oss 100 kroner!
Av Erik B. Næss, Oslo, teknolog / energirealist
Dagens, såkalt modne, vindmøllekonsept, som nyter godt av å bli omtalt som turbin, er uten tvil en komplisert konstruksjon, men er den effektiv?
Spørsmål om effektivitet kommer som regel alltid opp ved alle typer prosesser, de fysisk/kjemisk-industrielle, såvel som for slike som gir oss komfort og velferd. For de siste forsøker man å måle effektivitet ved å bruke økonomiske systemer. Innenfor naturvitenskap er det den fysisk målte virkningsgrad som teller, og det er greie regler for å måle forholdet mellom innsats og utbytte for de fleste prosesser. For en vindkraftmaskin gjelder det da å bestemme hvor mye effekt man får grep om av den kraften vinden inn (INN-vinden) mot sveiparealet har i seg i form av dynamisk trykk. For vindturbiner viser man oftest til Betz lov (Albert Betz 1885-1968) som begrenser fysisk virkningsgrad for slike til litt i overkant av 58% . Vindkraftindustrien hevder at effektiviteten for den modne modell ligger i området 36 – 40%, men det er uttrykk for energiutbytte over tid og har følgelig ingen ting med fysisk effektivitet å gjøre. Betz har i sine betraktninger forutsatt et !uendelig»#antall blader i sveiparealet. Men, som vi alle har observert er den gjeldende !standard»#bare tre slike, ganske lange enheter. Produsentenes og vindkraftbransjens tall for godheten av teknologien kan derfor være noe misvisende, for å si det forsiktig.
Når Betz lov er satt så arrogant til side, hvilken teori er det da å falle tilbake på? Det nærmeste må bli bladenes aktive arbeidsareal, og form. Et overordnet kriterium vil måtte ligge i det faktum at bladenes areal, uansett sofistikert profil, utgjør en lineær funksjon mens sveiparealet er en annengradsfunksjon. Et forsiktig anslag over forholdet mellom disse arealer på en moderne vindkraftmaskin gir som resultat at selv hele projeksjonen av bladene bare utgjør noen få prosent (3-5) av sveiparealet, og da kan en fysisk virkningsgrad ikke bli høyere.
Arbeidsarealet, den vinklede skrå flaten av bladet, vil være vesentlig mindre enn projeksjonen, men vil ta imot den dynamiske trykkkomponent i INN-vinden. Dette trykket vil dele seg i to kraftkomponenter, én radiell som gir rotasjon og en aksial, som vil utøve en skyvekraft i navet i vindens retning. I sum betyr dette at en fysisk virkningsgrad må ligge dramatisk langt under de tall vindkraftbransjen støtter seg til; dvs., ned mot under 3%. Den !modne»#vindkraftturbin’ bærer derfor ikke sin betegnelse med rette. Tvert imot, konseptet må bli å betrakte som helt elendig. Det kan derfor være noe symptomatisk til stede når det ikke har vært mulig å finne ut om konseptet noen gang er blitt utprøvd i en vindtunnel, det rette laboratorium for slikt.
Den dårlige virkningsgraden gjør at det er en annen problemstilling som melder seg. Hvis det f.eks. måles en effekt på 1 MW over en !vindkraftgenerator», hvor mye energi tas det da totalt ut fra INN-vindren det !tappes»#fra? Det skjer jo nemlig noe i UT-vinden. Der er lett å se for seg turbulenser rundt bærekonstruksjonen samt et stort roterende, heliksformet konisk avtagende turbulens-regime som strekker seg et tresifret antall meter UT bak bladene. Det er en aerodynamisk kompensasjonsprosess hvor omgivende vindregime søker å utligne tilstandsdifferansene som har oppstått når det gjelder vindhastigheter og termodynamiske forhold. Videre er det lett å tenke seg at turbulensens karakter er slik at fugler kan bli slynget rett i bakken med dødelig utgang uten å ha vært i berøring med et blad. (Et modellflyforsøk vil gi svar.) Ganske sikkert går det mer energi !tapt»#i UT-vinden enn det som tas ut som elektrisitet fra generatoren
I tillegg til det temperaturfall som skjer over bladene (som kan føre til isdannelse på dem) vil prosessene i UT-vinden føre til ytterligere temperaturfall i luften. Er den fuktig nok vil duggpunktet kunne forskyves med tåkedannelse som konsekvens, eller også utløse kraftig nedbør fra det energitappede vindregimet over store områder ‘bakenfor’ vindmølleparken. De fremherskende vindretninger over Skandinavia og vindkraftsatsingen i Norden vil følgelig kunne få konsekvenser over store områder hos oss selv, og øst for oss. Det er slett ikke utenkelig, heller meget sannsynlig at overordnede vindregimer vil bli påvirket og raskt kan utløse svært uheldige konsekvenser.
