Det man kanske inte tänker på när det blåser ute är att dessa vindar innehåller stora mängder med energi. Luftens massa är ungefär ett kilo per kubikmeter och eftersom det är en massa så innehåller vinden rörelseenergi. Det vanligaste sättet att använda vindens rörelseenergi är att fånga upp den med någon typ av turbin som får en axel att rotera. Axelrotationen kan sedan användas till att driva en generator i ett vindkraftverk eller till någon typ av mekaniskt arbete. Generatorn i ett vindkraftverk består av en rotor och en stator. Rotorn består av permanentmagneter eller en lindning som avger ett magnetfält när rotorn sätts i rörelse av vindturbinen. Magnetfältet rör sig sedan genom den stationära statorns lindningar och det induceras spänning.
Anledningen till att det finns sådana krafter i vinden är att vindens effekt är proportionell mot vindens hastighet i kubik. Det här innebär att när vindens hastighet fördubblas kommer effekten öka åtta gånger. Det är just av denna anledning varför det är så viktigt att placera ett vindkraftverk där det råder optimala vindförhållanden.
Vindens effekt beräknas på följande sätt:
När vindens hastighet fördubblas, ökar
effekten 8 gånger.
Källa: Faktablad CVI
Eftersom energi inte kan nyskapas eller förstöras utan enbart omvandlas är det i vindturbinen
rörelseenergin som omvandlas genom att bromsa vinden. För att kunna omvandla all rörelseenergi i vinden måste den bromsas upp helt men detta fungerar tyvärr inte i en vindkraftsturbin. Vinden måste kunna passera rotorn och sedan kunna ha någonstans att ta vägen, annars skulle vinden passera förbi rotorn. Effektiviteten i vindens energi avgörs av hur stor del av vinden som bromsas upp av rotorn. Bromsas vinden för mycket eller för lite kommer energin att utnyttjas dåligt, det gäller därför att hitta en bra balans. Vindkraftverkens rotor är en friströmsturbin till skillnad från turbinerna i ett vattenkraftverk som omges av väggar och på så sätt kan utnyttja nästan 100 % av rörelseenergin. Turbinen hos ett vindkraftverk är som mest effektivt då vinden bromsas upp med en 1/3 vid rotorn och lika mycket efter rotorn. Rotorn bromsar då upp den ostörda vinden till 2/3 som sedan bakom rotorn minskar till 1/3. På det här sättet kan man få ut maximal effekt ur vinden vilket motsvarar 59 % av vindens energiinnehåll.
Anledningen till att vindkraftverken byggs så höga är att vindens hastighet ökar i regel med höjden. För att avgöra hur stor hastigheten är på olika höjder brukar man använda sig av terrängens råhet. Ju högre råhet terrängen har desto lägre vindhastighet fås ut.
Vindens hastighet i förhållande till höjden
Vindhastigheten brukar delas in i tre olika typer av faser när det gäller vindkraften. Startvind kallas den vindhastighet då vindkraftverket börjar producera el, vindhastigheten ligger då normalt runt 3-5 m/s. Märkvind är den vindstyrka då vindkraftverket producerar maximalt, vindhastigheten är då 12-16 m/s. Vid stoppvind stoppas vindkraftverket för att vindstyrkan är för kraftig. Detta sker runt 25 m/s.
Källor:
Wizelius, Tore, 2002, Vindkraft i teori och praktik. Studentlitteratur, Lund
Faktablad CVI
http://vindkraftskurs.se/wp/files/kursmaterial/modul1/faktablad2.pdf
Bildkällor:
http://www.acc.umu.se/~ingemar/pictures/rahetsklass4.jpg