Energi & teknik

Hur mycket energi producerar ett vindkraftverk? Hur gör man när det inte blåser? Hur vet man var vindkraft passar bäst? Och hur är ett vindkraftverk uppbyggt? Det är exempel på frågor som du kan få svar på i detta avsnitt.

Så mycket energi producerar ett vindkraftverk

Hur mycket ett vindkraftverk producerar beror på storlek och placering. Enligt Vindstst.nu, som samlar in värden från de flesta (dock inte alla) av Sveriges vindkraftverk producerar de motsvarande full effekt i genomsnitt 2400 timmar. Tittar man på den nyare hälften är motsvarande siffra cirka 2800 timmar, med de 100 bästa i genomsnitt cirka 3600 timmar. Motsvarande siffra för Sveriges 15 största vattenkraftverk är cirka 3500 timmar.

Ett vindkraftverk på 3,5 MW producerar cirka 11.300 MWh på ett år med 3.300 timmar ekvivalent fullasttid (=kapacitetsfaktor 37,6%), vilket räcker till hushållsel i cirka 2.200 hushåll (baserat på en hushållsförbrukning på cirka 5.000 kWh/år). Vindkraftverken blir allt effektivare genom bland annat högre totalhöjd och längre blad vilket gör att elproduktionen ökar kraftigt jämfört med ett liknande vindkraftverk på samma plats, men med traditionell höjd och längd på bladen. En studie som Power Väst gjorde 2016 visade att en park från 2011 med 21 vindkraftverk, med 150 meters totalhöjd och en produktion på cirka 130 GWh/år med dagens teknik skulle kunna reduceras till 16 vindkraftverk med en totalhöjd på 200 meter, som producerade 180 GWh/år (+40%). Parkens byggkostnad hade även minskat med 10% under dessa 5 år från 2011 till 2016.
Källa: www.vindstat.nu  www.vattenfall.se  www.fortum.se  www.vattenkraft.info m.fl.

När har ett vindkraftverk tjänat in den energi som går åt att producera det?

Ett modernt vindkraftverk har efter ca 4-6 månaders drift producerat lika mycket energi som det går åt för dess tillverkning. Livscykelanalyser visar att energiförbrukningen för tillverkning, transport, byggande, drift och rivning av ett vindkraftverk motsvarar ca 1 % av dess energiproduktion under livslängden. Motsvarande tal för t.ex. ett oljekondenskraftverk är ca 12 %.
Källa: Rätt plats för vindkraften SOU 1999:75

Eftersom vindkraftverk använder vinden, får det en påverkan på vindkraftverk som ligger i vindriktningen efter det första. Denna påverkan avtar med avståndet. Hur långt det är beror på storleken på vindkraftverken och vilket som är den huvudsakliga vindriktningen, normalt pratar man om minst 4-6 rotordiametrar. Ett 3,5 MW vindkraftverk har en rotordiameter på 110-135 meter vilket då innebär ett avstånd på 450-810 meter mellan verken.
Källa: Boverket - Vindkraftshandboken

Verkningsgrad, effekt från vindkraftverk

Ett vindkraftverk drivs av vinden och genererar el mellan vindstyrkan 3-25 meter per sekund. Blåser det mindre roterar verket utan att producera el, blåser det mer stängs verken av automatiskt för att inte skada vitala delar. Detta görs genom att bladen vinklas. Det är inte kostnadsmässigt motiverat att dimensionera vindkraftverk för att producera el vid vindhastigheter över 25 m/s.

Ett modernt vindkraftverk har en generator som genererar som mest (märkeffekt) vid cirka 12-14 meter per sekund. Energin i vinden stiger med vindhastigheten i kubik, om vindhastigheten fördubblas ökar effekten åtta gånger. Det innebär även att om vindhastigheten minskar från 6,5 meter per sekund till 6,0 meter per sekund minskar effekten med 21%. Teoretisk maximal verkningsgrad är enligt Bentz lag 59,3% och hos ett modernt vindkraftverk ligger den kring 40-50%.

Dagens vindkraftverk producerar ungefär motsvarande full effekt under 2700-3500 timmar per år vilket kan jämföras med Sveriges 15 största vattenkraftverk som producerar motsvarande full effekt under cirka 3500 timmar. Källa: Chalmers, Vindstat.nu, vattenkraft.info, m.fl.

Driftstimmar, fullasttimmar, tillgänglighet

Ett modernt 3,5 MW vindkraftverk på land har cirka 8 000 driftstimmar per år. Detta motsvarar 90% av året då ett år har 8760 timmar. Med driftstid menas den tid av året som vindkraftverket har sådana förutsättningar att det kan generera el. Vanligtvis startar verken vid 3-4 m/s och uppnår maxproduktion vid 11-14 m/s och fortsätter sedan att producera el upp till 25 m/s då det stängs av.