Hva med konseptets konstruksjon, er den gunstig eller ‘kunstig’?
Svar på dét vil betinge anvendelse av mekanikkens lover innenfor statikk og dynamikk. Det dynamiske bildet er selvsagt det mest interessante.
Generelt ville det vært ønskelig at vind ville opptre som et ideelt laminært strømningsmønster, med jevn stabil hastighet uten noen form for turbulens. Slik er det dessverre ikke, tvert imot må man regne med at det vil gjøre seg gjeldende plutselige hastighetsvariasjoner (gradienter) som funksjon av, eksempelvis:
1)atmosfæriske eller dynamiske trykkvariasjoner
2)høyde over terrenget, alene og/eller i tillegg –
3)som påvirkninger av topografi rundt – eller
4)som assymetriske vindkast av ulike årsaker og størrelsesorden, dvs. – 5)også over havet hvor bølger vil måtte være en faktor
For en hvilken som helst konstruksjon, på fast grunn, flytende eller flyvende som blir utsatt for vind gjelder at hver individuelle del, i hvile eller bevegelse, blir utsatt for kraftimpulser.
I en vindkraftmaskin vil slike artikulere seg som momentvariasjoner i respektive komponenters funksjonsgrenser hvorfra kraftimpulsene blir overført videre til støttekonstruksjonen gjennom diverse innfestninger. Vridningsbelastninger er det derfor rimelig å kunne se for seg, og det roterende 3-bladede hjulet må i innfestningspunktet (navet) bli å betrakte som meget utsatt og sårbart bl.a. for tretthetsbrudd. Havarirapporter kan tyder på det.
Har konseptet en iboende svakhet?
Kanskje, når den del av INN-vinden som treffer den nakne støttekonstruksjonen må dele seg, ideelt i to like strømmer som må passere rundt og UT fra tårnet på baksiden. Det medfører et trykkfall i/over dette delsystemet, over hele tårnets høyde med en ‘luftpute’ på den nakne INN-siden, foran tårnet. Bak tårnet hvor de to vindstrømmene gjenforenes vil det selvfølgelig også herske et turbulent regime i UT-vinden.
Hver gang et blad passerer tårnet vil INN-vinden, kraften mot bladet ‘kollidere’ med det vertikale vindregimet som hersker der, foran tårnet over hele dets høyde. INN-vindkraften som driver et passerende blad dvs. luftstrømmen som beveger seg over,‘slipper’ bladet, og UT-vind blir da blandet med og påvirket av strømningsregimet som hersker foran det nakne tårnet. Denne gjensidige påvirkningen bryter vindtrykkforholdene på bladet, og vil et kort øyeblikk, over hele dets lengde, måtte avlaste det betydelig – i det minste for den aksiale belastningen. AV/PÅ momentskifter i navet vil måtte bli resultatet – hver gang et blad passerer tårnet, dvs. tre kraftimpulser mot hjulet pr. omdreining. Det er ikke urimelig å anta at nevnte strømningsmønster også vil skape lange lydbølger med den frekvens omdreiningstallet betinger.
I tillegg til et slikt, iboende fast kraftimpulsregime, er det rimelig å regne med at asymetriske vindkast vil komme i tillegg, og eventuelt interferere med de regelmessige pulser.
Impulser, som nevnt vil ventelig kunne forplante seg frem til en generator. Om de kan forårsake faseforstyrrelser i generert strøm hører ikke med i en enkel mekanikkanalyse, men det synes ikke utenkelig hvis treghetsmoment i roterende deler blir påvirket.
I sum er det å forvente at en vindmølles iboende egenskap er havariet. Et flytende konsept til havs vil nærmest garantert gi store uholdbare overraskelser. Det er utenkelig at våkne private investorer vil satse på slike investeringer uten å få fellesskapets representanter, staten, til å ta det vesentlige av regningen og bli sittende igjen med ansvar og risiko.
.
Det er atmosfæriske differansetrykk som etablerer vindsystemene som fordeler energi mellom breddegradene. Når vindkraft blir ført til våre urbanisasjoner i form av elektrisk energi kommer den ikke frem til de adresser naturlovene betinger. Ingen konsekvensutredning har tatt høyde for dette grunnleggende forhold. I et større bilde vil vindmølleparker over hele kloden ganske sikkert kunne påvirke atmosfæren, alle naturlig etablerte vindregimer og ymse energibalanseforhold på uforutsigelig vis. Å plassere vindkraftverk til havs endrer ikke på dette risikobildet.
Hva har NVE, vindkraftbransjen og politikere å si til dette?
