Tillbaka till: Vindkraftskurs
Lärandemål
Genom att ta del av detta moment ska du få:
- en översiktlig bild av hur vindkraftverket tekniskt är konstruerat och fungerar
- insikt om vilka utmaningar som finns med en ökad mängd vindkraft i elsystemet
- insikt om vilka lagringsmöjligheter det finns för el
- insikt om vindkraftverkets planerings-, bygg-, drift-, underhålls- och nedmonteringsfaser
Vindkraftverkets delar
För dig som handläggare kan det vara bra att få en översiktlig bild av hur verken är konstruerade och hur elektriciteten blir till och sedan distribueras ut på nätet.
Lär mer om vindkraftverkets delar genom att klicka på de olika delarna.
Rotor
Hos de stora moderna vindkraftverken har rotorn oftast tre horisontella blad, men ett eller två kan förekomma. Trebladsrotorer har jämnare laster och ger ett mer harmoniskt intryck. Bladen monteras på rotornavet som är förbundet med huvudaxeln vilken leder den roterande kraften till generatorn eller till en växellåda och sedan vidare till generatorn via en sekundär axel. Växellådan är till för att öka varvtalet in till generatorn och behövs för de flesta vindkraftverk, undantaget verk med mångpoliga ringgeneratorer (till exempel Enercon) så kallade direktdrivna.
Utanpå rotornavet sitter en noskon som skyddar navet och minskar turbulensen framför vindkraftverket. Lager samt någon anordning för att vrida bladen, så kallad bladvinkelreglering, finns också för att man ska kunna reglera rotorbladens hastighet. Rotorn, ibland kallad turbinen, med bladen och navet sitter längst fram på maskinhuset.
Maskinhus
Maskinhuset kan även kallas nacelle eller gondol och är den enhet som är monterad längst upp på tornet.
Komponenter som alltid återfinns i maskinhuset är maskinbädd som övriga delar är monterade på, huvudaxel med lager, generator och girmotor. I övrigt kan här finnas en växellåda, sekundäraxel, mekanisk broms, mekanisk eller elektrisk anordning för att kunna vrida bladen, samt diverse andra komponenter beroende av konstruktion och fabrikat på verket.
Moderna verk har även frekvensomriktare och kraftelektronik samt diverse filter för att kunna köra rotorn med variabelt varvtal och få en god kvalitet på elen som matas ut på nätet.
Torn
Maskinhuset sitter på tornet. Vanligaste torntypen är ett konformat torn. Materialet i tornet är ofta stål, men betong eller kombinerat betong och stål är också vanligt. En fördel med betong eller med en nedre del av betong är att diametern inte behöver vara lika stor och man får ett smäckrare utseende på tornet.
Hiss och stege för att ta sig upp till maskinhuset finns oftast inne i tornet. I tornet finns även teknisk utrustning för styrning och övervakning av drift samt transformator. Ibland är transformatorn placerad i en byggnad utanför vindkraftverket.
Anslutning till elnätet
Vindkraftverk ansluts via en eller flera transformatorer till det regionala elnätet.
Fundament
Vindkraftverket är förankrat i marken med ett fundament. Beroende på markförhållande finns två typer av fundament som används på land, nämligen gravitationsfundament och bergfundament.
Gravitationsfundament är en gjuten betongplatta på cirka 20 meter i diameter och med ett djup på några meter under markytan. Storleken på betongplattan beror på vindkraftverkets storlek, tyngd och höjd, vindförhållanden samt på markens beskaffenhet.
Gravitationsfundamentet är förstärkt med armering och mitt i betongplattan gjuts en pelare fast som tornet kan fästas vid.
Om vindkraftverket ska placeras på ett fast berg kan man istället använda bergfundament. Detta förankras i berget med hjälp av långa bultar. Bultarna förs ned i berget i borrade hål. Sedan fylls hålen igen med en särskild sorts betong som expanderar och klämmer fast bultarna i berget. På dessa bultar gjuts sedan en sockel som tornet fästs vid.
Ökning i storlek och logistik
Vindkraftverken har ökat i storlek på grund av ekonomiska fördelar.
Lär mer genom att klicka nedan.
Sedan 1980-talet har stora tekniska förbättringar gjorts på vindkraftverken. De har ökat i storlek så de kan ta upp mer energi och de har blivit mer kostnadseffektiva och kan konkurrera i pris per kilowattimme med flera andra energislag.
De vanligaste turbinstorlekarna för landbaserade vindkraftverk i Sverige år 2018 var 3 till 3,6 megawatt (MW). Dessa verk har rotorblad som är 50 till 65 meter och tornhöjder mellan 110 och 142 meter. För vindkraftverk till havs pågår utveckling av verk på 10 till 20 MW.
