Framtidens vindkraftverk förbereds för extrem kyla

Uljabuouda vindkraftspark ligger på 780 meters höjd på ett kalfjäll, där den genomsnittliga vindhastigheten är 8,4 meter per sekund, och var då den togs i drift 2010 en av de första vindkraftsparkerna som byggdes ovanför trädgränsen. För att de ska kunna fungera vid temperaturer på minus 30 grader Celsius är vindkraftverken i parken specialbyggda. Foto: Patrick Degerman/Skellefteå kraft

Potentialen för landbaserad vindkraft är stor i områden med kallt klimat, men de låga temperaturerna innebär samtidigt att det krävs teknik som är pålitlig och väl testad. Ett nytt testcenter på Uljabuoudafjället i Arjeplogs kommun ska välkomna aktörer från den globala vindkraftsindustrin och ge dem möjlighet att sätta sina nya vindkraftverk och andra komponenter på prov under riktigt kalla och isiga förhållanden.

Text: Alarik Haglund

Större delen av de vindkraftverk som finns står idag på land och det är även den landbaserade vindkraften som växer snabbast. Detta beror till stor del på att kostnaden för att bygga och underhålla landbaserade vindkraftverk är lägre än för havsbaserade vindkraftverk.

Av den totala vindkraftskapaciteten i Europa, som vid årsskiftet 2019/2020 uppgick till cirka 205 gigawatt, utgörs omkring 90 procent av landbaserad vindkraft och 10 procent av havsbaserad vindkraft. Under 2019 var den nya vindkraftskapacitet som installerades i Europa cirka 15,5 gigawatt, varav omkring 76 procent var landbaserad vindkraft.

I Sverige har den landbaserade vindkraften en ännu mer dominerande position och vid årsskiftet 2019/2020 utgjordes ungefär 98 procent av den totala installerade kapaciteten på cirka 9 gigawatt av landbaserad vindkraft. Hela den nya vindkraftskapacitet på cirka 1,6 gigawatt som installerades i Sverige under 2019 var också landbaserad.

Utbyggnad i norr

Utbyggnaden av den landbaserade vindkraften i Sverige sker till största delen i de norra delarna av landet och både i Sverige och övriga världen har områden med kallt klimat stor potential när det gäller vindkraft eftersom de både är mindre tätbefolkade och har starka vindar.

Att placera vindkraftverk i kallt klimat medför ett antal utmaningar som man inte behöver ta hänsyn till i varmare klimat. Till exempel kan man bli tvungen att stänga ner vindkraftverken för att undvika skador på utrustningen och det kan vara svåra att komma fram till vindkraftverken för att utföra underhåll.

Ett av de främsta problemen som drabbar vindkraftverk i kallt klimat är nedisning. Om det bildas is på vindkraftverkens rotorblad kan det nämligen leda till både produktionsbortfall på grund av försämrad verkningsgrad och ökad påfrestning på rotorbladen.

I takt med att tillverkarna blivit mer medvetna om den negativa påverkan som kallt klimat kan ha har vindkraftverken blivit bättre utrustade för att hantera kyla. Till exempel har många vindkraftverk i kallt klimat idag system för att förebygga isbildning, med hjälp av bland annat vattenavvisande beläggningar, eller avlägsna is från rotorbladen, genom att värma upp dem.

Tekniken fortsätter emellertid att utvecklas och för att avgöra vilka lösningar som ger bäst resultat och är mest kostnadseffektiva under olika förhållanden och för olika typer av vindkraftverk behövs det mer forskning.

 

bild
Både i Sverige och övriga världen har områden med kallt klimat stor potential när det gäller vindkraft eftersom de både är mer glest befolkade och har starka vindar. Foto: Pixabay

Testcenter i verklig miljö

Forskningsinstitutet RISE håller tillsammans med bland andra Skellefteå kraft på att etablera ett nytt testcenter för vindkraft i kallt klimat, dit vindkraftsaktörer kan komma för att testa sina vindkraftverk och andra komponenter i en verklig miljö.

Förutom RISE och Skellefteå kraft deltar även organisationen Vindkraftscentrum, innovationsmyndigheten Vinnova, forskningscentret SWPTC (Swedish Wind Power Technology Centre), Vattenfall och Nederländernas största energiforskningsinstitut ECN (Energy Research Centre of The Netherlands) i satsningen. Testcentret Cold Climate Test Center är beläget i vindkraftsparken Uljabuouda i Arjeplogs kommun, där det finns historiskt dokumenterade utmaningar med kalla temperaturer och nedisning.

