Examensarbete
Energiingenjör - förnybar energi | 180,0 hp
Småskalig vindkraft
En förstudie åt AirSon Engineering AB
Energiteknik 15 hp
Halmstad 2020-05-31
Jesper Eriksson och Joel Glans
Abstract
The company Airson Engineering AB has an office building on their property in Ängelholm, Sweden, with an integrated roof slope. The purpose of the slope is to improve the
preconditions for a small-scale wind turbine in accession. AirSon desired both an evaluation of the appointed locations prerequisites, and possible installations. While focusing on economic benefits, electricity production and Public Relations.
By simulating how the wind flow was influenced by the building in the program RWIND, the result showed that the wind that hits the slope indeed accelerates. After this, the project continued with a frequency analysis of the wind.
To give AirSon a greater basis for an eventual investment, the market was analyzed. Possible risks, important knowledge to have before an investment and the legal framework was documented.
Six possible wind turbine installations were analyzed. Three of them had vertical axes and three of them had horizontal axes. The size of the wind turbines in both categories ranged from 3kW to 10kW. All turbines were manufactured by Aeolos Wind Turbine.
In the case of AirSon, a small-scale wind turbine installation is ultimately not recommended.
The slope accelerates the wind by approximately 30%, but that’s not enough to make an investment economically profitable.
For someone who is not well acquainted with the subject, the small-scale wind turbine market can be treacherous. It is important for consumers to thoroughly analyze possible options and to have a critical mindset, to reduce the risk unnecessary complications. This report tackles this issue as well and provides advice for possible consumers.
Sammanfattning
Företaget AirSon Engineering AB har ett kontor på sin tomt i Ängelholm med en backe integrerad i byggnadens tak. Backen gjordes för att främja eventuell småskalig vindkraft i anslutning till kontoret. AirSon önskade en evaluering av den valda platsen och utvärdering av möjliga installationer. Detta med fokus på ekonomi, produktion och Public Relations.
Genom att simulera hur vinden agerade med byggnaden i programmet RWIND, visade resultatet att vinden som träffade backen accelererades. När detta var känt fortgick arbetet med en frekvensanalys av vindhastigheten, samt en sammanställning av vindriktningarna.
För att ge AirSon mer underlag till en hypotetisk installation undersöktes marknaden
småskalig vindkraft som helhet. Möjliga risker, viktiga saker att tänka på innan investering i en anläggning och regelverk i Sverige har dokumenterats.
Totalt analyserades sex möjliga installationer åt AirSon. Tre av dem hade vertikalaxlad turbin och tre av dem hade horisontalaxlad turbin. Storleken på vindkraftverken i de båda
kategorierna var 3 kW, 5 kW och slutligen 10 kW. Tillverkaren av samtliga turbiner var företaget Aeolos Wind Turbine.
I AirSons fall rekommenderas inte en installation i anslutning till kontoret. Vinden som träffar backen från sydväst accelererar sin hastighet med ca 30 %, men det är inte tillräckligt för att göra en installation ekonomisk lönsam. Inget av de undersökta installationerna hade en ekonomisk vinst över 20 år med rådande elpris.
Marknaden är svår och det finns olika typer av installationer att välja mellan. För en person som inte är speciellt insatt i ämnet är det lätt att bli överväldigad. Installationer på platser där det inte råder goda förutsättningar för vindkraft har lett till att marknaden fått en negativ klang. I branschen finns det risk att tillverkare redovisar effektkurvor som deras turbiner inte kan nå upp till i verkligheten. Försäljare av turbiner behöver ta sitt ansvar precis som
eventuella konsumenter. Genom att som konsument lägga ner tid på analys och ha kritiskt tänkande, minskar risken för onödiga komplikationer.
Förord
Det här examensarbetet markerar vårt avslut på utbildningen Energiingenjör med inriktning förnybar energi på Högskolan i Halmstad. AirSon gav oss möjligheten att arbeta med ett mycket intressant projekt, vilket vi tackar dem för. Vi vill även tacka dem för deras
kontinuerliga stöd och insikt under projektets gång. Ett annat företag vi vill tacka är Aeolos Wind Turbine för alla frågor de besvarat. Sist men inte minst vill vi tacka vår handledare Erik Möllerström för all hjälp och värdefulla råd, samt Dino och Oliver för en utmärkt opponering.
Jesper Eriksson & Joel Glans Halmstad, 2020-05-31
Innehållsförteckning
1.Inledning ... 1
1.1 Syfte och mål ... 1
1.2 Avgränsningar ... 1
2. Teori ... 2
2.1 Betz lag ... 2
2.2 Olika typer av verk ... 2
2.2.1 Horisontalaxlade vindkraftverk... 2
2.2.2 Vertikalaxlade vindkraftverk ... 3
2.2.3 Jämförelse mellan horisontal- och vertikalaxlade verk... 4
3. Bakgrund ... 5
3.1 Småskalig vindkraft ... 5
3.1.1 Marknaden i Sverige ... 5
3.1.2 Utveckling ... 5
3.2 Användningsområden ... 6
3.3 Att tänka på innan investering i en anläggning ... 6
3.4 Vindkraftverk i urban miljö ... 8
3.5 Produktion ... 8
3.6 Ekonomin för ett vindkraftverk ... 10
3.7 Regelverk i Sverige ... 11
3.7.1 Miniverk ... 11
3.7.2 Gårdsverk ... 12
4.Metod ... 13
4.1 Litteraturstudie ... 13
4.2 CAD ... 13
4.3 Vindflöde ... 13
4.4 Frekvensanalys ... 13
4.5 Produktionskalkyl ... 13
4.6 Ekonomi ... 15
4.7 Möjliga installationer för AirSon ... 15
5.Resultat ... 16
5.1 Platsens förutsättningar ... 16
5.2 Visuell representation ... 18
5.3 Produktionsberäkning ... 19
5.3.1 windPRO ... 19
5.3.2 Produktionsanalys ... 22
5.4 Kostnad ... 23
5.5 Regelverk i Sverige ... 26
6. Diskussion och analys ... 27
6.1 Platsens förutsättningar ... 27
6.2 Marknaden ... 27
6.3 Utseende ... 28
6.4 Produktion ... 28
6.5 Kostnad ... 29
6.6 Regelverk i Sverige ... 29
7. Slutsats ... 30
8. Referenser ... 31
Bilagor ... 34
1
1.Inledning
AirSon Engineering AB är ett ingenjörsföretag lokaliserat i Ängelholm. Huvudsakligen fokuserar AirSon på rådgivning och entreprenader inom energi- och installationsteknik. Idag har de tre byggnader på sin mark benämnda HQ, Avector och CAT. CAT-huset konstruerades med fokus på att stärka förutsättningarna för ett eventuellt vindkraftverk i anslutning till byggnaden. CAT-huset är placerat i sydvästlig riktning och har en backe med lutningen 13°
inbyggd i taket. Vid den tidpunkt då kontoret ritades var tanken att lutningen skulle accelerera vindhastigheten. För att göra en installation av en mindre anläggning mer ekonomisk lönsam.
AirSon uttryckte en önskan om en utvärdering av platsen, för att därefter kunna ta beslutet om en mindre anläggning. Undersökningen åt AirSon önskar bedöma värdet av en eventuell installation. Detta med fokus på produktion, ekonomi, intressen och Public Relations.