Utvecklingen av turbiner går mycket snabbt och det verkar ännu inte vara någon avmattning. 2019 hade de största turbinerna rotorblad på 85 till 100 meter och tornhöjder på 160 meter.
Källa: Svensk Vindenergi.
Nätanslutning
Introduktion
Under de närmaste årtionden kommer elsystemen i Sverige och världen att förändras. Väderberoende förnybar kraftproduktion från vind och sol kommer att ersätta fossila energikällor inom industri, transport och service. Energimyndigheten räknar med att omkring 100 TWh av Sveriges elproduktion kommer att behövas ersättas främst av vindkraft och en mindre del solkraft. Samtidigt kommer nya möjligheter med digitalisering, nättekniker och lagring att förändra elsystemet.
Lagring av el
Elektricitet måste användas i samma takt som den genereras. Den kan alltså inte lagras utan att omvandlas till annan form, exempelvis till kemisk energi som i batterier och vätgas eller till lägesenergi som i pumpkraftverk (vattenmagasin).
Eftersom vinden blåser olika så varierar också produktionen från vindkraftverk. Detta innebär att el kan behövas från andra energikällor för att uppnå balans mellan produktion och konsumtion i elnäten. Oftast sker detta med hjälp av vattenkraft men vid stor andel vindkraftsel i elsystemet kan energilagring behövas.
Exempel på energilagring
Pumpkraftverk har använts i årtionden i Sverige och funktionen är relativt enkel. Det behövs två vattenreservoarer, varav den ena ligger högre än den andra. Vattnet i den högre reservoaren kan med hjälp av en generator omvandlas till elektricitet då den ”faller” ner till den lägre belägna reservoaren. När elproduktionen från vindkraft är större än efterfrågan kan överskottet användas för att pumpa upp vattnet igen till den högre belägna reservoaren.
Batterier är ett annat sätt att lagra elektricitet när det finns ett överskott av el. Den kan då användas igen när efterfrågan ökar. Batterilagring är relativt dyrt men har blivit billigare under senare år.
Europeiska unionen har utarbetat en strategi för batteriförsörjning och lagring. Målet är att bli självförsörjande på batterier inom EU. Företaget Northvolt är en stor marknadsaktör inom batterilagring i Sverige.
Strategic research agenda for batteries, EU 2020
Vätgasanläggningar för lagring av elektricitet är fortfarande under utveckling och det finns stora förhoppningar på omfattande användning framöver. Med hjälp av elektrolysörer omvandlas el och vatten till vätgas och syrgas. Vätgas kan distribueras i rörledningar eller komprimeras och distribueras i tankbilar eller båtar.
Det pågår en snabb utveckling av grön vätgasanvändning inom industrin, för fossilfri ståltillverkning och gödselproduktion samt för transporter. Projekt är också igång med att producera vätgas från havsbaserad vindkraft.
Strategi för fossilfri konkurrenskraft
Jämförelse av tre lagringsstrategier
Svensk lagringsstrategi
Den svenska strategin för energilagring följer EU:s linje och finns med i den nationella energi-och klimatplanen. Svenska Kraftnät har i uppgift att beskriva det svenska behovet och potentialen för energilagring och andra flexibilitetstjänster till regeringen innan 30/11–22.
Utmaningar
Schematisk bild över hur elsystemets egenskaper och behov kan förändras över tid med ökad andel variabel elproduktion. Figuren visar i vilken ordning de olika utmaningarna kan uppkomma.
De största utmaningarna med en ökad mängd vindkraft i elsystemet är att det ska finnas tillräckligt med effekt och energi vid alla platser och tidpunkter för att möta behoven samt att elsystemet är tillförlitligt och robust. Via knapparna till höger kan du läsa mer om olika faktorer som spelar in för att uppnå ett elsystem i balans som möter efterfrågan.
Flexibilitet - begränsat med el från vindkraft
I elsystemet behöver produktion och konsumtion hela tiden vara lika stora. I Sverige balanserar främst vattenkraft konsumtionen i varje stund som syns i figuren nedan. Tillgängligheten på väderberoende energikällor såsom vind- och solkraft kan inte regleras, därför blir behovet större av balanskraft. Ett annat sätt att minska behovet av balanskraft är att elkonsumenter uppmuntras till flexibel elanvändning genom att använda mer när det finns mer och mindre när det finns mindre.
Vindkraftparkens olika faser
Klicka i bilden för att läsa mer.
Planering
Drift
I besluten för både anmälnings- och tillståndspliktiga vindkraftverk finns villkor som gäller under driftfasen. Dessa kan bland annat handla om att begränsa påverkan av buller och skuggor på närboende, minimera miljöpåverkan samt risker för människor, djur och växtlighet. Program för egenkontroll ska finnas.
