Forskningsresultat från ett 200 kW vertikalaxlat vindkraftverk

Vindkraft står för en allt större del av vår elproduktion och har därmed också blivit ett allt vanligare inslag i vårt landskap. Men de konventionella horisontalaxlade vindkraftverken har vissa begränsningar, vilket har gjort de alternativa vertikalaxlade vindkraftverken intressanta. I ett forskningsprojekt från Högskolan i Halmstad och Uppsala Universitet har ett stort vertikalaxlat vindkraftverk utvärderats. Kraftverkets fysiska aspekter har studerats och resultaten visar bland annat låga ljudnivåer och bra egenskaper för alstring av vindenergi vid turbulenta förhållanden.

I vertikalaxlade vindkraftverk kan generatorn och de flesta andra viktiga komponenter placeras på marknivå vilket ger en lättare konstruktion och gör underhåll enklare. Den låga tyngdpunkten gör dessutom att de lämpar sig utmärkt för flytande plattformar vilket många tror kan vara framtiden för offshore-parker.

I ett forskningssamarbete mellan Högskolan i Halmstad och Uppsala Universitet har doktoranden Erik Möllerström forskat på olika fysiska aspekter av vertikalaxlade vindkraftverk där han belyser vindkrafttypens ljudalstring, egenskaper vid turbulenta förhållanden och tornets egenfrekvenser – detta presenterar han i sin avhandling ”Noise, eigenfrequencis and turbulence behavior of a 200 kW H-rotor vertical axis wind turbine”.

Ett av världens största vertikalaxlade vindkraftverk studeras

Testobjektet – ett vertikalaxlat vindkraftverk av typen H-rotor – ägs av Uppsala Universitet och är placerat strax utanför Falkenberg. Kraftverket är i dag ett av världens största fungerande vertikalaxlade vindkraftverk, vilket gör resultaten extra intressanta.

Resultaten i avhandlingen visar bland annat goda egenskaper för att ta upp vindenergi vid turbulenta förhållanden. Att vertikala vindkraftverk presterar bra vid hög turbulens är i sig inte förvånande men att kunna påvisa detta med en H-rotor i den relativt sett stora 200kW-klassen har inte tidigare gjorts. Överhuvudtaget är forskning gjord på så stora vertikalaxlade vindkraftverk inte särskilt omfattande.

– Det mesta som finns publicerat är simuleringar eller möjligtvis experiment på små vindkraftverk i labbmiljö. Ett så pass stort vindkraftverk ger tyngd till resultaten – det är stora kraftverk man är intresserad av även när man gör experiment på små snurror. Här slipper vi samma osäkerhet gällande hur resultaten påverkas av uppskalning, säger Erik Möllerström.

Kan bli ännu tystare

De ljudmätningar som har gjorts på testobjektet visar en lägre ljudemission – alltså hur högt vindkraftverket låter vilket ändras beroende på vindstyrka – i jämförelse med horisontalaxlade vindkraftverk av motsvarande storlek. Mätningarna har gjorts med en ljudkamera där man kunnat visa att det mesta ljudet för det vertikalaxlade vindkraftverket uppstår när en vinge integrerar med turbulensen från den föregående passerande vingen.

– Resultaten pekar på att den mesta turbulensen uppstår vid vingarnas bärarmsinfästningar. Genom att optimera dessa för minimal turbulensgenerering så bör vindkraftverket kunna få en lägre ljudnivå. De redan förhållandevis tysta vertikalaxlade vindkraftverken bör alltså med relativt små medel kunna optimeras för ännu lägre ljudnivåer. Ljudet är betydelsefullt när man pratar om vindkraftverk, berättar han.

Avhandlingen utgörs av sju vetenskapliga artiklar som utöver turbulens och ljud även belyser vindkrafttornets egenfrekvenser. Efter disputationen hoppas Erik kunna fortsätta att forska inom vindkraft.

– Jag vill gärna fortsätta forska och undervisa inom vindkraft och annan förnybar energi. Jag tror absolut att det är framtiden så framtidsutsikterna är goda.

För mer information kontakta: Erik Möllerström, tel: 035-167675

Om disputationen

Erik Möllerström disputerade fredagen den 28 april vid Uppsala Universitet inom Teknisk fysik med inriktning mot elektricitetslära. Han är knuten både till Akademin för ekonomi, teknik och naturvetenskap vid Högskolan i Halmstad och till institutionen för teknikvetenskaper vid Uppsala Universitet.

Handledare: Jonny Hylander, Högskolan i Halmstad, Hans Bernhoff, Uppsala Universitet, Fredric Ottermo, Högskolan i Halmstad och Göran Sidén, Högskolan i Halmstad.

Opponent: Mats Åbom, Kungliga Tekniska Högskolan.