I en slags etterpåklokskapens ny-bevissthet peker mange på ‘tabben’ under den industrielle revolusjon ved å stemple bruken av fossile ressurser den gang som meningsløs, og noe som vi må slutte med nå. Det kan være noe i det, men sikkert er det at uten bruk av fossile energiressurser i hine dager ville de fleste av oss ikke ha blitt født. Teknologi har vært selve forutsetningen for et industrielt levebrød, Det å bygge vindmøller er en industri som gir levebrød, men det å generere elektrisk kraft er i seg selv ikke industri, men en betingelse for det industrialiserte velferdssamfunn. Å kalle det et grønt skifte er et selvbedrag. Så, vet vi egentlig hva vi driver med eller er vi i ferd med å etablere en !narre-teknologi»#i grønn kamuflasjedrakt?
Et betimelig PS?
Debatten i tiden vi er inne i er preget av at det meste er i endring. Begrepet ble egentlig en gjenganger i det politiske spillet ved millenniumsskiftet, og spesielt ble Obama enn ivrig agitator for CHANGE uten på noen måte å forklare hva og hvorfor ting burde endres. Men mye er kommet så langt som til støpeskjeen, en metafor for endringsprosesser som har det til felles at det er den såkalte finansnæringen som åpenbart har regien i den grønne skifteretten. Et overordnet tema er energi og nasjonen her på berget har fått en kraftig nesestyver i form av utenkelige priser på elektrisk strøm. Energi er et astronomisk stort tema og betraktningene om vindkraft, over, er bare en liten flik av det mye større bilde illustrasjonen viser: nemlig de fire termodynamiske lover, den 0. / 1. / 2. / og 3. Disse er ikke artikkelstoff, men omfatter bl.a. en vidunderlig oppskrift på hvordan vi meget enkelt kan holde kulden ute om vinteren. En talemåte er dét bare for å flytte varmen, i kulden ute, inn i stuen. Mange i landet har anskaffet en varmepumpe og vet meget vel at de ved å putte 1 kWh inn får rundt 4 kWh varme inn i huset. Her ligger det fin termodynamikk bakom, og tar vi en tur til regjeringsnivå kan de som har sittet og sitter der ta for seg hvilken gevinst nasjonen ville få hvis 1TWh blir kjørt gjennom varmepumper. Jo, riktig, minst 3 TWh. Innsatsen går forøvrig heller ikke tapt, så det totale varmeutbytte blir 4TWh. [Teoretisk er det enda mer å hente, 3-5 ggr. mer]
Hadde politikerne, på tampen av forrige århundre, rådført seg med dem som kan litt om dette, hadde de neppe funnet grunn til å bygge vindmøller. Det eneste som krevdes var å gjøre en investering i varmepumpe fradragsberettiget på skatten. Det kan de selvfølgelig fortsatt gjøre samtidig som de kan hviske formelen i øret til madam von Leyen i EU.
Et addendum
I NRK programmet Debatten tirsdag 7. mars var eierskaps-konstellasjonene bak vindkraftinvesteringer tema. Representanter fra hhv. kommune, statsforvaltning og det private næringslivet uttrykte opprørthet over at man ikke kunne klare på finne frem til hvem eller hvilke som var reelle eiere. Pensjonsfond rund omkring kunne nok identifiseres, men forvaltningen av disse igjen kunne, med alibi i personvern, være blitt anonymisert. Alle representantene etterlyste et internasjonalt lovverk for å få etablert full åpenhet rundt eierskaps-tilstandene.
Det kan i denne sammenheng vær på sin plass å minne om at norske myndigheter, staten i sin tid (for nesten 100 år siden ) opprettet en instans benevnt BANKINSPEKSJONEN. I kjølvannet av den kom MEGLERKONTROLLEN (samt et Forsikringsråd)). Selve benevnelser ga klar beskjed om oppgaven som skulle fylles. Med rasjonalisering som alibi ble disse organisasjoner i 1986 slått sammen til KREDITTILSYNET som ble omdøpt til FIANSTILSYNET I 2009. Skrittvis gikk ambisjonsnivået fra inspeksjon til kontroll og derfra til ufarliggjorte tilsyn, til tross for at den siste (finans-) varianten ble rettferdiggjort ved at den skulle være: sitat:
– meir i tråd med internasjonal praksis og reflektere betre det vide spekteret av tilsynsoppgåver som omfattar heile finanssektoren.
Den observante leser vil se at det fra 2009 av skulle føres tilsyn/kontroll ikke bare med bank,- megling,- og kredittvirksomhet, men en hel ny «næringsbransje», definert som finanssektoren. Inspeksjon, og kontrollbehovet for dette utvidede virksomhetsområdet var redusert til ambisjonen: tilsyn.
Bakom det hele kom toner fra EU om at de der var rette instans for, på våre vegne, å holde øye med finansakrobatikken. Det førte til at Regjeringen Solberg (Erna I) lot europaminister Elisabeth Aspaker overføre tilsyn av finansnæringen til EU via EØS. En ‘modell var det’ som kunne ‘brukes’ i ACER-sammenheng.
