt over 100 m2, som skal belægges med materiale, der er svært at håndtere.

De ydre lag er lamineret med glas- eller kulfiber, mens kerne­materialet i vingeskallerne består af forskellige typer hårdt skum eller balsatræ.

»Det er en stor udfordring at støbe vingerne i en automatiseret proces. Der er brug for både robot-, automatiserings-, materiale- og produktionsingeniører,« siger Henrik Stiesdal.

Vingeproduktion er dog ikke det eneste område, som har behov for at blive effektiviseret.

Maskiner tynger prisniveauet

På den elektriske side er en af de største udfordringer vægt. Ved at reducere størrelsen på elinstallationer er det muligt at skære udgifter til konstruktionen af møllen, som i dag fordyres af den tunge elektronik, der er placeret øverst i vindmøllens nacelle.

»Nutidens generatorkoncept har fundamentalt set næsten ikke udviklet sig i de seneste 100 år, bortset fra introduktionen af stærke magneter. Derfor må der være potentiale for væsentlige forbedringer,« konstaterer Henrik Stiesdal.

»Det kunne være interessant at kigge på nyere koncepter som trans­versal-flux-generatorer, som har været kendt, og som der er blevet forsket i mange år, men hovedsageligt i nicher af forskningsverdenen. Man begynder at se transversal flux-motorer på scootere i Kina og måske snart i biler, så hvorfor ikke i vindmøller?« spørger han.

Et andet interessant felt er frekvensomformere og fremgangen inden for materialer til mikrochips. De nyere chips åbner muligheden for at nedbringe omkostninger og forlænge levetiden ved at mindske de harmoniske overtoner i strømmen, når den sendes fra møllen.

»Mine forventninger er, at der vil komme betydelige fremskridt. Dvs. at strømmen behøver mindre efter­behandling, inden elektriciteten ryger ud til forbrugerne,« fortæller vindentusiasten.

Så frem for at skulle benytte store filtre og spoler til at tilpasse elektriciteten kan operatører nøjes med billigere systemer til at opnå den ønskede kurveform af vekselstrøm.

Desuden kan elektroingeniører forske i at hæve spændingen i vindmøllernes elsystemer. De teknologiske spring i konverterteknologi skaber rum for at skrue spændingen i vejret, hvilket sikrer mindre tab af energi under transporten af strømmen internt i møllen.

Tilkoblingen af vindmøller til fremtidens elsystem bliver ligeledes et spændende område at følge. Udviklingen af smart grid skaber jobmuligheder for it-professionelle, som eksempelvis skal udvikle systemer til at styre strømforbruget efter elprisen. Netop sådan en fremgang giver mulighed for drage nytte af vind som backup-kraft til elsystemet.

Men det nødvendiggør fremgang inden for andre teknologier.

Energilagring er en joker

I dag er Stiesdal pensioneret, men udvikler stadig ideer og koncepter til vindindustrien. Illustration: Siemens Wind Power

Den vigtigste teknologiske landvinding tager ikke kun udgangspunkt i selve møllen. Spørger man Henrik Stiesdal, skal fremtidige energiformer leve op til fem kriterier:

  • Der skal være rigeligt af den.

  • Energikilden må ikke forurene.

  • Den skal kunne anlægges uden stor folkelig modstand.

  • Teknologien må ikke være for dyr.

  • Der skal være strøm, når der er behov.

Disse krav opfylder vindenergi næsten – men ikke helt. Vejret i Danmark byder på rigelig blæst, vindmøller forurener meget lidt sammenlignet med kul eller gas, og havmøller møder efterhånden mindre folkelig modstand. Prisniveauet er ligeledes dalende og sender vindenergi i konkurrence med konven­tio­nelle energikilder.

Det største problem er derfor fleksibiliteten. Vinden blæser, som den vil, men hvis energikilden skal indfri sit potentiale, er lagring en nødvendighed. Derfor er termisk lagring og alternative brændstoffer eksempler på teknologier, der er værd at undersøge nærmere, fremhæver den pensionerede teknologidirektør.

Et eksempel på sidstnævnte kan være at benytte ammoniak, der ikke indeholder kulstof. Stoffet kan dannes ved at kombinere kvælstof, udvundet fra den frie luft gennem destillation, og brint fra vand via elektrolyse.

»På langt sigt vil ammoniak kunne bruges i transportsektoren enten i brændselsceller eller direkte i forbrændingsmotorer, hvis man omstiller dem,« spår Stiesdal.

En anden mulighed er methanolgas, som kan udvindes fra biomasse eller methangas. Men brændslet er baseret på kulstof og efterlader et større CO2-aftryk end ammoniak.

