Vindmøllevinger møder tredobbelt orkan på DTU
En ny, stor vindtunnel er et vigtigt værktøj, når forskerne vil teste vindmøllevinger og finde ud af, hvor meget strøm vindmøller kan give – og hvor meget de larmer.
Vindturbine

Den store blæser med en diameter på 4,7 meter sørger for at sætte fart på vinden gennem vindtunnelen. (Foto: T. Sjørup/DTU)

Den store blæser med en diameter på 4,7 meter sørger for at sætte fart på vinden gennem vindtunnelen. (Foto: T. Sjørup/DTU)

Nok er Roskilde Fjord ikke Vesterhavet, men det blæser alligevel godt ude ved halvøen Risø, hvor en del af Danmarks Tekniske Universitet (DTU) holder til.

Faktisk kan vindstyrken komme helt op på tredobbelt orkan – ikke ude ved vandet, men i den vindtunnel, som forskere fra DTU Vindenergi er i fuld gang med at teste.

»Vi kan opnå hastigheder i omegnen af 400 kilometer i timen i vores vindtunnel. Den er specificeret til 105 meter i sekundet, men vi har haft den oppe omkring de 115 meter i sekundet i testområdet, der er 3 meter bredt, 2 meter højt og 9 meter langt,« siger seniorforsker Christian Bak, der leder projektet.

Serie: Danmarks dyre dimser

Hundedyre videnskabelige apparater er uundværlige for forskerne. I denne serie fortæller vi om fem af Danmarks dyreste maskiner tilegnet forskningen – hvad de kan, og hvem der bruger de vilde, videnskabelige værktøjer.

Fælles for de kostbare forskningsfaciliteter er, at de ikke blot anvendes af en enkelt forskergruppe, men står til rådighed for mange forskere fra universiteter og industrien.

Denne artikel er anden del i serien. Læs også første del: Danmarks største partikelaccelerator tiltrækker forskere til Aarhus

Det er ikke vindstyrker, vi normalt støder på herhjemme. Ved en vindhastighed på mere end 32,6 m/s har man at gøre med en orkan, og dem er der heldigvis langt imellem.

Men vindtunnelen er da heller ikke designet til at teste ting i almindeligt blæsevejr, men derimod vindmøllevinger med fuld fart på.

Den er et værktøj, som forskere og ingeniører kan bruge til at udvikle vindmøller, der er mere effektive og larmer mindre end de eksisterende.

Dele af vinger kan testes

På moderne vindmøller kommer hastigheden af vingetippen op på mere end 300 km/t, så selv den yderste del af vingen kan testes i den nye vindtunnel.

Også for fremtidige møllevinger, hvor det kan gå endnu hurtigere.

Testområde

I testområdet er væggene forsynet med materiale, der opsuger lyd. På den måde kan støjen fra vindmøllesegmenter måles nøjagtigt. (Foto: DTU)

Ingen vindtunnel kan huse en hel vindmøllevinge, for sådan en kan være over 80 meter lang.

Man kunne vælge at teste vindens påvirkning af mindre modeller, men det dur ikke rigtig, for vindens strømninger ændrer sig med dimensionerne.

Så i stedet nøjes man med at teste mindre dele af en vinge i fuld størrelse, fortæller Christian Bak:

»Vi kan teste på sektioner til vindmøllevinger, og vi kan både gøre det aerodynamisk og akustisk på én gang. Vindmøllerne skal yde mest muligt, men larme så lidt som muligt, så det er vigtigt, at vi ikke kun kan måle vindens påvirkning af vingen, men også støjen fra den.«

»Det har været en superspændende opgave at bygge vindtunnelen, som er den eneste af sin slags i verden. Der findes vindtunneler, der er lidt større, og andre, som kan teste ved højere hastigheder, men vi har kombineret størrelsen, høje hastigheder og måling af støj på en unik måde. Den kombination har vindmølleindustrien brug for.«

Vinden cirkulerer rundt i den 65 meter lange tunnel, hvor en gigantisk, specialfremstillet blæser med en diameter på 4,7 meter sørger for at sætte fart på.

Åben for alle

Planen er, at forskerne kan benytte vindtunnelen i halvdelen af tiden, mens industrien kan leje sig ind i den anden halvdel.

Som en international forskningsfacilitet er den åben for alle, og på DTU håber de, at den kan tiltrække de bedste forskere fra ind- og udland.

Ledeskovle

Fire steder i tunnelen skal vinden føres om hjørner. Det klarer såkaldte ledeskovle, som ses på dette billede fra indvielsen. (Foto: T. Sjørup/DTU)

»I Danmark har vi været rigtig gode til at regne på tingene, og vi har målt på vindmøller i fuld skala. Men vi har ikke haft en så stor vindtunnel til brug i forskningen,« lyder det fra Christian Bak, der fortsætter:

»Groft sagt er målet, at industrien kan plukke de lavthængende frugter og udvikle vinger, som de måske kan få på markedet inden for en kort årrække. Men i forskningen går vi typisk efter de mere højthængende frugter.«

»Vi har for eksempel testet bevægelige bagkantsflaps til vindmøllevingerne. Der var mange, der var skeptiske, men vi har vist, at idéen ikke er helt dum.«

»Det er vigtigt at tage fat i sådan nogle ting, som måske først tages i brug om 20 eller 30 år. Der er brug for grundforskning og efterfølgende modning af idéen.«

Hurtigere at udvikle nye vindmøller

Det har taget to år og kostet 85,7 millioner kroner at opføre vindtunnelen.

