Mer energi ur vinden med hjälp av kunnande om fiskar

[vattuvarg]

Tydligen kan man få ut mer energi ur vinden med lite nytänk. Om man placerar små vertikalaxlade vindsnurror på rätt sätt kan man utvinna ända upp till tio gånger mer energi på samma vindparksareal (om man jämför med de vanliga horisontalaxlade kraftverken). Dessutom syns de små verken mindre ute i naturen.

Caltech Researchers Find Wind-turbine Placement Produces 10-fold Power Increase

[vattuvarg]

Tydligen påverkas vertikalsnurror mindre av turbulensen från framförvarande snurra än horisontalsnurror, vilket gör att man kan ställa dem närmare varandra. Eftersom verken kan ställas tätare kan man utvinna mer energi ur vinden. Roterar snurrorna åt olika håll kan man ställa dem så nära som 1,65 rotordiametrar från varandra utan att de tappar vind eller drabbas av turbulens. En vertikalsnurras höjd är inte beroende av diametern heller. De snurror som Caltech använder sig av i sina tester tillverkas av Windspire och har rotorer med 1,2m diameter och höjden 6,1m.

film2 (2).mpg

Vertikalsnurrorna i den ovanstående videon är av darrieus-typ med bladen böjda som kedjelinjer. De små snurrorna på mittenaxeln är av savonius-typ och de kompenserar det faktum att darrieus-snurror för det mesta inte startar själva. Videon visar hur de olika typerna av snurror påverkar varandra (interagerar). Det är just vertikalsnurrornas goda interaktionsegenskaper som möjliggör en mycket tätare placering och därmed också ett högre energiuttag. Caltechs forskning visar att det redan idag går att ta ut sex gånger mer energi på samma vindparksareal jämfört med konventionella horisontalaxlade verk.

Jag bifogar också en vacker bild på en offshore-vindpark utanför Danmark (tror jag). Den visar med dimmans hjälp hur turbulensen påverkar interaktionen mellan horisontalsnurror.

[christinag]

Jag har hoppats länge på att det skulle hända något mer på den fronten. Låter intressant.

Och vilken läcker bild!

[vattuvarg]

En intressant aspekt på Caltechforskningen är att vindsnurrorna de använder är så små.

De vindkraftverk som används mest just nu i vindkraftsparker är normalt är av storleken 2MW, med ungefär 90m rotordiameter. Dessa stora vindkraftverk ligger bortom budgeten för gemene man. En ungefärlig kostnad är kring 40 miljoner kronor. I jämförelse kostar ett 1,2kW-verk med vertikalrotor kring 40 tusen. Ett litet "stim" med exempelvis tre interagerande snurror får plats på en ganska liten fastighet och i en mycket mindre budget. Stimmet går att bygga ut vid ett senare datum, vilket inte låter sig göras lika lätt med de konventionella verken (p.g.a. turbulens). De enskilda snurrorna kan till och med hanteras av en enda tjurskalle med enkel utrustning, vilket inte bara gör dem enkla att transportera och montera utan också enkla att flytta till ett nytt ställe. De normal väldigt långa arrendetiderna för ett vindkraftverk (35 år är normalt) hamnar i ett helt nytt ljus när snurrorna kan vara borta på under ett år. Återställningen av marken blir också mycket enklare, även för den enskilde. Att de små snurrorna är flyttbara ger också den ensamme tjurskallen möjligheten att flytta sina verk till bättre positioner för att passa den växande naturen kring dem och utan att de "stör" utsikten.

Trots den enorma storleksskillnaden på de enskilda verken kan de mindre komma upp till högre verkningsgrad på samma sätt som trädgårdslandet kan uppnå bättre skördar än stora fält med monokulturer. I Caltech-videon ger man siffrorna 3W/m² mark för vindparker med konventionella horisontalaxlade verk och 30W/m² för stim av små vertikalaxlade. Om man väljer att använda stim av snurror kan man få bättre avkastning på de redan planerade vindparkerna (ända upp till tio gånger högre) utan störande turbulens för omkringliggande fastighetsägare. Effektbortfallet blir också procentuellt mindre när en enskild snurra behöver stoppas för underhåll eller reparationer. Det är inte heller svårt att tänka sig ombyggda skördare som istället för träd hanterar vertikalsnurror. Helikoptern får stanna hemma.