- Uljabuouda är den perfekta platsen för att testa vindkraftverk i kallt klimat. Förutom klimatet, som är den avgjort viktigaste anledningen, så finns det redan vindkraftverk på platsen. Det underlättar etableringen och innebär att det finns värdefulla drift- och klimatdata bakåt i tiden som vi kan utnyttja i testverksamheten, säger Stefan Ivarsson, som är enhetschef inom förnybar energi hos RISE.

Unik vindkraftspark

Uljabuouda vindkraftspark, som ägs av Skellefteå kraft, togs i drift 2010 och var en av de första vindkraftsparkerna som byggdes ovanför trädgränsen. Vindkraftsparken, som består av 10 vindkraftverk med en totalhöjd på 125 meter och en rotordiameter på 90 meter, har en sammanlagd kapacitet på 30 megawatt och den årliga elproduktionen uppgår till 80 gigawattimmar, vilket motsvarar elförbrukningen för drygt 3 000 eluppvärmda villor.

Tack vare att vindkraftsparken ligger på ett kalfjäll på 780 meters höjd över havet, där den genomsnittliga vindhastigheten är 8,4 meter per sekund, är förutsättningarna för vindkraft goda, men de extrema väderförhållandena på fjället innebär samtidigt att vindkraftverken måste vara speciellt utformade för att klara av det kalla klimatet. Bland annat är de försedda med en inbyggd huvudtransformator och en robust planetväxellådan, som tillsammans med ett system för uppvärmning av oljorna i vindkraftverken hjälper till att öka driftsäkerheten. Tornen har också byggts av en speciellt anpassad ståltyp. 

För att förhindra isbildning på rotorbladen är vindkraftverken dessutom utrustade med ett effektivt avisningssystem, som utvecklats i samarbete med Energimyndigheten. Så fort det finns risk för isbildning registreras det av systemets issensorer och en tunn kolfiberväv i rotorbladen värms upp, så att ingen is hinner bildas.

Allt detta betyder att vindkraftsparken ska kunna fungera vid så låga temperaturer som minus 30 grader Celsius och att den inte ska ta skada ens vid temperaturer på minus 40 grader Celsius.

 

bild
I samband med att Uljabuouda vindkraftspark utvecklas till ett testcenter för vindkraft i kallt klimat, dit vindkraftsaktörer från hela världen kan komma för att testa sina vindkraftverk och andra komponenter i en verklig miljö, kommer parkens 10 befintliga vindkraftverk, med en höjd på 125 meter, att bytas ut mot framtida modeller som ska testas och som kan vara upp till 330 meter höga. Foto: Patrick Degerman/Skellefteå kraft.

 

Välkomnar aktörer från hela världen

I april 2020 kom klartecknet från länsstyrelsen i Norrbotten att utveckla Uljabuouda vindkraftspark till ett fullskaligt testcenter. Syftet med testanläggningen är att utveckla både teknik och kunskap som kan bidra till omställningen mot ett 100 procent förnybart samhälle i landets norra regioner och kommuner, men den kommer även att fungera som en testbädd för hela den globala vindkraftsindustrin. Genom att låta vindkraftsaktörer från hela världen testa teknik som ska klara av kalla och isiga förhållanden är förhoppningen att såväl teknik som drift och underhåll för vindkraftverk ska fortsätta att utvecklas på platser där vindresurserna är goda, men kalla temperaturer och nedisning ställer till problem.

- Det här är ett viktigt område för oss. Det finns stora områden och mycket energi i vinden. Men så finns det också utmaningarna i den kalla miljön. Att då kunna bjuda in till exempel turbintillverkare som får testa sina produkter under kontrollerade former är viktigt för att hitta lösningar, säger Jörgen Svensson på Skellefteå kraft.

Tanken är att de befintliga vindkraftverken i vindkraftsparken med tiden ska ersättas av de nya vindkraftverk som ska testas och det kommer att kunna byggas vindkraftverk med en höjd på upp till 330 meter på platsen.

- Vi plockar gärna ner några av våra turbiner och erbjuder operatörerna att testa framtida modeller så att de kan verifiera prestanda och funktion i ett kallt klimat, säger Stefan Skarp, som är chef för vindkraften på Skellefteå kraft.