Vindkraft: – Det er viktig å ha en plan for hvordan energien skal brukes

Turbiner som håndterer vindretninger og -styrker mer effektivt, er blant det Trond-Ola Hågbo mener det må satses på fremover. Han er doktorgradsstipendiat ved Institutt for energi- og petroleumsteknologi på Universitetet i Stavanger (UiS) og vindingeniør i NablaFlow og svarer på fem spørsmål om vindkraft.

1. Hvilke fordeler gir urbane vindturbiner?

– Vindenergi er en ren og fornybar energikilde som ikke produserer klimagasser under drift. Urbane vindturbiner reduserer nedbygging av natur. Eksisterende strukturer, som tak, fjerner behov for landareal, sier Hågbo.

Og han fortsetter å ramse opp:

– Vind er svakere i bebygde områder enn i åpne, men lokale forhold kan føre til vindforsterkning og gi mer energi å høste. For eksempel kanalisering gjennom passasjer og akselerasjon over tak. Høye bygg kan utnytte at vinden er sterkere i høyden. Urbane vindturbiner produserer energi lokalt, noe som reduserer energitap fra transportdistanser og behov for kostbare nettutvidelser. Desentralisering av energiproduksjon kan øke energiforsyningssikkerhet. Kostnad ved fundament og tårn unngås med turbiner på eksisterende bygninger og dimensjonerte strukturer.

2. Hva er ulempene?

– Store horisontalakslede turbiner har virkningsgrad opp til 50 prosent under optimale forhold. Nær teoretisk maksimal utnyttelsesgrad på 59 prosent (Betz' grense). Virkningsgrad angir hvor mye av vindens kinetiske energi som omdannes til elektrisk energi. Urbant brukes vertikalakslede eller mindre turbiner med lavere virkningsgrad.

– Byer har ofte svakere og mer varierende vindforhold på grunn av bygninger som hindrer flyt og gir mindre energi. Store turbiner høster mye mer energi på grunn av sveipeområde og sterkere, stabil vind. 10 meters rotordiameter kan produsere energi til 1–2 husstander, mens 130 meters rotordiameter kan dekke ca. 1000 husstander. Kostnad per produsert energienhet kan være høy på grunn av ineffektivitet i energiproduksjonen sammenliknet med større vindturbiner i vindutsatte områder. Solcelleanlegg er ofte mer kostnadseffektivt urbant for lokal fornybar energiproduksjon.

3. Hvor bør slike vindturbiner plasseres?

– Hvor mye energi turbinen produserer, avhenger av lokasjonen, sier Hågbo.

– Vindhastigheten varierer lokalt, og energien i vinden er en funksjon av hastigheten opphøyd i tredje potens. Dobling av hastigheten gir åttedoblet tilgjengelig energi. Derfor bør turbinen plasseres der vinden ofte blåser sterkt, og unngå vindskyggen fra terreng eller bygninger. Ideell plassering inkluderer tak på høye, vindutsatte bygninger hvor høyere hastigheter kan utnyttes. Turbinen må stå på den mest vindutsatte siden av taket. I komplekse bymiljøer er det utfordrende å identifisere beste lokasjon. Vindsimuleringer er avgjørende for å forstå lokale forhold og finne optimale plasseringer. Dette har jeg forsket på i doktorgradsprosjektet, forteller han.

4. Hva er viktigst for å oppnå optimal utnyttelse av vindenergien?

– Plassering av vindturbiner har stor innvirkning på energiproduksjonen. Vindsimuleringer er avgjørende. Det er viktig å ha en plan for hvordan energien skal brukes – inkludert om energien skal brukes i ett eller flere bygg eller tilkobles strømnettet. Kan turbinen produsere mer strøm enn forbruket uten kobling til strømnettet, bør den kobles til et batteri eller en overskuddsbelastning. Turbinene kan generere støy og vibrasjoner som påvirker innbyggernes livskvalitet og kan ha negativ visuell påvirkning på bylandskapet.

5. Hva bør forskningen fokusere på framover?

– Bedre forståelse av vindforholdene i urbane miljøer gjennom felttesting og avanserte simuleringer, som innebærer å studere hvordan bygninger og andre strukturer påvirker vindmønstre og energiutbytte. Hvordan designe vindturbiner for å yte best under urbane vindforhold. Inkludert utvikling av turbiner som håndterer vindretninger og -styrker mer effektivt.

– Simuleringer i byer ved bruk av numerisk strømningsdynamikk (CFD) er ressurskrevende og forenkles til å løse tidsgjennomsnittlige likninger. For å øke nøyaktigheten, spesielt for å beregne vindlaster fra vindkast, er tidsavhengige simuleringer nødvendige. Dette er mulig med mer tilgjengelig og rimeligere dataprosesseringskraft. Mye forskning pågår for å predikere vindforhold ved å trene opp KI-modeller med data fra CFD-simuleringer. Omfattende trening kreves, men kan gi raskere og mer brukervennlige simuleringer for industrien når KI-modellene først er trent opp.

Artikkelen ble først publisert i TU-magasinet, nr. 3/2024