[christinag]

Ja det finns många fördelar med den mindre storleken.

[sɹǝpuɐ]

Effekten per kvadratmeter är intressant. Men oerhört mycket mer intressant är effekten per krona. Det är nog det som är orsaken till att vi inte ser så många vertikallagrade vindkraftverk. De är på tok för dyra i förhållande till hur mycket energi de ger.

[christinag]

Då får vi väl vänta tills dom serietillverkas då? Dom som jobbar på Saab kan ju behöva nya uppgifter 

[pålle]

Bästa är väll om man kan få tag på ritning så man kan bygga skälv det hade ju passa min plånbok bättre .

[vattuvarg]

Effekten per kvadratmeter är intressant. Men oerhört mycket mer intressant är effekten per krona. Det är nog det som är orsaken till att vi inte ser så många vertikallagrade vindkraftverk. De är på tok för dyra i förhållande till hur mycket energi de ger.

Googlade lite priser och räknade ut kostnaden på snurrorna som jag använt mig av i jämförelserna ovan. Dagspriset på en windspire är ungefär $5000 vilket gör ungefär 32 000kr. 

Horisontalaxlat verk 40 000 000kr / 2 000 000W = varje Watt kostar 20kr
Vertikalaxlat verk 32 000kr / 1200W = varje Watt kostar 27kr

Så det du säger stämmer.

Ställer man sedan två vertikalsnurror nära varandra och låter dem rotera åt olika håll ökar uteffekten av interaktionen.
Vertikalaxlat verk 32 000kr / 1400W = varje Watt kostar 23kr

Med ökade produktionsvolymer så sjunker priset på de enskilda verken. Eftersom verken är små och enkla kan fler tillverkare konkurrera om leveranserna.
Vertikalaxlat verk 28 000kr / 1400W = varje Watt kostar 20kr

Och då är det ändå konservativt uträknat.

Bygger man själv, vilket är fullt möjligt, så borde man kunna sänka kostnaderna ytterligare. Exempelvis skulle den hemmagjorda permanentmagnetgeneratorn från otherpower.com fungera finfint i det här sammanhanget. Observera också att en så pass liten fristående vertikalsnurra inte kräver bygglov.

[fishyerik]

Att bygga själv, av "skrot", utan att räkna arbetsinsatsen som en kostnad är det enda sättet idag att få någorlunda ekonomi för en privatperson med begränsad budget i vindkraft utan bidrag.

Det är lätt att glömma att vindkraftverk blir mer effektiva ju större vindsvept yta de har, dubbla ytan ger ~fyrdubbla effekten.

Ju högre mast desto mer vind att hämta, även där ger en fördubbling i vind nästan fyra gånger så mycket energi.

Så som ni förstår blir det i storleksordingen 16 ggr mer energi från ett vinkraftverk om man dubblar storleken och förlänger masten så det får dubbelt med vind. Slutsatsen är att det är löjligt ineffektivt med små mark/vatten-nära vindkraftverk, även om de skulle gå att ställa så nära varandra som de tror i länken.

Självklart tappar de effekt om de står med 1,65 rotordiamters avstånd från varandra i vindriktningen i verkligheten. Möjligt att man kan få positiva effekter av turbulens osv om de står på rätt av stånd från varandra i förhållande till vindhastigheten, men i praktiken går det inte att bygga tätpackade vindkraftverksparker och få ut lika mycket effekt som om man ställer dom glesare.

