Hvordan virker en vindmølle? Opbygning, ydelse og ulemper

En vindmølle laver strøm ved, at vinden får vingerne til at dreje. Rotationen føres gennem en aksel til en generator, som omdanner bevægelsen til elektricitet. Vingerne virker ikke som sejl, der skubbes — de virker som flyvinger, der løftes.

Vingerne er flyvinger

En vindmøllevinge har samme profil som en flyvinge: krum på oversiden, flad på undersiden. Når luften strømmer forbi, skal den bevæge sig hurtigere over den krumme side, og det giver et lavere tryk der.

Trykforskellen skaber et løft vinkelret på vindretningen — og fordi vingen sidder på en aksel, bliver løftet til rotation. Det er derfor, en vindmølles vinger kan bevæge sig hurtigere end vinden selv.

Møllens dele

Nogle moderne møller er gearløse og har i stedet en stor generator, der kører direkte med rotorens hastighed. Færre bevægelige dele betyder mindre vedligehold.

Hvorfor tre vinger?

To vinger ville være billigere, men giver ujævn belastning, når vingerne passerer tårnet. Fire eller flere giver kun marginalt mere energi og koster mere.

Tre er kompromiset mellem stabilitet, materialeforbrug og ydelse — og derfor er stort set alle store møller trebladede.

Vindhastigheden afgør alt

Energien i vinden stiger med hastigheden i tredje potens. Fordobles vindhastigheden, bliver energien otte gange så stor.

Det forklarer, hvorfor møller bygges høje: vinden er både stærkere og mere jævn, jo længere man kommer op fra jordoverfladen.

Hvorfor står møllen stille i storm?

Det virker bagvendt, men ved meget høje vindhastigheder overstiger belastningen, hvad konstruktionen er dimensioneret til. Møllen drejer derfor vingerne ud af vinden og bremser.

Den ekstra energi, der kunne hentes i de få timer om året med storm, er heller ikke stor nok til at retfærdiggøre en kraftigere — og dyrere — konstruktion.

Betz’ lov: grænsen på 59 procent

En vindmølle kan aldrig udnytte al vindens energi. Skulle den det, ville luften stå helt stille bag møllen — og så kunne der ikke komme mere luft igennem.

Den teoretiske grænse er 59,3 procent, kaldet Betz’ lov. Moderne møller ligger på 45-50 procent, altså tæt på det fysisk mulige.

Hvornår har en vindmølle tjent sig selv ind?

Der er to regnestykker, og de forveksles ofte:

• Energimæssigt: en moderne vindmølle producerer den energi, det kostede at bygge, transportere og opstille den, på 3-9 måneder. Resten af dens levetid på 20-30 år er nettogevinst.
• Økonomisk: tilbagebetalingstiden afhænger af elpris, placering og finansiering, men ligger typisk på 7-12 år for en landmølle.

Det er den energimæssige tilbagebetalingstid, der er relevant, når man diskuterer, om vindmøller «giver mere, end de koster» — og der er svaret entydigt ja.

Ulemper ved vindmøller

• Uregelmæssig produktion. Blæser det ikke, produceres der ikke. Det kræver enten lagring, import eller regulerbare kraftværker som backup.
• Støj. Både det mekaniske sus fra vingerne og en lavfrekvent komponent. Derfor er der afstandskrav til beboelse.
• Skyggekast. Roterende vinger foran en lavtstående sol giver blinkende skygger i nabolaget. Moderne møller kan programmeres til at standse i de perioder.
• Fugle og flagermus. Kollisioner forekommer, især ved dårligt placerede møller på trækruter.
• Vingerne er svære at genanvende. De er lavet af glasfiber og epoxy, og genanvendelsen er stadig under udvikling — modsat tårn og nacelle, der er stål og kobber.
• Landskabspåvirkning. En moderne mølle er over 150 meter høj og ses langt væk.

Er vindmøller bæredygtige?

Målt på CO₂ er svaret klart: en landmølle udleder omkring 7-12 gram CO₂ pr. produceret kWh over hele sin levetid, medregnet produktion og nedtagning. Til sammenligning ligger kulkraft omkring 800-1.000 gram.

Udfordringen ligger ikke i driften, men i materialerne — særligt vingerne og de sjældne jordarter i visse generatortyper. Det er dér, udviklingen står nu.

Hvor meget producerer en mølle?

En moderne landmølle på 4-6 MW producerer typisk 12-18 mio. kWh om året — svarende til 3.000-4.500 husstandes elforbrug. Havmøller er større og har højere kapacitetsfaktor, fordi vinden på havet er både stærkere og mere jævn.

Se også, hvordan generatoren, der laver selve strømmen, fungerer, og hvordan solceller gør det uden bevægelige dele.