En vindturbin produserer strøm ved å omdanne bevegelsesenergien i vinden til elektrisk energi. På denne siden finner du en forklaring på hvordan en vindturbin fungerer.

Det finnes flere typer vindturbiner. Den vanligste typen er horisontalakslede vindturbiner med tre rotorblader festet på en horisontal aksel. Det er i all hovedsak denne typen vindturbiner som er bygget i Norge.

Rotoren er koblet sammen med en generator via en horisontal aksling. Generatoren er plassert i generatorhuset, som igjen er festet på et tårn som er fundamentert i bakken. Ofte brukes det engelske ordet nacelle om generatorhus. Figuren over viser en prinsippskisse for en vindturbin.

Horisontalakslede vindturbiner deles i to hovedgrupper: girede turbiner og direktedrevne turbiner. I direktedrevne turbiner må generatoren dreie med samme hastighet som rotorbladene. I girede turbiner gjør giret at generatoren kan ha raskere omdreiningshastighet enn rotorbladene. Fordi en generators effekt blant annet avhenger av den fysiske størrelsen og omdreiningshastigheten, innebærer dette at vindturbiner med gir kan ha en mindre generator enn direktedrevne vindturbiner uten at generatorens effekt blir redusert. I Norge er rundt ¾ av de installerte vindturbinene girede.

Vinden får rotorbladene til å dreie rundt. Omdreiningen i rotoren fører til omdreining i generatoren, slik at det dannes elektrisitet. Inne i turbinen har denne strømmen normalt et lavt spenningsnivå. Strømmen blir først ført gjennom en strømomformer for å sikre tilstrekkelig strømkvalitet, og deretter gjennom en transformator for å ha samme spenningsnivå som kraftnettet den skal leveres til. Strømmen føres også gjennom et bryteranlegg, for å sikre at koblingen mellom turbinen og kraftnettet blir brutt dersom det oppstår en feil. Vindturbiner er utstyrt med sikkerhetssystemer som brems til generatoren, lynavledningssystem og redningsutstyr. De har også et avansert kontrollsystem som gjør at driftspersonell kan overvåke og styre vindturbinen. For å få mest mulig strøm ut av vinden, blir generatorhuset og rotorbladene kontinuerlig regulert gjennom kontrollsystemet basert på faktisk vindretning og -hastighet. De fleste moderne vindturbiner har en heis som brukes av teknikere som skal gjøre arbeid i generatorhuset.

En vindturbins effektkurve viser den teoretiske produksjonen ved forskjellige vindhastigheter. De fleste storskala vindturbiner begynner å produsere strøm ved en vindhastighet på rundt 3–4 m/s, og når maksimal effekt ved 11–15 m/s. Ved høyere vindhastigheter justeres bladvinklene automatisk, slik at de slipper mer vind forbi, og dermed unngås for stor belastning på vindturbinen, samtidig som produksjonen holdes konstant på maksimal effekt. Ved vindhastigheter over 25–28 m/s må de fleste vindturbiner stanses helt på grunn av for høy belastning på komponentene.

Nye vindturbiner produserer mer kraft

Vindturbinteknologien har utviklet seg raskt de siste årene. Både installert effekt, totalhøyde og lengde på rotorblader har økt . Ved å øke lengden på rotorbladene, kan vindturbinen fange mer vind og produsere mer kraft i perioder hvor det ikke er høy nok vindhastighet til at turbinen kan produsere på maksimal effekt. Installert effekt i en kraftgenerator avhenger i høy grad av hvor mye masse som dreier rundt, omdreiningshastigheten og viklingene i generatoren som lager de elektromagnetiske feltene. Ved å endre på noen av disse tre faktorene kan en vindturbin produsere mer kraft til tross for at den ikke fanger mer vind. Det er særlig i de periodene det blåser så mye at det produseres på maksimal effekt at dette kommer til nytte. Det er komplisert å øke den installerte effekten i en vindturbin uten at endringene medfører store utfordringer for transport, bygging og drift av vindturbinene. Det pågår derfor mye forskning og teknologiutvikling på dette området.

I tillegg har utvikling i avanserte styresystemer gjort at turbinene kan utnytte vinden og de klimatiske forholdene bedre. Eldre turbiner må stenge ned produksjonen når vinden kommer over visse nivåer, normalt rundt 25 m/s, for ikke å få overbelastning. Nye vindturbiner kan fortsette å produsere ved høyere vindhastigheter, fordi kreftene på turbinen blir kontinuerlig overvåket og bladene hele tiden justeres for å tåle kreftene i den sterke vinden. Det har også blitt utviklet styresystemer som gjør at vindturbiner kan produsere kraft selv når det er is på bladene.

Summen av denne teknologiutviklingen gjør at dagens vindturbiner produserer mer kraft enn eldre vindturbiner. Som et eksempel produserte en typisk vindturbin som ble bygget i Norge i 2012 ca. 7 GWh i året. Dette tilsvarer det årlige strømforbruket til ca. 350 husstander. Til sammenligning forventes en typisk vindturbin som blir satt i drift i Norge i 2019 å produsere 14 GWh, noe som tilsvarer forbruket til ca. 700 husstander.

Illustrasjon: Simen Wahlqvist

Kontaktperson

Ann Myhrer Østenby

Begreper i vindkraft

LCOE: Står for Levelised Cost of Energy og er en betegnelse på de totale kostnadene for et kraftverk (både investeringskostnader og driftskostnader), delt på all produksjonen gjennom levetiden til kraftverket. Dette kalles også produksjonskostnad eller energikostnad over levetiden.

Installert effekt: Effekten fra en vindturbin er antall megawatt (MW) generatoren maksimalt kan produsere.

Samlet installert effekt: Den maksimale effekten et vindkraftverk kan produsere. Det vil si summen av effekten fra alle vindturbinene i vindkraftverket.

Produksjon: Estimert produksjon fra en vindturbin beregnes ved å gange maksimal effekt med antall fullasttimer. Eksempelvis vil en vindturbin med installert effekt 4 MW og 3500 fullasttimer gi en estimert årsproduksjon på 14 GWh.

Fullasttimer: Hvor mange timer av et år et kraftverk ville ha vært i drift med full effekt for å oppnå den faktiske årsproduksjonen. Fullasttimer regnes ut ved å dele årsproduksjon på installert effekt, for eksempel 14 GWh (14 000 MWh) delt på 4 MW = 3500 fullasttimer.

Brukstid: Det samme som fullasttimer

effektkurve vindturbin.JPG
Illustrasjon: NVE