Att man överhuvudtaget ställer vindkraftverk nära varandra beror på infrastruktur-vinster, tillstånd och administration och dylikt. Man accepterar då något lägre utbyte per vindkraftverk till förmån för att minska andra kostnader. 
   
Det spelar inte så stor roll om man kan öka energiuttaget ur en viss mark/vatten-areal, om man som i det här fallet måste skjuta in betydligt mer pengar per levererad mängd energi är det ändå kört.


 

[Humle]

Tror inte denna "stim" teknik är aktuell i norrland, här finns plats så det räcker.

[vattuvarg]

Att bygga själv, av "skrot", utan att räkna arbetsinsatsen som en kostnad är det enda sättet idag att få någorlunda ekonomi för en privatperson med begränsad budget i vindkraft utan bidrag.

Det är lätt att glömma att vindkraftverk blir mer effektiva ju större vindsvept yta de har, dubbla ytan ger ~fyrdubbla effekten.

Ju högre mast desto mer vind att hämta, även där ger en fördubbling i vind nästan fyra gånger så mycket energi.

Så som ni förstår blir det i storleksordingen 16 ggr mer energi från ett vinkraftverk om man dubblar storleken och förlänger masten så det får dubbelt med vind. Slutsatsen är att det är löjligt ineffektivt med små mark/vatten-nära vindkraftverk, även om de skulle gå att ställa så nära varandra som de tror i länken.

Självklart tappar de effekt om de står med 1,65 rotordiamters avstånd från varandra i vindriktningen i verkligheten. Möjligt att man kan få positiva effekter av turbulens osv om de står på rätt av stånd från varandra i förhållande till vindhastigheten, men i praktiken går det inte att bygga tätpackade vindkraftverksparker och få ut lika mycket effekt som om man ställer dom glesare.

Att man överhuvudtaget ställer vindkraftverk nära varandra beror på infrastruktur-vinster, tillstånd och administration och dylikt. Man accepterar då något lägre utbyte per vindkraftverk till förmån för att minska andra kostnader. 
   
Det spelar inte så stor roll om man kan öka energiuttaget ur en viss mark/vatten-areal, om man som i det här fallet måste skjuta in betydligt mer pengar per levererad mängd energi är det ändå kört.

Dubbla ytan ger ungefär fyrdubbla effekten och det går åt åtta gånger mer material för att bygga. En vertikalsnurra behöver inte vara lika bred som hög, vilket kan vara en fördel.

Även med sexton gånger mer effekt så tappar man den mänskliga skalan. Här i landet förförs vi snabbt och lätt av stora system, ju större desto bättre. Men de stora systemen kräver specialister och motoriserade verktyg. ...och någon annan som visar vägen in i framtiden.

Horisontalaxlade vindturbiner är mycket känsliga för turbulens. Därför måste man ställa dem en bra bit från varandra. Ju större de är desto längre blir avståndet. Oavsett hur nära man vill kunna ställa de enskilda verken så tvingas man ställa dem allt längre från varandra eftersom storleken är det enda som utvecklas numera.

Avhandlingen påvisar matematiskt att vindsnurror kan vinna på att ställas närmare varandra. Du kanske ska kika på den igen?

Horisontalaxlade rotorer är mogen teknik som numera utvecklas mycket lite vilket betyder att framtida kostnader ganska enkelt kan extrapoleras. Vertikalaxlade rotorer däremot har inte alls utvecklats lika mycket eftersom marknaden fokuserat på prestandan hos enskilda verk, utan att bekymra sig särskilt mycket om problem med interaktion. Därför har vertikalaxlade rotorer större utvecklingspotential. Om den räcker till i kampen mot de horisontalaxlade, det återstår att se. Men det vore dumt att inte ens försöka då det vore roligt att uppnå de teoretiska fördelarna. Inte bara roligt, förresten, utan möjligen rätt lukrativt också.

[fishyerik]

@Vattuvarg, först vill jag att du hänvisar till en saklig grund att det skulle gå åtta gånger så mycket material för att dubbla den vindsvepta ytan.