»Måske vil der ikke være nok kulstof til at basere fremtidens transport på methanol, men ammoniak kan produceres i ubegrænsede mængder,« argumenterer opfinderen.

El gemt som varme i basalt

Tanken om termisk lagring har vindguruen selv leget med og udviklet. Princippet er simpelt: Man gemmer energi som varme i jorden i bunker af sten, der er meget tæt isoleret. Strøm produceret af vindmøller kan således udnyttes til at varme stenene op, hvorefter de holder på varmen, indtil den skal bruges et andet sted. Varmen omdannes igen til elektricitet via et klassisk kraftværk.

Stenene i hullet skal dog være de rigtige. For at undgå, at de sprænger, anbefaler den erfarne vindmand at benytte den vulkanske stenart basalt.

»Det er sådan set ikke nogen stor kunst, snarere et lavpraktisk projekt. Men potentialet af enormt,« påpeger Henrik Stiesdal.

I dag er han pensioneret, men den flammende passion for faget holder ham til ilden.

Særligt fokuserer den tidligere teknologidirektør på løsninger, som den etablerede industri ikke investerer så meget i: industrialisering af flydende havmøller, energilagring, omdannelse af vindkraft til brændstoffer og mere meget.

»Vindenergi er et udfordrende og fagligt fyldestgørende område for en ingeniør. I vindmølleindustrien har man både mulighed for specialisering og for at få dyb viden inden for en række områder, hvilket er eftertragtet i flere brancher,« fremhæver Henrik Stiesdal og afslutter:

»Selv for os, der har været i industrien i 40 år, tilbyder hver dag i vindsektoren noget nyt og spændende.«

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Der er ingen tvivl om at spørgsmålet er blevet vendt og drejet mange, mange gange, men vil du gøre mig klogere?

Kan generatoren i nacellen levere ureguleret spænding og frekvens til et batterilager i mølletårnet?

Kan batterilageret derefter levere stabil 3 faset / 50 hz uden for mange harmoniske strømme til forsyningsnettet og vil dette være billigere / mindre kompliceret, fra et batteri på fx 100 KWh?

Er batterilager i selve mølle tårnet en fornuftig mulighed, således at møllen udgør en mere stabil energikilde der kan melde sin energikapacitet videre til net-adminitsratoren og fx garantere stabil energi i 10-20-30 min?

Vil tabene i sådan en opstilling være for store og omkostningstunge, i forhold til fordelene ved en stabil energikilde?

Er møllens ustabile produktion overhovedet et problem i Danmarks energiforsyning og i andre landes energiforsyning?

  • 3
  • 6

Kan generatoren i nacellen levere ureguleret spænding og frekvens til et batterilager i mølletårnet?


Eftersom et af de punkter han lader til at fokusere meget på er reducering af vægten vil jeg tro det ikke lige er den løsning han er efter.
Desuden forstår jeg ikke hvorfor du vil bygge det ind i den enkelte mølle.
Vil det ikke være noget mere omkostnings effektivt at lave et fælles anlæg for hele parken.
Eventuelt i forbindelse med den centrale konverter det under alle omstændigheder høre til en stor vindmøllepark.

  • 13
  • 2

Du læser min spørgsmål, som fanden læser biblen, Thomas!

Der står: "Batterilager og konvertere i Mølletårnet", ikke i Nacellen!

"Hele mølleparken", skriver du.
Det forudsætter at der altid er en vindmøllepark, og ikke en enkelstående mølle?

Halvdelen af debatterne på dette forum, skyldes manglende læseevner, er jeg bange for.

  • 2
  • 18

Overses ofte i forbindelse "grøn"strøm. "Der skal være strøm, når der er behov."
Selvfølgelig kan behovet flyttes og ændres lidt, men der er jo en grund til at vi gik væk fra afhængigheden af sol og vind for 100 år siden.

  • 10
  • 9

Jeg synes, det er et stort problem, at møllerne er afhængige af, at nogen holder takten. I samme øjeblik, der ikke er nogen, der svinger taktstokken, holder møllerne op med at virke, og så kan de tusind møller stå der og blomstre til ingen verdens nytte. Vi kender det her på Bornholm, hvor vi er afhængige af et kabel fra Sverige. Når en fordrukken skipper har glemt at tage ankeret ind og slæber det hen over kablet, går alt lys ud, og møllerne standser. Vi har ganske vist et konventionelt kraftværk i Rønne, men selv om det bliver startet op i løbet af en times tid, har det slet ikke kapacitet til at holde styr på alle møllerne.
Det forekommer mig at være et meget sårbart system, vi har gjort vores samfund afhængigt af. Det må være en vigtig opgave at få udviklet nogle møller, der selv kan holde takten, så det hele ikke bryder sammen, når en eller anden saboterer en vigtigt forbindelse.