De 40 millioner kom fra Forsknings- og Innovationsstyrelsen (nu Styrelsen for Forskning og Uddannelse), DTU spyttede selv 41,7 millioner kroner i projektet, mens de resterende fire millioner kroner kom fra Region Sjælland.

Regionen håber på, at vindtunnelen vil tiltrække virksomheder og aktiviteter til området.

Tegning

Lige før testområdet føres vinden igennem en tragt, der øger dens hastighed. (Illustration: DTU)

Vindtunnelen blev officielt indviet 10. april 2018, men først her i efteråret, når den er blevet testet godt igennem, åbner den for alvor for brugerne. Og den er allerede godt booket for de første to år.

Siemens Gamesa Renewable Energy er en af de vindmølleproducenter, der glæder sig til at bruge vindtunnelen. Det fortæller Peter Fuglsang, der leder firmaets afdeling for forskning og udvikling inden for offshore-vindmøllevinger:

»DTU's vindtunnel er en stor tunnel, hvor vi kan teste tværsnit af vindmøllevinger ved høje hastigheder, og hvor vi samtidig kan måle akustikken. Det er vigtigt.«

»Så kan vi sikre os, at en ny vinge giver os den rigtige effekt – producerer den rigtige mængde strøm – og at den har det rigtige støjniveau. Det er en stor fordel, at vi får begge tal fra den samme test.«

»Tidligere har vi været nødt til at foretage støjmålinger i USA, og så har vi brugt andre vindtunneler i Europa til at måle effekten. Det er mere kompliceret og introducerer en usikkerhed. Nu er forskningsfaciliteten tættere på, og vi kan teste i længere tid. Det betyder, at vi kan sætte udviklingshastigheden op.«

Computere er ikke nok

Pointen er, at forskerne gerne vil vide, hvordan en vindmøllevinge vil opføre sig, inden de fremstiller den i fuld størrelse og tester på en vindmølle.

Her starter man med en computermodel, men den kan ikke stå alene, fortsætter Peter Fuglsang:

Vindstyrke som det vildeste vindstød

10. april 1996 blev der målt et vindstød på 113,2 m/s, svarende til 407 km/t, da en tropisk cyklon hærgede Barrow Island i Australien. Det er den højeste vindhastighed, der nogensinde er målt på jordkloden.

»Vi bruger computersimuleringer i stor stil, men for at sikre os, at simuleringerne passer med virkeligheden, kalibrerer vi op mod forskellige former for målinger. Det er ikke alting, man kan regne rigtigt ud. Vi er nødt til at have nogle eksperimenter, hvor vi kan eftervise, at beregningsmodellen er korrekt.«

»I vindtunnelen kan vi måle på fem-seks skiver af vindmøllevingen. Så kan vi ændre lidt på vingens tværsnit og se virkningen. Vi kan teste forskellige konfigurationer og vælge den bedste løsning.«

»Vi arbejder også meget med add-ons som for eksempel trekantformede finner på bagkanten af vindmøllevingen. De er med til at reducere støjen. Vi kan simulere dem på computer, men der er altid en usikkerhed. For at være sikre på, at designet fungerer som ventet, tester vi det i en vindtunnel, før vi anvender det på en vindmølle i fuld skala.«

Kan også bruges til andet

Indtil videre er planen at holde tunnelen kørende otte timer om dagen alle arbejdsdage, og for et vindmøllefirma kan det godt tage et par uger eller fire at teste et nyt design.

Det kan godt være, at åbningstiderne ændrer sig, hvis behovet viser sig at være større, og den kan sagtens bruges til andet end tests af vindmølledele, siger Christian Bak:

Poul La Cour Tunnel

Vindtunnellen er blevet opkaldt efter den danske fysiker og opfinder Poul La Cour (1846-1908), som var pioner inden for udviklingen af strømproducerende vindmøller omkring år 1900.

»Vindtunnelen er dedikeret til vindenergi, men vi er åbne for at teste andet. Det kunne være brokabler eller cykler, for eksempel. Egentlig alt, hvad der er en luftstrøm henover – men mest oplagt ting, der skal ud i høje vindhastigheder.«

Professionelle cykelryttere kan få godt med fart på, men forhåbentlig kommer de ikke ud for tredobbelt orkanstyrke – heller ikke i vindtunnelen.

Heldigvis kan luftstrømmens hastighed reguleres, så den ikke altid har fuld fart på.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.