Foto: DTU

Vindenergi kan blive rygraden i et grønt energisystem

fredag 18 okt 19

Kontakt

Katherine Dykes
Sektionsleder
DTU Vindenergi
21 79 92 59

Kontakt

Anna Maria Sempreviva
seniorforsker
DTU Vindenergi
46 77 50 25
Forskere fra DTU Vindenergi og en international gruppe af kolleger understreger i tidsskiftet Science behov for yderligere forskning, hvis vindenergi skal nå sit fulde potentiale.

Den samlede globale kapacitet for installerede vindmøller er steget ti gange siden 2005 ifølge et skøn fra World Wind Energy Association. I 2005 var den samlede globale kapacitet 59 gigawatt, stigende til næsten 600 gigawatt i 2018. I de sidste fem år er der tilføjet ny kapacitet på ca. 50 gigawatt hvert år.

Man kunne tro, at denne udvikling sikrer, at vindenergi vil blive en primær kilde til bæredygtig, billig energi i fremtiden. De vindmøller, der var installeret ved udgangen af 2018, dækkede dog kun næsten seks procent af den globale efterspørgsel på elektricitet.

I en artikel i Science fremhæver en international gruppe af videnskabsfolk fra Danmark, USA, Norge, Sverige, Finland, Spanien og Tyskland det presserende behov for yderligere gennembrud fra forskning og innovation inden for vindenergi.

Sektionsleder ved DTU Vindenergi, Katherine Dykes, er en af hovedforfatterne sammen med Paul Veers og Eric Lantz fra U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL).

I efteråret 2017 indkaldte NREL mere end 70 vindeksperter, der repræsenterede 15 lande, for at diskutere et fremtidigt globalt el-system, hvor vinden kunne fungere som den primære energikilde. Baseret på denne workshop identificerede artikelforfatterne tre store udfordringer inden for vindenergiforskning, som kræver yderligere fremskridt fra det videnskabelige samfund.

"Vindenergi kan blive rygraden i det grønne energisystem, men de store forsknings- og innovationsudfordringer skal stadig overvindes," siger Katherine Dykes.

"Der er store muligheder for gennembrud inden for vindenergi både on- og offshore. Faktisk vil disse gennembrud sandsynligvis komme, hvis det videnskabelige samfund samarbejder om at løse tre store udfordringer inden for vindenergi. I vores artikel opfordrer vi til, at det brede videnskabelige samfund mødes om at løse disse tre store udfordringer for at realisere det fulde potentiale i vindenergi og den grønne omstilling."

De tre store udfordringer er:

1. Forbedret forståelse af vindressourcer og -strømme i det område af atmosfæren, hvor vindmøller opererer

Når vindmøller øges i højden for at fange større energiressourcer, og når vindanlæg spredes over større afstande, er vi nødt til at forstå dynamikken i vinden ved disse højder og skalaer.

Forenklede fysiske modeller og grundlæggende observationsteknologi har muliggjort installation af vindkraftværker og forudsigelser om ydeevne i forskellige terræntyper. Imidlertid er der store huller i vores viden om vindstrømme i komplekst terræn i og imellem vindanlæg, interaktion mellem vind og vand i offshore-miljøer osv. Vi er nødt til at forstå disse forhold, så vindanlæggene kan optimeres omkostningseffektivt og kontrollerbart - og installeres på de rigtige steder.

2. Adressering af struktur- og systemdynamikken i de største roterende maskiner i verden

Vindmøller er nu de største fleksible, roterende maskiner i verden - med bladlængder på over 80 meter og tårne på godt over 100 meter. For at sætte dette i perspektiv kunne tre af de største passagerfly - Airbus A380-800 - være inden for det område, som dækkes af en vindmøllerotor. Efterhånden som maskinerne fortsætter med at blive større, er nye materialer og fremstillingsprocesser nødvendige for at takle de nye problemer med skalerbarhed, transport og genbrug. Derudover rejser samspillet mellem turbinen og forholdene omkring den adskillige vigtige forskningsspørgsmål.

Mange antagelser, hvorpå tidligere generationer af vindmøller blev designet, gælder ikke længere. Vi er nødt til at forstå den komplekse og dynamiske opførsel af den næste generation af vindmøller, som interagerer med vindstrømmene, der kommer ned i og igennem anlægget.

3. Design og drift af vindkraftværker til at understøtte og fremme el-nettets pålidelighed og fleksibilitet

En høj andel af energi fra vind og sol vil drastisk ændre fremtidens el-net. Vindenergi kan hjælpe med at sikre, at nettet fungerer pålideligt til enhver tid. For eksempel kan anvendelse af big data-teknikker forbedre udnyttelsen af vindens energi, reducere omkostningerne og optimere driften for at imødekomme el-nettets krav. Men det vil kræve betydelig forskning inden for atmosfærisk flowmodellering, individuel turbinedynamik og integration af vindanlæg med det brede el-system.

Danmark som fyrtårn

Disse tre store udfordringer hænger sammen. Og først når disse udfordringer er overvundet, vil man kunne realisere vindenergiens fulde potentiale - nemlig ikke kun at levere billig elektricitet, men også at danne rygraden i det fremtidige energisystem, der er en grundlæggende del af den grønne omstilling.

Medforfatter på artiklen, Anna Maria Sempreviva, seniorforsker ved DTU Vindenergi, hvis bidrag til artiklen handlede om data science og datastyringens betydning for at nå de tre mål, mener, at de tre udfordringer er så komplekse, at det er nødvendigt at inddrage alle forskningsgrene inden for vindenergi:

"Videnskabelige gennembrud bag innovation stammer ofte fra forskningsprogrammer med bidrag fra forskere fra adskillige discipliner, der ellers kan synes at være adskilte. Og tilgængeligheden af big data og datastyring er helt afgørende for et godt resultat. Artiklen er en opfordring til industrien om at handle i synergi med forskere, dele data for at teste nye hypoteser eller evaluere nye metoder, der understøtter udviklingen af nye produkter, processer og forretningsmodeller.”

I følge artiklen kan det også sikre, at vindenergisektoren forbliver økonomisk attraktiv for investorer og forbrugere, da omkostningerne til energi fra vinden fortsætter med at falde.

"At løse disse store udfordringer inden for vindenergifysik, maskindynamik, systemvidenskab og kontrol kræver integrerede forskningsprogrammer, der involverer forskere og ingeniører fra hele verden," siger Katherine Dykes, og tilføjer, at Danmark er unikt positioneret i forhold til at forblive central i denne forskning og innovation.

"Danmark har haft en førerposition, hvor industri og forskere samarbejder om at gøre vindenergi til en af de billigste måder at generere elektricitet i dag. Hvis det fortsætter, vil Danmark - som vi  har været i over et århundrede - forblive et fyrtårn i vindenergi for hele det globale samfund."