”Vindkraften är en förnybar miljövänlig energikälla som utvecklats snabbt sedan slutet av 1970-talet, genom energipolitiska satsningar, forskning och teknisk utveckling. Under dessa få decennier har vindkraften utvecklats från en alternativ energikälla till en ny snabbt växande industribransch, som står på egna ben och som tillverkar vindkraftverk som producerar till konkurrenskraftiga priser.”Så inleder Tore Wizelius, kursansvarig för vindkraftutbildningen vid Högskolan på Gotland, första kapitlet i sin bok Vindkraft i teori och praktik. Wizelius torde redan vara bekant för endel i svenskfinland eftersom åbo Akademi och Vasa arbis har ordnat vindkraftkurser i samarbete med Högskolan på Gotland.

Vindkraften är ingen ny företeelse. Ett av de äldsta dokumenterade beläggen för vindkraftverk handlar om en horisontalaxlad väderkvarn från år 947 i Persien – samma typ har intill modärn tid brukats i Afganistan. Under 1200-talet spred sig väderkvarnen till Europa. Som mest fanns det kanske omkring en halv miljon väderkvarnar i Europa och ungefär lika många i Kina. Mot slutet av 1800-talet kom ångkraften och sedan oljan att tränga ut vindkraften både till lands och havs. Landsbygdens elektrifiering gjorde också att väderkvarnarna föll ur användning.

Men, som det inledande citatet berättar, har vinden gjort en stark comeback de senaste tjugo åren. Som bekant har Danmark gått i spetsen för denna frammarsh. Danmark hade också tidiga vindkraftpionjärer såsom Poul la Cour (1846 – 1908) som insåg vindkraftens potential för elproduktion och som utbildade vindkraftspecialister vid Askov folkhögskola. Dessutom startade han världens första vindkrafttidskrift iTidskrift for Vindelektrisitet).

Johannes Juuls 200 kW vindturbin på Gedser (1957), bl.a. med växelströmsgenerator – ett nytt koncept för vindkraftverk som skulle bli stilbildande för de modärna vindturbinerna. I Tyskland utarbetade Albert Betz på 1920-talet den grundläggande på vindkraft tillämpbara aerodynamiska teorin. Bland annat visade han att vindaggregat för friströmmande luft maximalt kan utnyttja ca 59 % av luftströmmens kinetiska energi. Modärna snabblöptalspropellrar kommer förvånansvärt nära denna teoretiska gräns. Den s.k. energikrisen 1973 inledde den modärna eran i vindkraftens historia.

Ny teknik

Vindturbiner är en stor exportgren i Danmark men senare har Tyskland kraftigt satsat på marknaden och har också mest installerad vindkraft i EU (8754 MW/2001), följt av Spanien (3337 MW/2001) och Danmark (2417 MW/2001).Vindkraften i Danmark svarar för 16,1 % (2001) av elproduktionen, och de danska energimyndigheterna och kraftbolagen projekterar att höja andelen till 50 % genom att bygga ut 4 000 MW havsbaserad vindkraft fram till 2030. Havsbaserade vindkraftverk kan producera upp till 50 % mer per enhet än motsvarande enheter på land. Den europeiska vindkraftorganisationen räknar med att den installerade vindkraftkapaciteten i Europa fram till 2010 kommer att växa till 60 000 MW, varav 5 000 MW havsbaserat, och att den år 2020 borde vara uppe i 150 000 MW. Detta är inte orimligt med tanke på att den installerade kapaciteten i Europa de senaste sex åren ökat med ca 40 % per år – d.v.s. en fördubbling vartannat år.

Globalt fanns det år 2001 ca 25 000 MW installerad vindkraft. Den potentiellt tillgängliga globala vindenergin har uppskattats till 53 000 TWh/år vilket är dubbelt mera än det förväntade globala elbehovet år 2020. Självfallet kan vindenergin inte ensam ansvara för all elproduktion utan att kombineras med andra energiformer.

Hopkopplingen av elnäten har ökat möjligheterna att kombinera en växande andel vindkraft med reservkraft såsom vattenkraft. Ny elkraftteknik har eliminerat farhågorna om vindkraftens kvalitet. Dessutom kan det i framtiden eventuellt bli möjligt att lagra vindkraftenergi med hjälp av bränslecellteknik.