  • 9
  • 2

Det må være en vigtig opgave at få udviklet nogle møller, der selv kan holde takten, så det hele ikke bryder sammen, når en eller anden saboterer en vigtigt forbindelse.

Det må være vigtigt at lave nogle systemer som kan hjælpe møllerne med at holde takten som vil sige man skal have et kraftværk i Rønne som magter at virke sammen med møllerne dvs. at kraftværket skal kunne indstille produktionen netop efter hvad forbruget er op mod hvad afsætter møllerne.

  • 7
  • 3

Svend dog!

Det må du ikke skrive her, hvor vindmøller er gud og solceller er ærkeengle!
Vindmølle industrien er et nationalklenodie som der helst ikke må siges noget negativt om, uanset om det måtte være rigtigt eller logisk.
Så får du en lille skov af 👎🏿, præcist som dette indlæg får.

  • 5
  • 11

Det må du ikke skrive her, hvor vindmøller er gud og solceller er ærkeengle!


Man kan jo spørge South Australia hvordan det går med at lade sol og vind overtage forsyningen.
I Danmark er vi så heldige at have naboer med meget stor reguleringsevne, så indtil videre går det fint.
Måske det kræver flere og større kabler til naboerne, men det er vist ikke en omkostning som henføres til vindmøllerne, selvom de er en del af årsagen til den.

  • 6
  • 6

I Danmark er vi så heldige at have naboer med meget stor reguleringsevne,

VI har i Danmark 5,6 Gw centrale kraftværker og 1,8 Gw decentrale kraftværker eller langt mere end det maksimale el-behov. Kraftværker som i umindelige tider har forsynet landet med behovet for strøm dag og nat når el-behovet har varieret endog meget. Hvorfor skulle disse værker ikke kunne supplerer møller når værkerne gennem tiden har kunne følge en meget varierende dagsvariation og endda meget nøje. HVorfor skal der så ligepludselig udlandskabler til at lukke op og ned for el til det danske el-net i takt med at møllernes produktion varierer, hvorfor kan kraftværker ikke gøre det som de til alle tider har gjort...

  • 3
  • 5

Enten skal vindmølle ejerne, betale for at kraftværkerne står standby, med damptryk, klar til at overtage, når møllerne går ned i kraft.

Eller vindmølle ejerne skal have væsentligt mindre betaling for deres strøm, når de ikke kan garantere stabil forsyning.

Vores samfund er ekstremt afhængig af strøm, så den skal bare være der, hele tiden.
Vi har vænnet os til det virker 99,99 % af tiden, så vi skal have back-up og den skal betales.

  • 3
  • 5

Enten skal vindmølle ejerne, betale for at kraftværkerne står standby, med damptryk, klar til at overtage, når møllerne går ned i kraft.

Eller vindmølle ejerne skal have væsentligt mindre betaling for deres strøm, når de ikke kan garantere stabil forsyning

Eller også kan man bare vælge at lade markedet klare det. Den der kan lagre strøm billigst (termisk lager, brint, what ever) kan lave en god forretning på at sælge den gemte strøm, når vinden ikke blæser og udenlandske leverandører også er for dyre.
Hvis KK kan klare sig i konkurrencen med alle omkostninger indregnet, så kan de også bare melde sig på markedet, sammen med de konventionelle kraftværker.

Så får vi se hvad der giver os den billigste backup. Hvis vi kræver at den er CO2-fri så er de konventionelle kraftværker ude.

  • 5
  • 2

Fordi de på grund af vind- og sol-strøm ikke kan producere hele tiden og få en rimelig indtjening.
Det koster altså noget at have et kraftværk stående, klar til at levere når vinden ikke blæser og naboerne måske selv ønsker at bruge deres "grønne" strøm.

JAmen de er da klar og bemandet! Kedlerne kører jo på fuld bål når værkerne skal yde fjernvarme, som gælder for de store værker, så det er bare at dreje håndtaget så der ydes strøm. De små decentrale værker er jo bemandet og klar til via gasmotorer at yde strøm, som de også gør et fåtal at timer over året.

  • 0
  • 7

Der er ingen tvivl om at spørgsmålet er blevet vendt og drejet mange, mange gange, men vil du gøre mig klogere?

Med fornøjelse ;-)

Kan generatoren i nacellen levere ureguleret spænding og frekvens til et batterilager i mølletårnet?

Ja, det kan den principielt godt. Det letteste vil være at tage ladestrømmen fra frekvensomformerens DC mellemkreds.

Kan batterilageret derefter levere stabil 3 faset / 50 hz uden for mange harmoniske strømme til forsyningsnettet?

