header-pattern-bg

Med vinden som drivkraft för forskning och utbildning

Högskolan i Halmstad har bedrivit undervisning och forskning kring vindkraft ända sedan 1994, när pionjären Göran Sidén, gästlektor i energiteknik, startade en av Sveriges första kurser i vindkraftteknik. Idag är Högskolan väletablerad inom området, och både undervisning och forskning går en ljus framtid till mötes.

Människan har alltid försökt utvinna vind på olika sätt. –  Erik Möllerström, lektor i energiteknik

Den första kursen i vindkraftteknik var en del av programmet Maskiningenjörsprogram med inriktning mot energi som Högskolan gav vid campus Varberg, men den erbjöds också som sommarkurs och som fristående kurs. Kursen gav blodad tand, och Göran Sidén började drömma om att starta ett renodlat energiprogram. Drömmen gick i uppfyllelse år 2001, då han tillsammans med kollegan Are Kjeang, idag universitetsadjunkt och doktorand i miljö- och energisystem vid Karlstad universitet, fick ta emot de första studenterna på programmet Energi och innovation – inriktning förnyelsebar energi.

– I den första årskursen gick det ungefär tio studenter, så det var ett väldigt litet program. Det var ett helt nytt område, och i Sverige fanns det ingen akademisk utbildning om vindkraft överhuvudtaget när vi drog igång. Genom åren har intresset för utbildningen gått upp och ner, och ibland har vi haft klasser med över trettio studenter. Programmet är inne på sitt artonde år nu, och det går fortfarande, men idag heter det Energiingenjör- förnybar energi, och från och med nästa höst kommer det att byta namn till Ingenjör i hållbar energi, berättar Göran Sidén.

Vindkraft i elsystemet

Elanvändningen varierar över dygnet, och elen produceras alltid i samma ögonblick den används. El är en färskvara. Vårt elsystem är därför uppbyggt med vattenkraftverk som kan styras, och som kan balansera en varierande elkonsumtion men även balansera en varierande elproduktion från vindkraftverk. Sverige är dessutom ett långt land. Det är sällan vindstilla i hela landet och elproduktionen från alla vindkraftverk utjämnas. Vi har också många kraftledningar till grannländerna som vi kan utbyta elenergi med.

När det blåser mycket i hela Sverige och vindkraftverken producerar för fullt minskar vi elproduktionen från vattenkraftverken och exporterar elenergi från vindkraftverk till grannländer som Finland, Tyskland och Litauen. Det medför stor klimatnytta då elproduktionen i många länder använder kol som bränsle, och dessutom får vi exportintäkter.

Vindkraft har också den fördelen att det blåser mest och elproduktionen är högst under höst och vinter när vår konsumtion är högst. Vindkraften går även bra att kombinera med solceller för elproduktion då det ofta är mulet när vindhastigheterna är höga.

Vindkraftverk med vertikal eller horisontell axel

Högskolans forskning kring vindkraft har också den en lång historia. Idag forskas det bland annat kring ljudalstring i vertikala vindkraftverk, och om elsystem för vindkraftverk. Det senare är ett samarbete mellan Högskolans professor i energiteknik Jonny Hylander, Uppsala universitet och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), med anslag från Strategiska forskningsstiftelsen. Forskningsgruppen kallas för STand UP for Energy.

– I projektet mäts och undersöks bland annat krafter i förankringswirar från ett vertikalt vindkraftverk i Falkenberg. Vindkraftverket sköts av Högskolan i Halmstad tillsammans med Uppsala universitet. Tack vare det här projektet har Högskolan kunnat anställa Fredrik Ottermo, lektor i energiteknik, och Erik Möllerström som började hos oss som doktorand, men som idag också han är lektor i energiteknik, berättar Jonny Hylander.

Att begränsa vindkraftverks ljudalstring är viktigt, eftersom det gör det möjligt att placera verken närmare bebodda områden. –  Fredric Ottermo, lektor i energiteknik

På ett vertikalaxlat verk är axeln för rotation just vertikal. På det sättet skiljer sig verken i både utseende och funktion från de mer traditionella horisontella vindkraftverken. Vertikal- och horisontalaxlade vindkraftverk är också olika på en rad andra punkter – en del till de vertikalaxlade verkens fördel och en del till dess nackdel. Något som varierar mellan de två typerna av vindkraftverk är hur mycket ljud de alstrar, och här kan de vertikalaxlade verken gå vinnande ur striden.