Trots att vindkraftverk är etablerade industriprodukter återstår det fortfarande en hel del teknisk-vetenskapliga utmaningar på området. Hittills har många komponenter som nyttjas i vindkraftverk tagits ”från hyllan”. Det gäller därför att utveckla allt bättre generatorer, frekvensomvandlare, lager, reglersystem, vingprofiler, uttröttningståliga material (o.s.v.) som optimerats för vindkraftbruk.

Tillväxtpotential

Finland med 41 MW installerad effekt (2002), motsvarande ca 0,1 % av hela elproduktionen, och Sverige med 328 MW (2002) har tillsvidare blygsamt med vindkraftverk. I Sverige har man dock gjort endel pionjärstudier kring stora vindkraftverk (t.ex. VTS-3 3 MW år 1982 i samarbete med amerikaner). Nordic Windpower är en svensk tillverkare av vindkraft i MW-storlek. år 2000 lanserade svenska ABB Windformer-konceptet och planerade vindkraftverk på 3 – 3.5 MW som dock verkar ha lagts på is tillsvidare.I Finland tillverkas endel komponenter för vindkraft vars exportvärde var ca 200 milj euro år 2001. Produktsortimentet omfattar generatorer (ABB), växellådor (Metso Drives), stålplåt för torn (Rautaruukki), och material för turbinvingar (Ahlström, Neste Resins). Eventuellt kunde hela vindkraftpropellrar av trä eller glasfiber bli en exportartikel i Finland – här finns ju en gammal båtbyggartradition! Trä är också annars ett intressant material i sammanhanget eftersom vindkraftverk utsätts får cykliska förändringar upp till hundra miljoner gånger under sin livstid.

WinWinD i Uleåborg, Finland, konstruerar och levererar hela vindkraftverk. Nyligen installerade WinWinD två stycken 1 MW vindkraftverk i Karleby hamn för PVO:s räkning. I samarbete med ABB Oy och Metso Drives Oy planerar WinWinD att lansera en 3 MW modell år 2004.

Vad gäller eftersläpningen i övrigt menar Wizelius för Sveriges del att skulden till detta delvis faller på motståndet från vissa kretsar inom industrin som ser vindkraften som ett hot mot satsningen på kärnkraft och därför försöker framställa vindkraften som ett marginellt fenomen utan framtid. Dessutom utsätts vindkraftverksägare för en negativ särbehandling i Sverige bl.a. genom att de måste betala högre nätanslutningstariffer m.m. än ägare till exempelvis gaskraftverk av motsvarande storlek. I Sverige klassificeras vindkraftverk som ”miljöfarlig verksamhet” eftersom den kan orsaka buller och skuggor.

Men på Gotland har kommunen och befolkningen satsat helhjärtat på vindkraften. Här produceras redan 20 % (2002) av elbehovet med 150 stycken nätanslutna möllor som drivs av kooperativ, bönder och företag.

I framtiden kunde Sverige täcka hela elbehovet med lika delar vindkraft och vattenkraft plus en del bioenergi och solenergi. Redan nu hör vindkraft på flera ställen till de billigaste sätten att generera el och oddsen förbättras hela tiden gentemot fossilbaserade kraftverk som dessutom dras med stora miljöproblem. Därtill tar vindkraftverk i snitt mindre områden i anspråk per producerad energienhet än andra kraftverkstyper som fodrar t.ex. transporter och gruvdrift för att hållas i gång.

Marginella miljöeffekter

En förutsättning för vindkraftens framväxt i Finland är att vindkraften beaktas i landskaps- och detaljplanerna. Så länge det råder en stor osäkerhet var man kan tänkas få bygga vindkraft, samt så länge ansökningsprocedurerna är oskäligt långsamma och kostsamma, avskräcker det många eventuella projektörer.Vad gäller buller, störningar för fåglar och fiskar, har problemen varit mindre än endel befarat. Effekterna torde vara marginella jämfört med inverkan av båttrafik, fritidsbebyggelse, farledsmuddringar, landsvägar, luftedningar, gevärskulor och dylikt. Vad gäller etablering på naturskyddsområden är den avgörande frågan huruvida anläggningarna påtagligt hotar skyddsvärdet. Om det t.ex. handlar om någon sällsynt växt som inte påverkas av kraftverken så kan de i princip placeras i området om inget annat talar emot det. Generellt är vindkraft en bra lösning ur miljösynvinkel i den mån den ersätter motsvarande mängd fossilbaserad elproduktion.