1.1 Syfte och mål
Projektets syfte och mål är att förse AirSon med relevant information inför en eventuell installation av ett vindkraftverk på utsedd plats.
För att möta AirSons begäran har följande frågeställningar besvarats:
● Hur ser marknaden ut för småskalig vindkraft?
● Vad är viktigt tänka på innan en installation?
● Vilka regler och krav ställs för den eventuella installationen?
● Hur är förutsättningar för vald plats?
● Hur skulle en eventuell installation i anslutning till kontoret se ut?
● Hur mycket energi kan ett eventuellt vindkraftverk förväntas utvinna på önskad plats?
● Vad har installationen för ekonomiska förutsättningar?
1.2 Avgränsningar
Det finns olika tillverkare av små vindkraftverk över hela världen. Att gå igenom dem alla är en orimlighet. En handfull tillverkare undersöktes och utvärderades under projektets gång, men rapporten behandlar endast vindkraftverk tillverkade av Aeolos Wind Turbine. Främsta anledningen till beslutet grundas i att de tillverkar både horisontalaxlade och vertikalaxlade vindkraftverk, samt de kändes mer professionella än andra alternativ.
2
2. Teori
I teoridelen berörs vilka typer av vindkraftverk som används idag och hur dessa står jämte varandra. Både fördelar och nackdelar presenteras samt hur de olika typerna utvinner energi från vinden.
2.1 Betz lag
Den energi som finns i vinden är rörelseenergi. Rörelseenergin fångas upp av en turbin, vilket får den att rotera. All energi som finns i vinden är omöjlig för en turbin att utvinna. Vore det möjligt hade påföljden varit att vinden bakom verket övergått till stationär. En tysk fysiker vid namn Albert Betz formulerade år 1919 en formel. Betz kom fram till att utbytet av energi är som störst när vinden bakom verket bromsas till en tredjedel. En ideal turbin kan då utvinna 16/27 delar eller 59,3 procent av energin som finns i vinden, den har med andra ord en effektkoefficient på 59,3 procent (Sidén, 2009). Hur effektivt rörelseenergin i vinden kan tillgodoses förändras beroende på vilken typ av turbin som används (Wizelius, 2015).
2.2 Olika typer av verk
Klassificering av vindkraftverk kan göras efter storlek, funktion och konstruktion (Wizelius, 2015). Sedan människan kom underfund med att det fanns energi att utvinna ur vinden, har olika maskiner formats och designats. En del av dem har nått kommersiell framgång, medan andra varianter inte har lyckats. Oavsett att det finns flera sätt att klassificera vindturbiner är den mest vedertagna indelningen, horisontalaxlade och vertikalaxlade maskiner. Indelningen grundar sig på vilken vridning rotationsaxeln har (Sathyajith, 2006).
2.2.1 Horisontalaxlade vindkraftverk
Horisontalaxlad snabblöpare är idag den vanligaste typen av vindkraftverk. Dock finns även andra typer. Horisontalaxlade vindkraftverk kan delas in i två underkategorier. De som har rotorn i lovart och de som har rotorn i lä. Indelningen anger om rotorn är placerad på vindsidan eller om den är placerad bakom tornet. Vindkraftverk med rotorn i lovart är vanligast och är tillämpad i alla typer av horisontalaxlade verk. Benämningen på typerna är väderkvarnar, vindhjul och snabblöpare. Förekomsten av anläggningar med rotorn i lä anträffas betydligt mer undantagsvis. Avsikten med att ha rotorn i skydd mot vinden var att vindkraftverket på egen hand skulle ställa in sig mot vindriktningen. I praktiken fungerade denna idé inte lika bra som i teorin. Prototyper på vindkraftverk med rotorn i lä har genererat effekter upp mot megawattområdet. På 1800-talet förekom också vindhjul som hade rotorn i lä. Den horisontalaxlade snabblöparen är det vanligaste vindkraftverket eftersom det är det mest effektiva. Emellertid finns användningsområden för vindhjul. En fördel vindhjul har över snabblöparen är ett bättre startmoment, eftersom bladen täcker en större del av svepytan (Wizelius, 2015). Exempelbild på ett horisontalaxlat vindkraftverk visas i figur 1.
3
Figur 1. Exempelskiss på ett horisontalaxlat vindkraftverk.
2.2.2 Vertikalaxlade vindkraftverk
En vertikalaxlad turbin är en simpel konstruktion och brukar delas in i två huvudkategorier.
Den första kallas för Savonius och utvecklades av Sigurd Savonius (Gupta, Biswas, &
Sharma, 2008). Savoniusrotorn brukar ofta ses som den billigaste och mest simpla modellen av vertikalaxlade vindturbiner (Nasef, El-Askary, Abdel-Hamid, & Gad, 2013). Den andra varianten som också roterar vertikalt är en turbin av modellen Darrieus. Konceptet för rotorn togs i patent av Georges Jean Marie Darrieus år 1927. Jämförs exemplaren så skiljer de sig åt i hur de påverkas av vinden. En Savoniusrotor roterar framförallt på grund av den dragkraft som uppstår då vinden passerar, medan en Darrieus istället nyttjar lyftkraften (Daróczy, Janiga, & Thévenin, 2016). Det har gjorts försök att kommersialisera storskaliga vertikala vindkraftverk, men det har inte fått genombrottet som eftersökes. Anledningarna till detta tros ligga i en lägre hållbarhet, att det redan finns tillverkare av kostnadseffektiva horisontalaxlade verk och brist på investerare. Även om vertikalaxlade vindkraftverk inte lyckat konkurrera med horisontella när det gäller större anläggningar, finns det ett intresse av att istället nyttja dem för småskaliga applikationer (Möllerström, Gipe, Beurskens, & Ottermo, 2019).
Exempelbild på ett vertikalaxlat vindkraftverk visas i figur 2.
4
Figur 2. Exempelskiss på ett vertikalaxlat vindkraftverk.
2.2.3 Jämförelse mellan horisontal- och vertikalaxlade verk
Horisontalaxlade turbiner är den dominerande i dagens samhälle. Tack vare att
energieffektiviteten är högre för horisontella turbiner, resulterar det i en högre energiutvinning och minskad kostnad per genererad kWh. Vertikalaxlade turbiner har visat sig användbara i områden där horisontalaxlade inte kan nyttjas till full kapacitet. En högre energieffektivitet kan uppnås av horisontalaxlade vindkraftverk, men det sker endast om vindens energikvalitet är hög. Innebörden av det är att horisontalaxlade turbiner kan påverkas mer negativt i
områden där det råder hög turbulens, stora variation i vindriktning och variation av vindhastighet. I områden där kärvare förutsättningar råder, har turbiner som är designade vertikalt möjligheten att prestera bättre (Pope, Dincer, & Naterer, 2010).
Där turbulensen är hög tenderar anläggningar att ha en kortare livstid då turbulensen är den främsta orsaken till att verk går sönder. Vid låga vindhastigheter är turbulensen dock en fördel, i alla fall ur ett rent effektmässigt perspektiv. Enligt artikeln “Turbulence influence on wind energy extraction for a medium size vertical axis wind turbine” där ett vertikalaxlat verk jämfördes med ett horisontalaxlat, var resultatet att den vertikalaxlade turbinen var bättre på att ta till vara på turbulenta vindar (Möllerström, o.a., 2016). Överlag börjar vertikalaxlade turbiner utvinna energi vid lägre vindhastigheter (Lee, Lee, & Lim, 2016).