Ja, et batteri monteret på frekvensomformerens mellemkreds kan godt levere 3 faset / 50 hz uden for mange harmoniske strømme til forsyningsnettet. I frekvensomformeren, der er indsat mellem generatoren og transformeren i moderne vindmøller, ensrettes strømmen fra AC med variabel spænding og frekvens til DC, hvorefter den igen vekselrettes til AC med fast spænding og frekvens. Undervejs i DC-mellemkredsen opbevares energien i kondensatorer. De skal egentlig kun sørge for, at energien opbevares tilstrækkelig længe til, at man i vekselretteren kan lave 50 Hz AC ud af den ofte meget lavere frekvens, der kommer fra generatoren, og derfor har kondensatorerne kun forholdsvis lille lagerkapacitet (af størrelsen brøkdele af sekunder).

Ved at tilføje et batteri til mellemkredsen, kan man supplere kondensatorernes begrænsede energi med langt større energimængder.

Vil dette være billigere / mindre kompliceret, fra et batteri på fx 100 KWh?

Det spørgsmål forstår jeg ikke helt. Billigere end hvad?

Er batterilager i selve mølle tårnet en fornuftig mulighed, således at møllen udgør en mere stabil energikilde der kan melde sin energikapacitet videre til net-adminitsratoren og fx garantere stabil energi i 10-20-30 min?

Ja, det er en mulighed, men det er et godt spørgsmål, om den er fornuftig.

Hvis vi tager middelværdien af det spænd, du omtaler, skal vi kunne opbevare energien i 20 min. I en moderne landmølle på 3 MW har vi dermed et lagerbehov på 1 MWh. De bedste Li-ion batterier har en energitæthed på 500 kWh/m3, så et batteri med den nødvendige kapacitet fylder netto et par kubikmeter. Det skal dog i praksis være større, og der skal diverse indkapsling, køling m.v. til, så man skal nok regne med 4-5 m3. Det kan der godt findes plads til i tårnet.

MEN - det er dyrt! Man må jo ikke aflade batterierne helt, og det er også et problem med overladning, så man skal have lidt mere kapacitet. I praksis måske 1.25 MWh. Nettoprisen er nu om stunder af størrelsesordenen 200 USD pr. kWh, så med indkapsling, køling m.v. taler vi nok en merpris på 300.000 USD eller 1.8 mio.DKK. Vindmøllen koster vel alt i alt 18 mio.DKK, inklusive fundament, installation osv., så merprisen er af størrelsesordenen 10%.

De 20 minutter har jo ingen betydning til udglatning af større variationer i vinden, så det, man får for denne merpris, er muligheden for at kunne levere kortvarige netydelser. Der er slet ikke et marked for sådanne ydelser, som kan berettige en merpris på 10%.

Denne situation bekræftes af det forhold, at GE's "Brilliant" batteriløsning til vindmøller, som netop fungerer på ovenstående måde, slet ikke har fundet noget marked. Løsningen blev lanceret for fem år siden eller deromkring, under megen fanfare, men der er ingen afsætning. Økonomien virker ganske enkelt ikke.

Vil tabene i sådan en opstilling være for store og omkostningstunge, i forhold til fordelene ved en stabil energikilde?

Nej, tabene er ikke for store, men omkostningerne er for høje. Og så får man med den lagervarighed, du omtaler, slet ikke en stabil energikilde. Hvis man skal have det, taler vi lagre af mindst dages varighed.

Er møllens ustabile produktion overhovedet et problem i Danmarks energiforsyning og i andre landes energiforsyning?

Ja, selv om vi har en systemoperatør, Energinet.dk, der nok skal sørge for at holde nettet stabilt, også ved stor vindkraftandel, så er det på mange måder et problem, at vi har de store variationer i produktionen.

  • 7
  • 0

Vil det ikke være noget mere omkostnings effektivt at lave et fælles anlæg for hele parken.
Eventuelt i forbindelse med den centrale konverter det under alle omstændigheder høre til en stor vindmøllepark.

Jo, hvis man skal lave energilagring med henblik på udglatning af produktionen, skal lagersystemet placeres centralt i mølleparken, i tilslutningspunktet til nettet, eller alternativt på "rigtig" centrale placeringer på transmissionsnettet.

  • 6
  • 0

Det må være en vigtig opgave at få udviklet nogle møller, der selv kan holde takten, så det hele ikke bryder sammen, når en eller anden saboterer en vigtigt forbindelse.

Moderne vindmøller kan rent faktisk godt styres til at "holde takten", og de kan endda også indrettes til at udføre "black start", dvs. starte op helt uden net og derefter trække nettet med op igen, men det kræver koordination mellem møllerne, og det er der indtil videre ikke systemer til herhjemme.

  • 8
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten