Fördelar med lågviktsdrivlina i vindkraftverk

Sammanfattning: I dagsläget finns det en mängd olika storlekar på vindkraftverk, allt från små landbaserade vindkraftverk på några hundra kilowatt till havsbaserade kraftverk på upp till 14 MW. Bland de största vindkraftverken ute till havs, är direktdrivna vindkraftverk dominerande på grund av en högre driftssäkerhet och livslängd på komponenterna. En stor nackdel med dessa direktdrivna vindkraftverk är att för att få ut en hög effekt ur en relativt låg rotationshastighet, behöver generatorerna vara väldigt stora och blir då väldigt tunga. Syftet med det här arbetet var att titta närmare på vilka fördelar som potentiellt finns med att halvera vikten på nacellen som innehåller drivlinan och generatorn. De delarna som utreds i den här rapporten är viktens inverkan på vindkraftverkets torn och fundament men även kostnader för att transportera och montera vindkraftverk. Då allting som rör vindkraftverk är väldigt komplext, har en hel del förenklingar fått göras. För det första förenklades vindkraftverks torn till en fast inspänd balk med en punktmassa på toppen, vilket motsvarar massan för nacellen, hubben och bladen. När det kommer till transporter och montering har det inte gått att få fram exakt vad det kostar att transportera och montera en nacell, men utifrån en del data kunde uppskattningar göras för att skapa en bild av vad kostnaderna låg på och vilka kostnadsfördelar som skulle kunna finnas av att minska vikten.För att få bra data på olika vindkraftverk användes data för olika referenskraftverk som finns tillgängliga för forskningssyfte. De som användes var NREL 5 MW, LW 8 MW, DTU 10 MW och IAE 15 MW. Efter beräkningar på dessa vindkraftverk kan det konstateras att en minskning av krafterna som verkar på fundamenten är den stora fördelen men en halverad vikt på nacellen. I de beräkningar som gjordes låg minskningarna på mellan 13 – 17%. När det kommer till viktens inverkan på tornet är det svårare att dra några klara slutsatser. Enligt beräkningarna minskade de maximala tryckspänningarna med ungefär 1.5 – 2.5%, medan dragspänningarna istället ökade med 0.6 – 2.1 %. Tryckspänningarna i tornet var de största och därav minskar de största spänningarna i tornet, men då till exempel vissa vindkraftverks torn är gjorda i betong, som är sämre på att ta upp dragspänningar, kan ökande dragspänningar vara något som vill undvikas. När beräkningar gjordes för egenfrekvenserna på tornet visade de att egenfrekvensen ökar med ungefär 20 % vid en halverad vikt, vilket både kan vara en fördel och en nackdel. När det kommer till kostnader för transporter och montering är det svårt att ge en exakt siffra eller procentsats över hur mycket billigare det blir. Det kan vara allt från några tiotusentals kronor per nacell i vissa delar, upp till miljontals kronor för ett helt projekt i andra delar.