Man kan påvisa vad som helst matematiskt, om man räknar fel, men man kommer aldrig ifrån det grundläggande faktum att för att kunna ge ifrån sig energi måste vindkraftverken ta mer energi ur vinden, alltså måste energiinnehållet i vinden minska för varje vindkraftverk det passerar.   
 
Jo det är väl roligt att man forskar på vertikalaxlade verk, men det är tråkigt att de ödslar resurser på en återvändsgränd.

Vertikalaxlade och horisontalaxlade verk har sina fördelar och nackdelar, eftersom kr/MWh totalt sett är en väldigt kritisk faktor för kommersiella verk är horisontalaxlade verk absolut vanligast, men visst är det till stor del för att de är vanligast som de blir billigast per MWh.

Horisontalaxlade verk har iaf under en period varit vanligast bland hemmabyggen, för en hundring eller så får man tag på en tunna, som man kan bygga en enkel rotor på ca en kvadratmeter, rotationshastigheten är dock ganska låg, så man lär få ha utväxling. Men med en bil eller två som ändå bara väntar på sista resan går det antagligen att plocka delar så att de kvarstående problemen huvudsakligen består av arbetstid och mast. Dock lär man behöva mer än en tunna för att ha användning av en vanlig bilgenerator misstänker jag. 

[vattuvarg]

@Vattuvarg, först vill jag att du hänvisar till en saklig grund att det skulle gå åtta gånger så mycket material för att dubbla den vindsvepta ytan.

Man kan påvisa vad som helst matematiskt, om man räknar fel, men man kommer aldrig ifrån det grundläggande faktum att för att kunna ge ifrån sig energi måste vindkraftverken ta mer energi ur vinden, alltså måste energiinnehållet i vinden minska för varje vindkraftverk det passerar.   
 
Jo det är väl roligt att man forskar på vertikalaxlade verk, men det är tråkigt att de ödslar resurser på en återvändsgränd.

Vertikalaxlade och horisontalaxlade verk har sina fördelar och nackdelar, eftersom kr/MWh totalt sett är en väldigt kritisk faktor för kommersiella verk är horisontalaxlade verk absolut vanligast, men visst är det till stor del för att de är vanligast som de blir billigast per MWh.

Horisontalaxlade verk har iaf under en period varit vanligast bland hemmabyggen, för en hundring eller så får man tag på en tunna, som man kan bygga en enkel rotor på ca en kvadratmeter, rotationshastigheten är dock ganska låg, så man lär få ha utväxling. Men med en bil eller två som ändå bara väntar på sista resan går det antagligen att plocka delar så att de kvarstående problemen huvudsakligen består av arbetstid och mast. Dock lär man behöva mer än en tunna för att ha användning av en vanlig bilgenerator misstänker jag.

Om man bygger vingen dubbelt så lång så blir den dubbelt så bred och dubbelt så djup också. 2³=8 ...och man kan påvisa rätt mycket genom att räkna rätt också, vilket jag inte lyckas med.

John Dabiri tvingade faktiskt sina elever att göra om beräkningarna eftersom inte heller han trodde på att man kunde få ut så mycket mer energi ur vinden med rotorstim. Men eleverna visade sig ha rätt. De uträknade resultaten kunde också uppvisas i fälttest, vilket omnämns i avhandlingen. ...och i videon. Det höga uttaget är inte möjligt med horisontalrotorer då de störs mycket av turbulent vind. Att forska på vertikalrotorer är i nuläget det enda sättet att uppnå fördelarna med rotorstim. Du får tycka att det är en återvändsgränd om du vill. Att lägga mycket pengar på forskning om horisontalaxlade rotorer känns som ett större slöseri eftersom utformningen av dessa inte förändras nämnvärt, annat än till storleken.

Savoniussnurran som du beskriver är rätt bra på utföra mekaniskt arbete (som pumpning). Det finns andra vertikalrotorer som fungerar bättre för elframställning, som darrieus och giromill. Fast om man skulle ha en generator med väääldigt många poler så... Nåja.