En vertikalaxlad turbin har sin rotor installerad vertikalt mot marken. På grund av det är den inte beroende av vindriktningen, vilket en horisontell turbin är (Kim & Cheong, 2015). En annan skillnad är att vertikalaxlade vindkraftverk har visat sig vara tystare än ett
horisontalaxlat vindkraftverk av motsvarande storlek. En av anledningarna antags vara på grund av att vertikalaxlade verk har lägre spetshastighet (Möllerström, Ottermo, Hylander, &
Bernhoff, 2015). Trots att vertikala verk har möjligheten att prestera bättre i turbulenta områden, utsätts de för påfrestningar av vindens varierande angreppsvinklar. Konsekvensen
5
blir aerodynamiska problem och slitage. Till följd av att horisontalaxlade turbiner roterar horisontellt är angreppsvinkeln relativt konstant, vilket innebär att samma problem med aerodynamiken inte uppstår (Tjiu, Marnoto, Mat, Ruslan, & Sopian, 2015).
I enlighet med artikeln “Energy and exergy efficeny comparison of horizontal and vertical axis wind turbines” finns dock ingen tydlig metod för hur horisontella och vertikalaxlade turbiner ska jämföras i olika vindförhållanden (Pope, Dincer, & Naterer, 2010).
3. Bakgrund
Innan en investering i en eventuell installation, finns det faktorer att vara medveten om. Det krävs kunskap från konsumentens sida och i detta kapitlet presenteras information, som investerare bör vara medvetna om.
3.1 Småskalig vindkraft 3.1.1 Marknaden i Sverige
Det finns ingen bestämd definition av vilka anläggningar som klassificeras som småskalig vindkraft. Frekvent brukar vindkraftverk med en märkeffekt på 100 kW eller lägre ses som tillhörande begreppet. Konsekvensen av att det inte finns en bestämd definition blir en stor variation. Till följd av det kan vindkraftverken i kategorin småskalig vindkraft behandla allt från små vindrosor på hustak till 50 meter höga gårdsverk (Ruin, 2017).
Marknaden i Sverige för småskalig vindkraft är minimal. Både utbudet och efterfrågan är låg.
Svensk Vindkraftförening gjorde 2017 i samarbete med Energimyndigheten en
marknadsöversikt av små vindkraftverk i Sverige. Ändamålet med undersökningen var att ge en överblick av utbudet på den svenska marknaden. Tre svenska tillverkare och två övriga leverantörer inkluderades. Svensk Vindkraftförening hävdar att de känner till fler tillverkare, dock inte hur många. Enligt Svensk Vindkraftförening är certifiering av vindkraftverken frivilligt. Kontentan är att de småskaliga vindkraftverken som finns på marknaden idag, inte behöver leva upp till de produktionsvärden de hävdar. Däremot behöver vindkraftverken som säljs i Sverige vara CE-märkta, vilket innebär att tillverkaren intygar att produkten uppfyller vissa hälso- och säkerhetskrav. Till exempel Maskindirektivet (2006/42/EG), EMC-direktivet (2004/108/EG) och Lågspänningsdirektivet (2006/95/EG). Svensk vindkraft menar att det förekommer tillverkare vars produkter åtnjuter hög kvalitet. De uppger även att det anträffas tillverkare vars produkter är undermåliga och där inga krav uppfylls. För att öka sin
trovärdighet kan tillverkare certifiera sina vindkraftverk, genom tredjepartscertifiering.
Eftersom det är frivilligt finns det risker. I marknadsundersökningen var endast en av de nio redovisade vindkraftverken tredjepartscertifierade. En anledning till det kan vara att det inte ställs några krav från myndigheter att effektkurvor ska följas (Ruin, 2017).
3.1.2 Utveckling
Anledningen till att marknaden för småskalig vindkraft inte har utvecklats mer beror inte endast på faktorerna ovan, utan även på socio-politiska beslut. För att stärka marknaden behöver styrande personer ta beslut som främjar småskalig vindkraft (Heagle, Naterer, &
Pope, 2011).
6
I takt med att människor i allmänhet blivit mer miljömedvetna har intresset för förnybara energikällor ökat. En djupare förståelse av vilka negativa följder som omfattas av
växthusgaser har bidragit till att allt fler väljer att installera en mindre vindkraftsanläggning.
Antalet installationer av små vindturbiner beräknas i dagsläget att överstiga 730 000
anläggningar världen över, och kurvan pekar uppåt. Ett exempel på ett land där utvecklingen går framåt är Polen. Den polska regeringen har infört ett system som innebär att ägare av vindkraftverk i storleken 3 kW är garanterade ett pris på ca 0.19 Euro för varje såld kWh.
Prisgarantin varar i 15 år. Väljs en installation som befinner sig inom storleken 3–10 kW kan priset för såld el uppgå till 0.18 Euro/kWh. Till följd av beslut av denna typen kan
utvecklingen av småskalig vindkraft fortsätta att gå framåt (Bukala, o.a., 2015).
3.2 Användningsområden
Ett vindkraftverks användningsområde kan delas in i två huvudkategorier. On-grid och off- grid. Skillnaden mellan dem är att on-gridsystem är kopplade till elnätet och off-gridsystem ofta är kopplade till ett begränsat lokalt system.
Off-grid system kräver ingen etablerad infrastruktur av ledningar för att fungera.
Anläggningar installeras för att försörja bland annat husvagnar, båtar, avlägsna stugor och även för att pumpa vatten på avlägsna platser (European Wind Energy Association, 2009).
Användningsområdet kan variera då en anläggning inte alltid behöver omvandla energin i vinden till elektricitet. Genom att nyttja energin som en anläggning genererar för att direkt värma vatten i en bostad, förloras inte den energi som annars försvinner i AC/DC/AC omvandlingen, som görs för att få rätt frekvens på spänningen (Bukala, o.a., 2015). För anläggningar installerade off-grid finns den främsta potentialen i utvecklingsländer, där en etablerad infrastruktur av ledningar ofta saknas.
On-grid system används oftast i områden med ett redan etablerat elnät, där off-grid system inte behövs. Det är det vanligaste systemet i industriländer. Ofta är vindkraftverken
installerade i bostadsområden och industriområden, men även i stadsmiljöer. Då är det vanligt att de integreras i byggnader (European Wind Energy Association, 2009).
För att göra en mindre anläggning mer effektiv brukar den kombineras med andra
energikällor. En vanlig kombination brukar bestå av en vindturbin och solceller. Genom att kombinera fler energikällor stabiliseras energiutvinningen (Abraham, 2014). En installation som används off-grid och genererar el till avlägsna stugor brukar kombineras med en
dieselgenerator. För stugor som endast drivs av dieselgeneratorer är det ekonomiskt lönsamt att installera ett vindkraftverk, och använda vindenergi som primär energikälla. Samtidigt som dieselgeneratorn ger möjligheten till stabil reservkraft (European Wind Energy Association, 2009).