Ett vertikalaxlat vindkraftverk

På ett vertikalaxlat verk är axeln för rotation just vertikal. På det sättet skiljer sig verken i både utseende och funktion från de mer traditionella horisontella vindkraftverken.

– En av de saker som vår forskning har visat på är att det finns en möjlighet att de vertikalaxlade verken kan vara tystare än vad konventionella verk är, berättar Fredric Ottermo, och fortsätter:

– Att begränsa vindkraftverks ljudalstring är viktigt, eftersom det gör det möjligt att placera verken närmare bebodda områden. För att kunna utveckla landbaserad vindkraft i länder som till exempel Nederländerna, där det inte finns så gott om fri landyta, är det här en förutsättning.

Tekniken för både vertikal- och horisontalaxlade vindkraftverk har funnits i många år, men det var först i skiftet mellan sjuttio- och åttiotalet som vindkraft för elproduktion började vinna marknadsandelar.

– Människan har alltid försökt utvinna vind på olika sätt, säger Erik Möllerström.

– Att de horisontalaxlade vindkraftverken vann mark över de vertikalaxlade beror faktiskt till stor del på en slump. I Danmark, som alltid har varit ett föregångsland när det gäller vindkraft, fanns det tidigt ett statligt stödsystem. Tack vare det här systemet byggdes det en del förhållandevis små verk, och på det sättet lärde företagen sig hur de skulle konstruera verken för att de skulle bli hållbara. Den kunskapen kom väl till pass när en marknad plötsligt öppnade sig i Kalifornien, USA, under president Carters regeringstid. Carter införde olika stödsystem, och det ledde till en riktig boom för vindkraften. Eftersom de danska företagen kunde branschen lyckades de ta sig in på den amerikanska marknaden, och det har resulterat i att Danmark fortfarande är världsledande inom vindkraftteknik. De verk som danskarna byggde var horisontalaxlade, och därför är det också den sortens verk som vi idag ser som ”vanliga” vindkraftverk, fortsätter Erik Möllerström, som har fördjupat sig i vindkraftens historia.

Ljud från vindkraftverk

Om du står nära ett modernt konventionellt vindkraftverk kan du oftast höra ett svischande ljud. Det kallas för egenljud och kommer från att bladen skär snabbt genom luften. Egenljudet sänds ut framåt i bladets rörelseriktning. Det innebär att du hör det blad som för tillfället är på väg ner mot marken. Det finns också en svagare komponent i ljudet som kommer av att bladet träffar turbulens i den inkommande vinden. De här effekterna är starkt beroende på bladets fart genom luften. I ett vertikalaxlat vindkraftverk rör sig bladen betydligt långsammare, så åtminstone egenljudet blir lägre. Å andra sidan gör geometrin i det vertikalaxlade verket att turbulens uppkommer av ett blad kort därefter träffar nästa blad, och då skapas en turbulens som kan vara betydligt kraftigare än den som normalt finns i vinden. Det ljud som skapas är förmodligen det viktigaste för vertikalaxlade verk, och därför skulle verkan kunna göras tystare genom att minimera den turbulens som skapas i vissa identifierade nyckeldelar av bladkonstruktionen.

Ett energislag med framtiden för sig

Vindkraft är en kommersiellt gångbar energikälla, och vindkraftsproduktionen växer stadigt i många länder. I Sverige står vindkraften för över 10 % av elenergiproduktionen.

– Det finns flera studier som pekar på att vindkraft kommer att utgöra en viktig del i framtidens energimix. Just nu är det dessutom den mest prisvärda tekniken för att generera hållbar energi, men det måste ju blåsa där vindkraftverken ska placeras. På grund av det passar inte tekniken överallt, i alla fall inte på egen hand. Den måste kompletteras med andra energislag. Där kan solenergi komma att spela en avgörande roll, säger Fredric Ottermo.