[fishyerik]

Om man bygger vingen dubbelt så lång så blir den dubbelt så bred och dubbelt så djup också. 2³=8 ...och man kan påvisa rätt mycket genom att räkna rätt också, vilket jag inte lyckas med.

Vingen behöver inte nödvändigtvis göras dubbelt bred och dubbelt djup.

Dessutom, om du dubblar rotorvingbladens längd får du väl ändå 4 gånger så stor vindsvept yta?

Att man inte bygger ännu större vindkraftverk redan nu handlar säkert till stor del att det redan uppstår tekniska problem vid tillverkning och transport, det, plus att det är obeprövat.

[vattuvarg]

Vingen behöver inte nödvändigtvis göras dubbelt bred och dubbelt djup.

Dessutom, om du dubblar rotorvingbladens längd får du väl ändå 4 gånger så stor vindsvept yta?

Att man inte bygger ännu större vindkraftverk redan nu handlar säkert till stor del att det redan uppstår tekniska problem vid tillverkning och transport, det, plus att det är obeprövat.

Vingen behöver göras dubbelt bred och djup eftersom den är torderad.

Den vindsvepta ytan ja... När man bortförklarar vetenskapliga resultat som "felräkningar" så spelar ju fakta inte längre någon roll. Du presenterar ett fakta som skruvats med retorik och jag svarar med ett lika skruvat fakta. Den enda skillnaden ligger i att jag faktiskt erkänner mitt tilltag, eller hur?

Att man kan bygga stort bevisades redan med verken i Maglarp och Näsudden, förresten.

[fishyerik]

Det som är avgörande är huruvida vindkraftverken tar energi från vinden eller inte, som sagt, det är möjligt att man med vertikalaxlade verk kan få positiva effekter de första vindkraftverken som ligger i vindriktningen efter varandra, men när vinden har passerat några verk kommer vindens energiinnehåll ha minskat så att effekten äts upp. För det är väl ingen här som tror att man kan hämta energi ur ingenting?

Sen finns det lilla problemet att snurrorna måste vara i rätt vinkel och rätt avstånd från varandra för att få maximal positiv effekt, och detta kommer att vara beroende på vindens riktning och hastighet, vem ska springa och flytta runt vindkraftverken? Eller ska de vara monterade på automatiska fordon/robotar? Oavsett vilket blir det många kronor per kWh om det ska fungera i praktiken.   

Den mänskliga skalan som du nämner, den finns inte kombinerad med lönsamhet i vindkraft om man inte kan acceptera en väldigt varierande tillgång på el och man har ett väldigt litet elbehov. Eller om man bygger egna vindkraftverk av "skrot".

[K.A.J]

Håller helt med fishyerik, det finns en viss mängd energi per m2 genomströmningsyta ( märk väl inte markyta för det är inte så intressant, ett stort horisentalaxlat verk tar inte så stor markyta som många små i anspråk) och när man börjar närma sej siffror över vad som finns i vinden tillåter jag mej att tvivla då börjar det handla om evighetsmaskiner! 

[K.A.J]

En till ny tveksam konstruktion, lägg märke till att de använder det fula tricket att ange effekten vid den höga vindhastigheten 13 m/sek 1,5 kW om jag räknat rätt blir det väl omkring 3-400 Watt vid halva vindhastigheten som i flesta fall ligger kring medelvindhastigheten.

[vattuvarg]

Horisontalaxlade verk har problem med turbulens från närliggande rotorer så att ställa dem nära varandra har aldrig varit ett alternativ. Fördelarna med att använda sig av fler och mindre vertikalverk är att kunna gömma dem bättre i omgivningen. Att göra så med horisontalaxlade verk är i det närmaste omöjligt.

Men därifrån är steget fortfarande långt till ha väl fungerande vertikalaxlade vindkraftverk. Men man garvade åt envingade verk också...