I driftsättningen ingår en provdrift på cirka 200 timmar och vanligtvis en garantitid på två år. Planerat underhåll av verken brukar göras två till fyra gånger per år.
Ett vindkraftverk på 2 - 3 MW har cirka 500 liter olja i växellåda och hydralik som utbyts mellan 3 - 5 år. Om olyckan är framme och ett läckage uppstår, är moderna vindkraftverk konstruerade så att oljan samlas upp i maskinhusets botten, för att oljan inte ska spridas och förorena omgivande mark och vatten.
Efterbehandling
När vindkraftverket är nedmonterat kan det säljas vidare eller tas om hand på bästa ekonomiska och miljömässiga sätt. Torn, generator och växellåda återanvänds eller så återvinns metallerna. De flesta andra delar kan också återvinnas förutom bladen som består av glasfiberarmerad polyester eller epoxi som ofta deponeras eller tas hand om på bästa tillgängliga sätt.
Hur platsen efterbehandlas beror på villkor i miljötillståndet eller överenskommelser med tillsynmyndighet och markägare. Fundamenten tas ofta bort ner till ett plogdjup om marken odlas. På en del platser efterbehandlas vägar och uppställningsytor så att de knappast kan upptäckas efter några år. Om elkablarna ska tas bort bestäms från fall till fall.
Läs mer i rapporten: Nedmontering av vindkraftverk och efterbehandling
Byggfas
I tillståndet finns villkor för hur byggfasen får genomföras.
Byggfasen börjar med markarbeten. Nya vägar byggs och/eller äldre vägar förstärks eller byggs om. Vägarna måste dimensioneras så att vindkraftsdelarna kan fraktas till platsen vilket kan vara en utmaning. Broar, viadukter, vägkurvor och stigningar kan behöva anpassas. Oftast grävs elkablar ner i anslutning till vägarna.
Uppställningsytor görs i ordning och fundament byggs och gjuts. Under gjutningsfasen transporteras stora mängder cement vilket kräver planering för åtkomligheten. När fundamenten har härdat monteras vindkraftsverken av speciella montörer.
Vid montering används kranar som måste kunna lyfta både högt och tungt. Dessa stora kranar ställer stora krav på att marken har tillräcklig bärighet.
Vindkraftverken transporteras i delar och sätts ihop på plats. Först monteras tornet på fundamentets sockel. De koniska rörtornen anländer vanligtvis i tre till fyra sektioner och när dessa är monterade lyfts maskinhuset på plats. Sist monteras bladen fast på rotornavet. Att montera ihop ett vindkraftverk tar vanligtvis två till fem arbetsdagar.
Källa: nordic.baywa-re.com
Nedmontering
När tid för nedmontering och återställande av platsen börjar närma sig ska en plan upprättas för hur arbetet ska gå till. Planen ska lämnas till tillsynsmyndigheten efter samråd med denna och markägaren.
Förenklat kan man säga att nedmonteringen sker i omvänd ordning mot uppmonteringen. Det behövs en kran och delarna ska transporteras bort.
Ett säkerhetsbelopp finns ofta avsatt enligt miljötillståndet. Den ekonomiska säkerheten tas endast i anspråk om verksamhetsutövaren inte kan fullfölja sina plikter. Vanligen avsätter ägaren av vindkraftparken medel för den kommande nedmonteringen som används för projektets avslut. Skulle den avsättningen inte kunna användas tas istället pengar från den deponerade säkerheten i bruk för nedmoneringen.
I villkoren till tillståndet finns ofta angivet graden av återställande men det kan också ställas av tillsynsmyndigheten vid tiden för nedmonteringen. Detta gäller bland annat om fundament och elkablar ska tas bort samt om vägar och uppställningsytor ska återställas till så nära ursprungligt skick som möjligt.
Fas två av generationsskiftet på Näsudden, Gotland.
Generationsskifte
När reparations- och underhållskostnaderna ökar eller att nya vindkraftverk eller delar av dem kan göra att vindkraftsparken blir mer lönsam kan det bli aktuellt med generationsskifte eller att utöka livslängden. Man kan utöka livslängden på vindkraftsverken genom att byta ut maskinhuset och rotorblad ofta inom befintligt tillstånd. Ett generationsskifte kan ske när vindkraftsverken tjänat ut och behöver ersättas av nya. Idag finns ny teknik som mer effektivt kan ta tillvara vindresurserna och producera mer el på samma yta. Ett generationsskifte kräver alltid ett nytt miljötillstånd.
Webbinarium om Repowering (2019)
Fas två av generationsskiftet på Näsudden, Gotland.