Medan kommuner, kraftbolag och kooperativ kan bygga större vindkraftparker kunde jordbrukare och småföretagare (och varför inte fiskelag, byalag, o.s.v.) på lämpliga områden uppmuntras till att sätta upp nätanslutna möllor, eller möllor för eget bruk, såsom skett i Danmark och på Gotland. Möllor upptar endast några kvadratmeter mark som för övrigt kan brukas som förr. De stora kraftverken (som snart är uppe i 5 MW per enhet) kommer vad gäller Norden dock i framtiden att placeras främst vid kusten och ute till havs.

Ingen ingenjörshandbok

Wizelius’ vindkraftbok är självfallet anpassad för svenska förhållanden men första halvan av boken som ägnas åt vindkraftteknik har ju samma tillämpning här. Också kapitlen om projektering, lönsamhetskalkyler, miljökonsekvensberedning och vindkraften i samhället är till stora delar tillämpbara på våra förhållanden.För både potentiella projektörer och sådana personer inom kommuner som tvingas ta ställning till vindkraftetableringar är boken en utmärkt guide. Den är också självskriven som kursbok i vindkraft vid gymnasier, yrkeshögskolor, universitet och varhelst dylika ordnas bara den kompletteras med uppgifter om specifikt finländska förhållanden. Boken är också relativt lättläst. Endel avsnitt om t.ex. vindkraftens elsystem är dock såpass knapphändigt formulerade att de kan vålla huvudbry. Men som Wizelius själv skriver i förordet: ”Tyngdpunkten i denna bok ligger på den information som behövs för att projektera kommersiella vindkraftverk”.

Det är alltså inte en ingenjörshandbok om hur man konstruerar vindkraftverk. För den som vill gå djupare in på tekniska frågor, såsom aerodynamik för propellrar, så ärVindkraftsboken (1980) av B Södergårds fortfarande en bra källa. Dock har mycket hänt inom vindkrafttekniken sedan Södergårds bok, speciellt vad gäller elektronik och styrsystem, vilket också framgår av Wizelius’ bok. Tredje upplagan av E. Haus tyska vindkraftsbok har nyligen utkommit och den torde vara en mycket auktorativ framställning ur tysk synvinkel för den som vill fördjupa sig i de teknisk-industriella aspekterna. Harrison et al. (2000) är en sammanfattande studie om hur materialåtgång, effekt och kostnader förväntas ändras med växande turbinstorlekar beroende på olika konstruktionslösningar.

Referenser

Tore Wizelius: Vindkraft i teori och praktik.(Studentlitteratur 2002. 329 sidor.)

Mera information:
www.studentlitteratur.se/vindkraft/ (Vindkraftbokens hemsida med länkar till mera studiematerial och övningsuppgifter samt aktuell information.)
E Hau: Windkraftanlagen. Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit. (3. Aufl. Springer 2003).
B Södergård: Vindkraftsboken. Svensk Byggtjänst 1990. (1. uppl. 1975.)
www.windpower.dk (Dansk webbplats med utförlig information om vindkraft, dess teknik, historia, aktualtiteter osv, som i sin helhet också kan slussas hem (ca 20 MB). Ett gediget studiepaket.
www.motiva.fi (Här hittar man bl.a. ”Tuulivoiman Projektiopas” (1999). Finns också svenskspråkig version fast jag lyckades inte slussa hem den.)
www.ewea.org (Europeisk vindkraftorganisation. Här kan man bl.a. slussa hem rapporten ”Wind Force 12” som beskriver målsättningen att producera 12% av världens elenergi med vindkraft år 2020.)
www.vindkraftforeningen.fi (Finlandssvensk vindkraftsförening)