3.3 Att tänka på innan investering i en anläggning
Att försöka lansera små vindkraftverk som om de vore lika enkla att nyttja som solpaneler är missvisande. För att en eventuell installation ska fungera på ett gynnsamt sätt är det mycket att tänka på. En sådan säljstyrning tenderar att leda till missnöjda kunder som hävdar att installationen inte fungerar. Kort sagt krävs det mer av konsumenteten för att göra en installation lönsam, jämfört med att installera solpaneler.
7
Tillverkare av mindre anläggningar måste inse att det finns platser som är lämpade för
användningen av småskalig vindkraft, och platser där de inte fyller någon funktion. Genom att endast fokusera på försäljning av turbiner och inte lägga vikt på att göra marknaden mer tilltalande för allmänheten, finns risken att anläggningar inte nyttjas på bästa sätt. Paul Gipe, författaren av boken ”Wind Power”, anser att marknaden borde lägga fokus på att utvinna förnybar energi och inte endast fokusera på försäljning. Gipe menar även att ansvaret inte endast ligger på försäljare. Kunder behöver inse att livslängd, pålitlighet och lågt underhåll är något som inte kommer gratis. Eventuella köpare måste vara kritiska mot produkter, då de tenderar att inte prestera så bra som tillverkarna själva hävdar. För att en eventuell anläggning ska fungera väl krävs det kunskap och att tid läggs ner på planeringen. Görs detta kan onödiga komplikationer undvikas (Gipe, 2004).
Ett problem är att tillverkare och planerare kan uppmana att placera anläggningar uppe på hustak. Utan en ordentlig utvärdering av byggnadens konstruktion, kan problem uppstå i samband med en sådan installation. En turbinmast utsätts konstant för olika stressfaktorer som vibrationer, vilket vanliga väggar och skorstenar inte är gjorda för att hantera. Om en
installation sker uppe på ett tak utan en grundlig genomgång, kan installationen bli ett
potentiellt hot mot säkerheten. Risken finns att påfrestningarna genererade av turbinen kan få takplattor att trilla ner, eller hela anläggningen att rasa (Stankovic, Campbell, & Harries, 2009).
Människor som arbetar i närheten av verk kan bli påverkade av lågfrekventa ljud och skuggor som förflyttar sig. I dagsläget finns det inte någon turbin som anses vara simpel att integrera in i byggnader (Müller, Chavushoglu, Kerri, & Tsuzaki, 2017). I samband med vindkraft är ljudet en faktor som tenderar att skapa problem, vilket är ett hinder som stoppar ytterligare spridning av vindkraften. Vilka ljudnivåer turbiner genererar är ett område som genomgått undersökningar i större utsträckning för stora turbiner, jämfört med små turbiner.
Konsekvensen av detta har lett till en relativt stor klyfta mellan stora och små turbiner.
I miljöer där människor ofta vistas spelar ljudnivån en viktig roll. Enligt en studie som undersökte hur det är att leva i närhet av små vindkraftverk kom man fram till följande slutsats. Personer som redan var negativa till att ha vindturbiner i närhet av sina hem, upplevde att ljuden som vindkraftverken genererade var mer påtryckande. Generellt verkar det finnas en tendens att försöka stoppa installationer när de planeras i den egna närheten.
Ofta sker ett motstånd innan personer som är negativa har en uppfattning av vilka ljudnivåer anläggningen faktiskt kommer kunna åstadkomma (Taylor, Eastwick, Lawrence, & Wilson, 2013).
I Sverige finns det olika riktvärden beträffande ljud från vindkraftverk. Enligt
Naturvårdsverket bör ljudnivån 40 dB(A) inte överskridas i bostadsområden. Riktvärdet 40 dB(A) är även det värdet som i regel används i tillståndsbeslut för vindkraftsanläggningar. I områden där ljudmiljön har en betydande roll, exempelvis skärgårdar, har riktvärdet för ljudnivån satts till 35 dB(A) (Naturvårdsverket, 2020).
För att göra småskalig vindkraft mer attraktiv för konsumenter, krävs att turbinerna klarar av stora variationer av väderförhållanden. Därför är det avgörande att turbiner utrustas med ett säkerhetssystem som gör att de håller vid höga vindhastigheter. Ifall det inte finns något som
8
bromsar turbinen vid höga hastigheter finns risken att den roterar alldeles för snabbt, vilket kan resultera i att generatorn eller lasten som är ansluten till verket tar skada. Genom olika metoder som exempelvis elektriska och mekaniska bromsar kan effektiviteten hos generatorn sänkas vid för höga vindhastigheter. För små vindkraftverk brukar elektriska bromsar vara den dominerande metoden. Anledningen är att de är billiga och enkla. Nackdelen är att det skapas ett högt vridmoment på turbinaxeln när de används. Det genereras då stora strömmar i generatorns lindningar, vilket är en stor påfrestning för hela systemet (Guerrero, Lumbreras, Diaz Reigosa, Garcia, & Briz, 2017).
3.4 Vindkraftverk i urban miljö
Trots att det finns potential för användningen av vindkraftverk i urban miljö, finns det många faktorer som måste beaktas. Vinden varierar över tid på grund av det lokala klimatet,
landskapet och vilken form byggnader har i närheten av verket. Dessa faktorer påverkar vindhastigheten och skapar turbulens. En stor anledning till att intresset för småskalig
vindkraft i urban miljö inte har spridit sig mer är på grund av bristen på säkra analysmetoder.
Faktorerna som nämndes tidigare gör det väldigt svårt att göra en säker utvärdering av vindhastigheten och energiutbytet i den typen av miljö. Metoder som vanligtvis används är frekvensanalys av vinden och analys av aerodynamiken (Yang, o.a., 2016).
I nuläget finns det omfattande kunskap gällande placeringen av större anläggningar. Kunskap av det slaget har inte lyckats spridas i samma utsträckning för mindre anläggningar.
Förklaringen är att det saknas tillräckligt med studier som beskriver hur verk ska placeras för bästa effekt i anslutning till byggnader (Toja-Silva, Peralta, Lopez-Garcia, Navarro, & Cruz, 2015).
Oberoende vilken typ av turbin som används är det svårt att förutse hur vinden kommer att agera i urbana områden. Företag som nyttjar små vindkraftsverk och stöttat marknaden har generellt genomfört investeringen på visuella grunder, samt varit intresserade av att påvisa sin miljömedvetenhet. Resultatet blir att många producerade turbiner endast konstrueras för syns skull.
Till följd av att det inte krävs någon certifiering kan tillverkare hävda att deras turbiner uppnår orimlig produktion. Installationer av anläggningar som inte lever upp till den utlovade
produktionen är en bidragande faktor till att marknaden är relativt liten jämfört med stora vindkraftverk. Även om marknaden har uppenbara svårigheter lockas människor av
möjligheten att kunna utvinna energi lokalt (Micallef & Bussel, 2018). Paul Gipe skriver i sin bok att det finns potential för att använda vindkraft i urban miljö, dock är nyttjandet av solceller mer komfortabelt (Gipe, 2004).
3.5 Produktion
När platsen för ett vindkraftverk är bestämd behöver en produktionsanalys göras. Målet är att ge en så exakt bild som möjligt, av hur mycket el som kommer genereras.