Driftstimmar ska inte förväxlas med begreppet fullasttimmar. Fullasttimmar är ett begrepp där man dividerar årsproduktionen med effekten. Ett modernt 3,5 MW vindkraftverk som producerar 11.300 MWh per år har 3.300 fullasttimmar. Denna siffra har ökat på senare år då vindkraftverken blivit effektivare. De bäst placerade vindkraftverken i Sverige har drygt 4 500 fullasttimmar.

Kapacitetsfaktor

Ett annat begrepp är kapacitetsfaktor som är fullasttimmarna dividerat med antalet timmar per år (8760 timmar). Exempelvis 3.300 fullasttimmar ger en kapacitetsfaktor på cirka 37,6%. Landbaserad vindkraft ligger vanligen mellan 28-40% och havsbaserad vindkraft över 50%.Tillgänglighet anger hur stor del av driftstimmarna som vindkraftverken verkligen producerar el och inte står still på grund service etc. För moderna verk ligger tillgängligheten per år på över 95%.

Teknikutvecklingen

Vindkraften har utvecklats snabbt de senaste åren därför lätt Power Väst, Rabbalshede kraft  göra en studie av en fiktiv nybyggnad av vindpark Töftedalsfjället som togs i drift 2011 med dagens teknik (2016).  Resultatet av studien visar att en projektering idag med 200 meters totalhöjd skulle leda till 16 vindkraftverk (-5 st) med en årsproduktion på 182 GWh (+41%) och detta till en investeringskostnad som skulle bli (-10%) lägre.

Här kan du ta del av studien.

Vad händer när det inte blåser?

När det blåser och vindkraftverken producerar el behöver vattenkraften i Sverige inte köras lika mycket. När det sedan slutar att blåsa körs vattenkraftverken med högre effekt. Detta görs för att elproduktionen i Sverige hela tiden ska matcha elkonsumtionen.

Balanskraft

Elbehovet varierar över dygnet och året, vindkraftsproduktionen varierar med vinden. Exempelvis kan vattenkraften i Norden variera med upp till 86 TWh från år till år. Dessa variationer måste hanteras med balanskraft, vilket innebär att produktionen totalt anpassas efter konsumtionen. Ökar konsumtionen måste mer kraft tillföras och omvänt. På samma sätt måste annan produktion tillföras nätet när vinden mojnar och omvänt. Det sker dock inte samtidigt i hela landet. I Sverige har vi gott om balans-/reglerkraft i form av vattenkraft.

I exempelvis Spanien och Portugal klarar man redan idag upp till 16-18% vindkraft. I Sverige, som har bättre förutsättningar skulle det motsvara cirka 24,5-26,7 TWh vindkraft. 2016 producerade vindkraften 15,4 TWh och beräknas producera cirka 18-22 TWh 2020. Simuleringar på KTH av det svenska kraftnätet med 30 TWh vindkraft visar att det är tekniskt möjligt.
Källa: Lennart Söder, KTH

Smarta nät

Smarta nät kallar man när systemet är uppbyggt med tekniska och beteendemässiga möjligheter att anpassa elanvändningen till svängningar i produktionen - till exempel av förnybara energislag som vindkraft - istället för tvärt om, som idag.
Läs mer om projektet Kraftsamling Smarta Nät.

Svängmassa

Om det blir fel i elnätet och mycket effekt faller bort så kommer frekvensen i elnätet att sjunka. I det europeiska elnätet ska frekvensen vara 50 Hz för att allt ska fungera. För att minska frekvensminskning kan svängmassa, eller tröghetsmoment, användas, man kan tänka att det blir trögare att ändra i elnätet med svängmassa. Vattenkraftverk och kärnkraftverk är synkronmaskiner vilka automatiskt avger svängmassa när elfelet inträffar. Solkraftverk har inga rörliga delar vilket gör att de inte kan bidra med svängmassa. Vindkraftverk är asynkronmaskiner vilket gör att med dem kan tröghetsmomentet kontrolleras. Om man utnyttjar detta på ett smart sätt kan frekvensminskningen i nätet minskas och återhämtningen gå fortare jämfört med ett system med bara synkronmaskiner.

Mer information om svängmassa finns här.

Kontakt

Om du inte hittar svar på din fråga om vindkraft här, eller i något av de andra avsnitten på denna webbplats, kontakta oss gärna!

Ställ din fråga om vindkraft
 
Senast uppdaterad: 2017-05-16 09:56