Räkna med vindkraft

Med lägre underhållskostnader och högre produktionskapacitet kan vindkraft bli allt mer konkurrenskraftig som energikälla. Stefan Ivanell och hans forskare använder avancerad matematik och Sveriges näst snabbaste dator för att räkna ut hur det ska gå till.

Universitetslektor Stefan Ivanell är chef för Uppsala universitets vindenergiavdelning som är placerad på Campus Gotland. Här finns tjugo anställda som bland annat söker svar på hur vinden rör sig när den passerar en eller flera vindkraftverk.

– Flera vindkraftverk i en park påverkar varandra och då måste man förstå hur luften rör sig genom parken för att kunna producera energi så billigt som möjligt, berättar Stefan Ivanell.

Många faktorer spelar in, avståndet mellan vindkraftverken och de förhållanden som råder just där de är placerade. Vinden rör sig på olika sätt till havs, på öppna fält och i skog.

De svenska skogarna är särskilt intressanta. De är vidsträckta, erbjuder bra vind och krockar inte i samma utsträckning med andra intressen om marken.

– Därför är det resurs- och kostnadseffektivt att bygga vindkraft i skogen. Men i skogen blåser vinden inte lika konstant som till havs. Turbulensen gör att vindkraftverken slits mer. Dessutom är de ursprungligen byggda för vindförhållanden i öppna landskap, berättar Stefan Ivanell.

För att kunna anpassa vindkraftverken till den svenska skogen behöver forskarna väga samman flera faktorer. Topografin och dess lutning spelar in liksom atmosfärens temperatur. Om temperaturen sjunker kraftigt med ökande höjd skapas stora luftrörelser både vertikalt och horisontellt.

Utöver detta vill forskarna ha svar på hur den så kallade vindskjuvningen ser ut just där vindturbinen är placerad.

– Skjuvningen är en vindkurva som är noll vid marknivån och sedan ökar ju längre upp man kommer. Turbinen bör placeras där vinden är som starkast och kommer från en rak vinkel. Skjuvningsvinkeln varierar mycket i skogen och är därför svår att beräkna.

För att räkna fram rätt värden konstruerar forskarna simuleringsmodeller som matas med data från mätstationer. Sedan skickas stora mängder information för databeräkningar som görs av Sveriges näst snabbaste dator i Linköping. Den är stor som en serverhall och utrustad med 16 000 processorer. Ändå tar det ett par dygn att få beräkningarna utförda.

– Med korrekta data kan vi optimera var vi placerar vindkraftverken i den svenska skogen. Det gör att deras underhållskostnader sjunker samtidigt som livscykeln förlängs avsevärt, berättar Stefan Ivanell.

De flesta är överens om att den oändligt utvinningsbara vindkraften har framtiden för sig. Ändå svarar bara vindkraft för cirka 10 procent av den energi vi förbrukar i Sverige.

– Både politiker och industrin vill satsa på förnybar energi. Men det saknas lönsamhet eftersom de energikällor som ska fasas ut fortfarande drar ned elpriset då det idag sker en överproduktion, säger Stefan Ivanell.

Överskottet leder till billig el och gör att en bred satsning på förnybar energi inte ökar så snabbt som det behövs för att begränsa klimatförändringar. Det märks också i de begränsade forskningsanslagen.

– Självklart önskar jag mig mer långsiktighet när det gäller både politisk styrning, forskningsanslag och investeringsstöd. Jämfört med andra energislag ligger vi efter.

Stefan Ivanell tror ändå starkt på vindkraftens utveckling.

– Den är inte bara ett av de billigaste sätten att få fram förnybar energi. Globalt kommer den att spela en stor roll för att lösa energiproblematiken.

I dag samarbetar bland annat Sverige, Danmark och Tyskland kring placering av vindparker till havs. Stefan Ivanells grupp deltar också i flera europeiska och internationella forskningssammanhang.

– Vi behöver samarbeta kring många olika frågor. Just nu deltar vi i ett EU-projekt som ska skapa en vindatlas med kompletta data för att få bättre koll på vindförhållanden i Europa över tid.

Ett annat exempel är forskning kring hur vinden rör sig i en enorm vindtunnel mellan Holland och Tyskland. Här pågår test, analyser och modellering.

– Det är dyra men viktiga test. När jag var där senast konstaterade vi att en sekund i tunneln kostade lika mycket som lunchen.

Sedan flera år tillbaka är Stefan Ivanell bosatt på Gotland. Här kan han glädja sig åt att vindkraften svarar för ungefär 50 procent av elförsörjningen.