Produktionskalkylen ligger sedan till grund för den viktigaste delen i de ekonomiska beräkningarna.
9
För att kunna göra en beräkning av produktionen, behöver två saker vara kända. Det aktuella verkets effektkurva och vindens frekvensfördelning på navhöjd. Effektkurvan redovisas ofta i ett diagram och visar hur mycket effekt vindkraftverket erhåller vid en viss vindhastighet, se figur 3 för exempel.
Figur 3. Exempel på effektkurva för ett 3 kW vindkraftverk.
Ofta är det information som tillverkaren tillhandahåller och som verifieras av oberoende auktoriserade kontrollorgan. En sak som är viktig att klargöra är att effektkurvan redovisar hur mycket effekt som turbinen teoretiskt kan extrahera. Den redovisar möjlig utvinning vid optimala förhållanden, när verket är placerat i öppen terräng utan några hinder som bromsar vinden och alstrar turbulens. Effektkurvan är därför en presentation av ett scenario som sällan presenterar sig i verkligheten. Innebörden är att en anläggning troligtvis inte kommer
tillgodogöra lika mycket effekt när den faktiskt installerats på en vald plats.
När det gäller beräkningen av vindhastigheten räcker det inte att veta vindens
medelvindhastighet. Vindens frekvensfördelning måste också vara känd. Den visar hur många timmar per år en specifik vindhastighet uppnås på en specifik plats. Informationen bygger på data som antingen är uppmätt med mätmaster, SODAR eller LIDAR.För att beräkna ett vindkraftverks årsproduktion där frekvensen över vindhastigheter är känd, multipliceras antalet timmar en viss effekt uppnåddes, med effekten som anges för den hastigheten i effektkurvan. Metoden beräknar den teoretiska maximala produktionen med 100 procents tillgänglighet och utan förluster. Det är missvisande och i praktiken brukar den faktiska årsproduktionen vara tio procent lägre (Wizelius, 2015).
När en produktionskalkyl ska göras och mätutrustning inte är tillgänglig, kan lokal
vindstatistik användas (Wizelius, 2015). I Sverige finns det tusentals vindmätare runt om i landet som mäter vindhastighet och vindriktning. De flesta mäter tio meter över marken men
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Effekt[W]
Vindhastighet [m/s]
Exempel på effektkurva
10
det varierar. En del är placerade på toppen av kullar och andra på fyrar (Alexandersson, 2006). För att göra en produktionskalkyl med lokal vindstatistik, kan vindatlasmetoden användas. Vindatlasmetoden använder vinddata från en plats för att beskriva
vindförhållandena på en annan. För att det ska fungera behöver vindmätarnas vinddata räknas om till vindatlasdata. Det sker i följande två steg.
Topografi, kullar, byggnader och hinder tas i hänsyn för att räkna om vinddatan till hur den hade sett ut om vindmätaren stod helt öppet och vinden var ostörd. Det görs för att få en grundfördelning av vinden. Grundfördelningen i kombination med en annan plats
råhetsklasser (beskrivning av omgivningens landskap) kan beskriva den platsens vinddata.
Det är den här metoden de flesta vindprogrammen använder sig av, exempelvis windPRO.
Vid installationen av ett vindkraftverk behöver mer än elproduktion och kostnad tas i åtanke.
Ett vindkraftverk har även en miljöpåverkan, framförallt i form av buller och skuggor.
Följaktligen i samband med en produktionskalkyl brukar även en simulering av vindkraftverkets buller och skuggor göras (Wizelius, 2015).
3.6 Ekonomin för ett vindkraftverk
En av de viktigaste aspekterna när det kommer till installationen av ett vindkraftverk är dess kostnad. Traditionellt sett är det viktigt för en investering i vindkraftverk att vara ekonomiskt lönsam. Det är viktigt att veta hur hög investeringskostnaden är och hur stora intäkter som kommer kunna genereras. Därför utförs flera olika kalkyler innan vindkraftverket installeras för att skapa beslutsunderlag inför en eventuell investering.
Inledningsvis behöver en väl utförlig produktionsanalys göras. När produktionen är känd är nästa steg att göra en investeringskalkyl. Först kan en enkel investeringsanalys göras där schablonbelopp används. Alltså ungefärliga fasta kostnader för de diverse tjänster och produkter som kommer användas. Det görs för att få en överblick över hur mycket projektet kommer kosta och om det kommer generera en inkomst eller inte. Om det sedan bestäms att vindkraftverket ska byggas, görs en mer utförlig investeringskalkyl. Då beräknar projektören ut mer exakta siffror på hur mycket de diverse upphandlingarna kommer kosta. Bland annat kostnaden för vindkraftverket, bygge av fundament, väg och elanslutning. Den senare investeringskalkylen används också som underlag för en eventuell låneansökan.
Innan projektet kan dra igång behövs också en finansieringsplan. Privatpersoner har generellt inte de ekonomiska förutsättningarna som krävs för att själva investera i en anläggning.
Därför behövs ofta ett startkapital i form av lån. En annan lösning är att köpa vindkraftverket kooperativt där flera personer eller organisationer delar på både kostnaderna och intäkterna.
Ett vindkraftverk är en långsiktig investering och ska generera inkomst i upp till 20 år. Av den orsaken behövs en metod som beräknar investeringens avkastning, med hänsyn till
kapitalkostnader. En så kallad resultatkalkyl. Den görs ofta med annuitetsmetoden eller nuvärdesmetoden. Trots att metoderna är bra, råder en viss osäkerhet eftersom de bygger på antaganden om hur framtidens ekonomiska landskap ser ut. Bland annat hur stora räntorna, elpriserna och elcertifikaten är. Utöver annuitets- och nuvärdesmetoden brukar också pay-off
11
metoden användas. Syftet med den är att beräkna tiden tills dess att investeringen har betalat tillbaka sig. Metoden är enklare och tar inte hänsyn till kapitalkostnader (Wizelius, 2015).
För producenter av förnybar el i Sverige finns det ett ekonomiskt stöd att söka sedan 2003.
Elcertifikat implementerades för att främja tillväxten av förnybar energi och hjälpa
marknaden att stå på egna ben. För varje utvunnen MWh förnybar energi kan producenten få ett elcertifikat av staten. Certifikatet kan sedan säljas på en öppen marknad där priset bestäms av tillgång och efterfrågan. Elcertifikaten ger en extra intäkt till producenter av förnybar elproduktion, utöver försäljningen av el (Energimyndigheten, Elcertifikat, 2020)
3.7 Regelverk i Sverige
Beroende på vilket typ av vindkraftsprojekt som planeras behövs olika tillstånd. I Sverige har man valt att dela in vindkraftverk i sex olika kategorier. Den minsta kategorin är miniverk följt av kategorin gårdsverk, medelstora anläggningar, stora anläggningar, svenskt vatten och slutligen svensk ekonomisk zon (Energimyndigheten, Planering och tillstånd, 2020).