Erik Möllerström fyller i:

– Den diskussion som idag förs kring solenergi påminner mycket om hur det pratades om vindkraft för femton år sedan. Då talades det om vindkraftens oerhörda potential, men på den tiden var det fortfarande väldigt dyrt att bygga vindkraftverk. Idag har kostnaden minskat avsevärt, och nu är det det absolut billigaste sättet att generera el på.

Utsikten uppifrån ett vindkraftverk

Utsikten uppifrån ett vindkraftverk är magnifik. Under utbildningen får studenterna vid programmet Ingenjör i hållbar energi möjlighet att klättra upp i ett verk.

System och samarbete i fokus för fortsatt forskning

Forskningen kring vindkraft vid Högskolan i Halmstad har länge fokuserat på vertikalaxlade vindkraftverk, men Erik Möllerström och Fredric Ottermo ser även flera andra möjliga områden att fördjupa sig i. Ett av dem är systemanalyser, där möjligheten för vindkraft att ingå som en del i energisystemet och uppvärmningssystemet undersöks. Sådan forskning skulle också naturligt kunna knytas till den fjärrvärmeforskning som Högskolan i Halmstad är känd för. På det sätt skulle synergier inom Högskolans energiforskning kunna skapas.

Det finns flera studier som pekar på att vindkraft kommer att utgöra en viktig del i framtidens energimix. – Fredric Ottermo, lektor i energiteknik

Erik Möllerström arbetar också, tillsammans med företaget Stena Renewable, med en ansökan om forskningsanslag för ett projekt som ska utvärdera och utveckla de analyser som görs innan en vindkraftpark byggs.

– Innan man bygger en vindkraftpark vill man förstås ta reda på hur mycket det blåser på den plats där man har tänkt placera verken. Idag görs de här initiala analyserna, och de enskilda vindkraftparkerna gör också utvärderingar av den faktiska vindmängden, men det finns ingen sammanställning som kan ge oss ledtrådar om hur exakta de inledande analyserna egentligen är, berättar Erik Möllerström.

Hur vet man om det blåser det tillräckligt för vindkraft?

En grundförutsättning för vindkraft är goda vindförhållanden, och eftersom en modern vindkraftspark innebär en mångmiljonsinvestering måste en tilltänkt plats utvärderas noga redan tidigt i projekteringsfasen. När vindkraften var relativt ny i Sverige var kustnära miljöer vanligast, och de var förhållandevis enkla att utvärdera. Idag etableras vindkraft i stor utsträckning i mer komplex skogsmiljö, vilket ställer större krav. Estimeringen görs i regel med en kommersiell vindsimuleringsmjukvara (windPRO) som räknar om tillgängliga vinddata för den aktuella platsen och terrängen, och därefter uppskattar vad en viss vindkraftsmodell skulle kunna ge i MWh/år. I större projekt är det vanligt att man dessutom gör en årslång mätning med en vindmätmast där mätdatan sedan kan normaliseras för ett normalvindår, och elproduktionen för önskad vindkraftsmodell uppskattas.

Också pionjären Göran Sidén har spännande projekt på gång. Förutom att undervisa är han medförfattare till boken Small Scale Renewable Energy Systems – Independent Electricity for Community, Business and Home, som ges ut den 12 september i år. I boken, som är tänkt att användas som kurslitteratur på energiutbildningar, introduceras läsare till en rad olika förnyelsebara energislag, systemdesign och hur olika energislag kan kombineras.

Vill man vara med och styra utvecklingen åt rätt håll är energiingenjör ett utmärkt karriärval. – Göran Sidén, lektor i energiteknik

– Vi hoppas att den här boken kan bidra till att ytterligare placera Högskolan i Halmstads energiforskning på kartan, och att det i sin tur kan locka ännu fler studenter att söka till programmet Ingenjör i hållbar energi. Det är ett program som ligger helt rätt i tiden, med tanke på den miljömedvetenhet som vi ser allt mer av idag. Vill man vara med och styra utvecklingen åt rätt håll är energiingenjör ett utmärkt karriärval, säger Göran Sidén.

TEXT: CHRISTA AMNELL
BILDER: JONNY HYLANDER OCH ERIK MÖLLERSTRÖM