3.7.1 Miniverk
Miniverk är den minsta kategorin och är definierad efter bygglagstiftningens regler om bygglov. För att ett vindkraftverk ska klassas som ett miniverk finns det två olika krav som måste uppfyllas. Totalhöjden får inte överstiga 20 meter och rotordiametern får inte vara mer än tre meter. Genom att välja en anläggning klassificerad som miniverk kan man undgå bygglov, förutsatt att installationen tillgodoser följande punkter från plan- och
byggförordningen (2011:338).
a. är 20 meter eller lägre över markytan
b. placeras på ett avstånd från tomtgränsen som är större än kraftverkets totalhöjd c. inte monteras fast på en byggnad
d. har en vindturbin med en diameter som inte överskrider 3 meter (Energimyndigheten, Miniverk, 2020)
Figur 4. Visualisering av ett vindkraftverks totalhöjd (Boverket, 2020).
12
Figur 5. Visualisering av ett vindkraftverks rotordiameter (Boverket, 2020).
För anläggningar som uppfyller kraven för miniverk och inte behöver bygglov, finns det en anmälningsskyldighet. En anmälan om en eventuell installation ska ske till
tillsynsmyndigheten. Orsaken till anmälningsskyldigheten är att tillsynsmyndigheten behöver bedöma ifall vindkraftverket kan komma att förändra naturmiljön, på ett sådan vis att det störs. För att få information om vad som gäller för en specifik plats där ett eventuellt miniverk utan bygglov planeras, kan man kontakta den egna länsstyrelsen eller kommunen. Oavsett ifall en anläggning kräver tillstånd från en myndighet eller inte, bör grannar eller närliggande verksamheter informeras om den planerade installationen. Ägaren av ett vindkraftverk måste undersöka ifall ljudnivån från anläggningen kan påverka grannar negativt
(Energimyndigheten, Prövningsprocessen, 2020).
3.7.2 Gårdsverk
Gårdsverk är den näst minsta kategorin för indelning av vindkraftverk i Sverige. För att ett vindkraftverk ska klassas som gårdsverk krävs det att verkets totalhöjd är mer än 20 meter, men samtidigt inte högre än 50 meter över marken. Förutom kravet på höjden finns det även ett krav på rotordiametern. För gårdsverk ska denna överstiga tre meter. Planeras en
installation av en anläggning som hör till denna kategorin krävs det alltid bygglov. Ansvarig för utlåtande av eventuellt bygglov är kommunens byggnadsnämnd (Energimyndigheten, Gårdsverk, 2020).
13
4.Metod
Nedan presenteras de metoder som använts under arbetets gång, samt en förklaring på hur de har applicerats i arbetet.
4.1 Litteraturstudie
Genom att studera artiklar och böcker som varit intresseväckande för det valda området, lades en grund till området småskalig vindkraft. Detta har gjorts för att kunna få en övergripande bild av den rådande marknaden, samt vad som är viktigt att tänka på innan en installation görs.
4.2 CAD
En avbildning av huset skapades i programmet Rhino6. Den baserades på ritningar tillhandahållna av AirSon. Avbildningen användes för att skapa en bild över hur huset
tillsammans med ett vindkraftverk kan se ut. Modellen användes sedan i programmet RWIND för att simulera vindflödet runt huset.
4.3 Vindflöde
En simulering av hur vinden agerar med den valda byggnaden gjordes i programmet RWIND.
CAD-ritningen placerades i en virtuell vindtunnel som simulerar vindflödet både visuellt och numeriskt, från ena änden av vindtunneln till den andra. På så vis gavs både en synlig
påverkan och en faktisk påverkan i meter per sekund. Ursprungshastigheten på vinden ökades i steg om två, från två till åtta meter per sekund. Anledningen till denna ökning var för att få större vetskap om hur vinden interagerade med byggnaden, och hur vinden påverkades av backen.
4.4 Frekvensanalys
AirSon Engineering AB satte den 20 januari 2020 upp en vindmätare på byggnadens tak.
Mätaren levererade data till hemsidan Nemato, där den sedan sparades. Via Nemato fanns all data samlad i en Excelfil som laddades ner för utvärdering. I Excel gjordes en analys av uppnådda vindhastigheter mellan den 20 januari till och med den 20 april. Mätaren gjorde kontroller på ett intervall om fem minuter. Data som värderades var vindhastighet,
vindriktning och vindby. I Excel användes sedan informationen från mätaren för att göra ett histogram. Där x-axeln delades in i olika bins med vindhastigheter, och y-axeln antalet gånger denna vindhastighet registrerats av vindmätaren. Därefter gjordes en vindros i Excel för att redogöra fördelningen över vilken vindriktning olika vindhastigheter hade.
4.5 Produktionskalkyl
Rapporten innehåller två produktionskalkyler per vindkraftverk. En framtagen i windPRO och en med hjälp av vindens frekvensfördelning.
Genom simuleringar i windPRO kunde referensvärden för vindkraftverkens elproduktion och påverkan på omgivningen erhållas. Det som undersöktes var vindkraftverkens utvunna energi, buller och skuggor. Ingen representation av Aeolos vindkraftverk fanns i windPRO, så i simuleringarna användes vindkraftverk i liknande storlekar. För vindkraftverken med 3 kW användes ett Proven WT2500-3, för 5 kW användes ett Calorius 37–5 och för 10 kW ett SJ
14
Windpower -10. Effektkurvan för vardera vindkraftverk justerades till att efterlikna de verkliga verken. Simuleringarna utfördes på den utvalda platsen med en navhöjd på 11 m för 3 kW, 15,5 m för 5 kW och 14 m för 10 kW. Råhetsklasserna runt vindkraftverket
estimerades för att efterlikna den verkliga omgivningen. windPROs vindatlasdata är uppmätt på en mätstation mellan 1969–1988, 8,4km nordost om den faktiska platsen, på en höjd av 50 meter.
Buller- och skuggberäkningar gjordes på ett Proven WT2500-3, med vindhastigheten 8 meter per sekund. Beräkningarna gjordes endast på ett vindkraftverk för att få kännedom över hur ljudets utbredning beror på avståndet från anläggningen.
För att få en mer aktuell produktionskalkyl användes verkens effektkurvor, i kombination med den framtagna vindens frekvensfördelning enligt formel 1.
𝑃𝑡 = ∑ 𝑃 × 𝑛 × 5
60 × 8760
∑𝑣𝑣𝑚𝑎𝑥𝑛
𝑣𝑚𝑎𝑥
𝑣 (1)
𝑃𝑡 =Extraherad energi per år, P = Verkets effekt, V = Vindhastighet 𝑣𝑚𝑎𝑥= 26, n = Frekvensen av en viss vindhastighet, 5
60 = faktor för omvandling från frekvensen av en viss vindhastighet till timmar
15
4.6 Ekonomi
AirSon tillhandahöll data på deras energianvändning och kostnad för el. Den var uppdelad över årets månader för 2018. Eftersom både energianvändningen och elkostnaderna varierar över året, beräknades ett pris som tog hänsyn till att större delen av energianvändningen sker under vinterhalvåret. Det gjordes genom formel 2.
𝐸𝑙𝑝𝑟𝑖𝑠 = ∑ 𝑅ö𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑣 𝑒𝑙𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑, 𝑚å𝑛𝑎𝑑 × 𝐸𝑙𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔, 𝑚å𝑛𝑎𝑑 𝐸𝑙𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔, å𝑟
𝐷𝑒𝑐𝑒𝑚𝑏𝑒𝑟
𝐽𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟𝑖
(2)
Till följd av att elpriset varierar gjordes ekonomiska beräkningar med ett teoretiskt elpris utöver det framräknade. Syftet var att illustrera hur stor inverkan elpriset har på
vindkraftverkets totala kostnad. Elpriset beräknades till 1,01357 kr/kWh och det teoretiska bestämdes till 2 kr/kWh.
Vindkraftverkets kostnad beräknades med hjälp av annuitetsmetoden och pay-off metoden.
Där årlig vinst/förlust beräknas enligt formel 3 och pay-off tiden enligt formel 4.
𝑉å= 𝐼å− 𝐾å − 𝐷å, 𝑑ä𝑟 𝐾å = 𝑎 × 𝐾𝑖 𝑜𝑐ℎ 𝑎 = 𝑟(1 + 𝑟)𝑛
(1 + 𝑟)𝑛− 1 (3)
𝑇𝑝𝑜 = 𝐾𝑖
(𝐼å− 𝐷å) (4)
𝑉å= Årlig vinst/förlust, 𝑇𝑝𝑜 = Pay-off tiden, 𝐼å= Årlig intäkt, 𝐾å= Kapitalkostnad, 𝐷å=Driftkostnad, 𝑎 = Annuitet, 𝐾𝑖= Investeringskostnad, 𝑟 = Ränta,
𝑛 = Avskrivningstiden i år
I faktorn årlig intäkt ingår intäkter från elcertifikat som uppskattades till 30 kr/MWh. Värdet på räntan värderades enligt Handelsbankens riktvärde till 3% och driftkostnaderna bortsågs ifrån. Egenanvändningen antogs vara 100 %. Anledningen till att egenanvändningen antogs vara 100% är för det eventuella vindkraftverkets förväntade låga produktion, relativt AirSons energianvändning.
4.7 Möjliga installationer för AirSon
För att svara på frågeställningen undersökte rapporten sex vindkraftverk tillverkade av Aeolos Wind Turbine. Utgår undersökningen från en tillverkare undgås diverse avvikelser som kan uppstå vid jämförelsen av olika tillverkare, som exempelvis trovärdigheten i redovisade effektkurvor. Vindkraftverken som undersöktes var deras 3 kW, 5 kW och 10 kW vertikala och horisontella vindkraftverk. Aeolos grundades 1986 i Danmark och är en av världens ledande tillverkare av små vindkraftverk. De tillverkar horisontalaxlade vindkraftverk i storlekar från 500 W upp till 60 kW, och vertikalaxlade från 300 W upp till 10 kW. Deras produkter används i flera tillämpningsområden i över 60 länder (Aeolos Wind Turbine, 2020).
16
5.Resultat
I resultatet redovisas de beräkningar och simuleringar som är gjorda för att svara på frågeställningarna. Det är strukturerat så att resultatet redovisar frågeställning för frågeställning med syftet att göra det enkelt att följa.
5.1 Platsens förutsättningar
En visualisering av hur vindflödet agerar med byggnaden visas i figur 6. Gul färg representerar vindens ursprungshastighet. Grön och blå färg symboliserar en reduktion i hastigheten, röd och orange symboliserar en ökning.
Figur 6. Representation av vindflödet runt byggnaden med ursprungshastigheten 4 m/s.
Simuleringar gjordes med de fyra hastigheterna som visas i tabell 1. Genom att jämföra ursprungshastigheten med hastigheten som nås vid den eventuella turbinens placering, erhålls en ökning i procent.
Tabell 1. Vindens ursprungshastighet, topphastighet och ökningen i procent.
Ursprungshastighet [m/s] Hastighet vid turbinens
placering [m/s] Ökning i procent
2 2,7 33,5%
4 5,4 35%
6 8 33%
8 10 25%
17
Den framtagna vindrosen presenterar vindriktning och vindhastigheternas spridning. Färgerna representerar en specifik vindhastighet och från vilken riktning denna blåser. Hastigheterna är indelade i bins om 2 m/s upp till och med 16 m/s, där alla hastigheter över 16 m/s är samlade.
Procentsatserna beskriver hur frekvent en viss vindhastighet och vindriktning förekommer.
Figur 7. Vindros som beskriver vindriktningen vid byggnadens position, och koncentrationen av vindhastigheterna.
18
5.2 Visuell representation
Detta kapitel behandlar främst frågeställningen gällande Public Relations. Vindkraftverkets estetik är viktigt för AirSon, därför presenteras endast figurer på vindkraftverken i anslutning till byggnaden. För att ge AirSon en visuell representation av hur olika installationer kan se ut.
Figur 8. Exempelskiss på Aeolos-v 3 kW, 12 m torn i anslutning till byggnaden.
Figur 9. Exempelskiss på Aeolos-h 3 kW, 12 m torn i anslutning till byggnaden.
Resterande verk presenteras i Bilaga B.
19
5.3 Produktionsberäkning
Produktionsberäkningarna redovisar först windPROs resultat. Både simulerad
energiutvinning, buller- och skuggberäkningar. Sedan redovisas det framräknade resultatet, som är baserad på vindmätarens data.
5.3.1 windPRO
windPROs beräknade elproduktion för respektive vindkraftverk presenteras i tabell 2.
Tabell 2. Vindkraftverkens beräknade årliga energiutvinning framtagen av windPRO och priset för varje tänkbar installation tillhandahållen av, och återgiven med tillåtelse av Aeolos.
Vindkraftverk Beräknad årlig elproduktion -10% [MWh]
Investeringskostnad inkl. installation, torn, on-grid, växelriktare [kr]
Aeolos-v 3 kW 3,0 107 000
Aeolos-v 5 kW 7,0 193 000
Aeolos-v 10 kW 11,0 287 000
Aeolos-h 3 kW 4,0 75 000
Aeolos-h 5 kW 8,0 146 000
Aeolos-h 10 kW 14,0 225 000
Figur 10 visar vindkraftverkets position och kringliggande byggnader markerade A-D, samt i vilken utsträckning de påverkas av ett vindkraftverks genererade buller. Byggnaderna A-C ägs av AirSon, E och D gör det inte. Figur 11 presenterar skuggtiden för byggnaderna B-E.
Anledningen till att A uteblev är på grund av avståndet till vindkraftverket. Om vindkraftverket monteras på eller precis bredvid byggnaden, är A alltid skuggad.
20
Figur 10. Ljudutbredning av ett Proven WT2500-3 på bestämd plats. Källjud ca 35dB(A)
21
Figur 11. Visualisering av skuggtid för byggnaderna B-E. Ett färgat område innebär att motsvarande byggnad är skuggad enligt tidsramen satt av X- och Y-axeln.
22
5.3.2 Produktionsanalys
Elproduktionen för samtliga verk beräknades med två parametrar. Vindens frekvensfördelning som är baserad på vindmätarens data, se figur 12, och effektkurvor för respektive
vindkraftverk. Effektkurvor är tillhandahållna av Aeolos Wind Turbine. Resultatet för respektive verk presenteras i tabell 3.
Figur 12. Vindens frekvensfördelning. En beskrivning av antal gånger en vindhastighet registrerades.
Tabell 3. Vindkraftverkens beräknade årliga elproduktion, baserad på vindens frekvensanalys och priset för varje tänkbar installation tillhandahållen av Aeolos.
Vindkraftverk Beräknad årlig elproduktion -10% [MWh]
Investeringskostnad inkl. installation, torn, on-grid, växelriktare [kr]
Aeolos-v 3 kW 4,1 107 000
Aeolos-v 5 kW 6,3 193 000
Aeolos-v 10 kW 9,9 287 000
Aeolos-h 3 kW 4,7 75 000
Aeolos-h 5 kW 7,6 146 000
Aeolos-h 10 kW 13,6 225 000
23
5.4 Kostnad
Kostnaden för vardera verk presenteras i två tabeller och fyra grafer. Tabellerna presenterar pay-off tiden för samtliga verk, och därtill även årskostnaden om det håller i 20, 15, 10 eller 5 år. Graferna visualiserar skillnaden mellan de olika verken.
Tabell 4. Vindkraftverkens kostnad med rörligt elpris 1,013557 kr/kWh Vindkraftverk Pay-off [år] 𝑉å [kr]
n = 20 år
𝑉å [kr]
n = 15 år
𝑉å [kr]
n = 10 år
𝑉å [kr]
n = 5 år
Aeolos-v 3 kW 29 -3365 -5109 -8690 -19 510
Aeolos-v 5 kW 34 -7093 -10 245 -16 703 -36 220
Aeolos-v 10 kW 32 -9979 -14 661 -24 266 -53 288
Aeolos-h 3 kW 20 -1121 -2337 -4854 -12 458
Aeolos-h 5 kW 21 -2795 -5174 -10 086 -24 931
Aeolos-h 10 kW 18 -2440 -6075 -13 611 -36 384
Tabell 5. Vindkraftverkens kostnad med rörligt elpris 2 kr/kWh
Vindkraftverk Pay-off [år] 𝑉å [kr]
n = 20 år
𝑉å [kr]
n = 15 år
𝑉å [kr]
n = 10 år
𝑉å [kr]
n = 5 år
Aeolos-v 3 kW 14 277 -1466 -5047 -15 867
Aeolos-v 5 kW 17 -1495 -4646 -11 105 -30 622
Aeolos-v 10 kW 16 -1113 -5795 -15 399 -44 422
Aeolos-h 3 kW 10 2624 1408 -1108 -8713
Aeolos-h 5 kW 11 3938 1559 -3353 -18 198
Aeolos-h 10 kW 9 9650 6014 -1521 -24 295
24
Figur 13. Jämförelse av alla installationers årliga vinst/förlust över 20 år.
Figur 14. Jämförelse av årlig vinst/förlust mellan 3 kW-v och h. Trendlinjerna visar linjär utvecklingsriktning för 𝑉å.
25
Figur 15. Jämförelse av årlig vinst/förlust mellan 5 kW-v och h. Trendlinjerna visar linjär utvecklingsriktning för 𝑉å
Figur 16. Jämförelse av årlig vinst/förlust mellan 10 kW-v och h. Trendlinjerna visar linjär utvecklingsriktning för 𝑉å.
26
5.5 Regelverk i Sverige
Tabell 6 visar kraven som ställs angående bygglov och hur vindkraftverken förhåller sig till dessa. ”Monterad/förankrad i en byggnad” har både en bock och ett kryss eftersom AirSon själva har möjligheten att välja, om vindkraftverket ska vara förankrat i byggnaden eller inte.
Väljer AirSon att inte montera eller förankra vindkraftverket i byggnaden blir resultatet en bock.
Tabell 6. Checklista med bygglovskrav
Vindkraftverk
Totalhöjd mindre än
20m
OK avstånd från tomtgränsen
Monterad/
förankrad i en byggnad
Vindturbin
≤ 3m
Kan installeras utan Bygglov
Aeolos-v 3kW
Aeolos-v 5kW
Aeolos-v 10kW
Aeolos-h 3kW
Aeolos-h 5kW
Aeolos-h 10kW
27
6. Diskussion och analys
Diskussionen och analysen är strukturerad i sex delar för att svara på alla frågeställningar.
AirSons möjligheter för en installation utvärderades utefter resultatet.
6.1 Platsens förutsättningar
Backen som är integrerad i byggnadens tak har en lutning på ca 13°. Efter att ha gjort simuleringar i programmet RWND visade resultatet att backen påverkar vinden. Genom att analysera hur vinden påverkades av backen vid hastigheterna 2, 4, 6 och 8 meter per sekund, gavs ett medelvärde på en ökning av ursprungshastigheten med 31,6%.
Vindens frekvensanalys (se figur 12) visade att vindhastigheten över tid inte är speciellt hög.
Mest frekvent var vindhastigheter mellan 2 och 3 meter per sekund. Vanligt för små vindkraftverk är att ha en cut-in speed på 2,5 meter per sekund. Innebörden av det är att vindkraftverket inte genererar någon el när vindhastigheten är mellan 0–2,5 meter per sekund, vilket leder till problematiska förutsättningar för en eventuell installation. Faktorn som väger tyngst för vindkraft är vilka vindhastigheter som uppnås över tid och i vilken utsträckning. Är vindhastigheten låg påverkas förutsättningarna för en gynnsam investering i flera led. Låga vindhastigheter leder till en låg produktion, vilket i sin tur leder till strypta ekonomiska förutsättningar.
Vindrosen (se figur 7) beskriver hur stor del av tiden i procent en specifik vindhastighet blåser, samt från vilken riktning. Majoriteten av tiden kommer vinden från sydväst vilket även är riktningen som backen är placerad i. Kontentan är att vinden som blåser kommer i
övervägande del att accelereras.
6.2 Marknaden
Eventuella konsumenter bör lägga vikt på att sätta sig in i vad det är man letar efter. Något som alltid bör göras innan ett köp är att begära dokumentation på vilka certifikat, eller direktiv ett vindkraftverk har innan investeringen görs. I marknadsundersökningen som Svensk Vindkraftförening gjorde 2017, syns det tydligt att tredjepartscertifiering är frivilligt.
Eftersom endast en av de nio redovisade modellerna var tredjepartscertifierade. För
tillverkade vindkraftverk som inte är certifierade av ett oberoende auktoriserat kontrollorgan, finns möjligheten att presentera vilka produktions- eller bullervärden som helst. Myndigheter ställer inga krav på att verk ska följa presenterade effektkurvor. Påföljden gör det svårt för en oerfaren person att kunna sätta sig in marknaden. En person utan kunskap kan lätt tro att deras verk ska följa tillverkarnas effektkurvor. När anläggningen senare inte levererar förväntat resultat drabbas hela marknaden negativt.
Utöver ovanstående är det en osäker marknad på grund av svårigheten att kunna förutse det slutliga resultatet av en installation. En av anledningarna till att nyttjandet av småskalig vindkraft i urban miljö inte blivit större, är framförallt på grund av svårigheten att räkna på hur vinden agerar i denna typ av miljö. Förutsättningarna för vindkraftverk i urban miljö är annorlunda jämfört med vindkraftverk placerade i en öppen miljö utan hinder. Paul Gipe beskriver det hela väldigt bra i sin bok. Möjligheten för vindkraftverk i urban miljö finns, dock är det mycket enklare att använda sig av solceller.
