Ruhed og vindgradient (wind shear)
Fra omkring en kilometer over jordoverfladen og opefter bliver vinden ikke påvirket af Jordens overflade. I de lavere lag af atmosfæren bliver vindens hastighed derimod påvirket af friktionen mod jordoverfladen. Vindkraftbranchen sondrer mellem terrænets ruhed, påvirkningen fra lægivere i landskabet og påvirkningen fra landskabets konturer (også kaldet områdets orografi). Vi vil beskæftige os med orografi senere, når vi skal beskrive speed up effekter som f.eks. tunneleffekt og bakkeeffekt.
Ruhed
Som hovedregel vil kraftig ruhed i området betyde, at vinden bremses meget ned.
Skove og store byer vil bremse vinden meget, mens f.eks. betonlandingsbaner i lufthavne kun bremser vinden en smule. En vandoverflade er endda glattere end en landingsbane, og vil derfor have en endnu ringere indflydelse på vinden, hvorimod langt græs, krat og buske vil bremse vinden en del.
Ruhedsklasse og ruhedslængde
Ruhedsklasse 0,5
Får er en vindmølles bedste ven. På dette billede fra Akaroa Spit, New Zealand, holder fårene landskabets ruhed nede med deres græsning. Foto Søren Krohn
© 1998 DWIA
Ruhedsklasse 0,5 I vindmølleindustrien bruges begreberne ruhedsklasse eller ruhedslængde, når man skal beskrive vindforholdene i et landskab. En høj ruhedsklasse på 3 til 4 beskriver landskaber med mange træer eller bygninger, mens en havoverflade har ruhedsklassen 0.
Betonlandingsbaner i lufthavne har ruhedsklasse 0,5. Det samme gælder for det flade, åbne landskab på billedet til venstre, hvor græssende får holder vegetationen nede.
Den præcise definition af ruhedsklasse og ruhedslængde er beskrevet i Håndbogen. Ruhedslængden er den afstand fra jordoverfladen, hvor vindhastigheden teoretisk set er 0.
Vindgradienten (Wind Shear)
Vindens variation med h¿jden
Grafen er tegnet med programmet til beregning af vindhastigheder, som findes på næste side. Grafen viser, hvordan vindhastigheden varierer med højden i ruhedsklasse 2 (landbrugsjord med nogle huse og spredte læhegn med 500 meters mellemrum). Vi antager, at vindhastigheden er 10 m/s i 100 meters højde.
Det fænomen, at vindhastigheden aftager, når man kommer tættere på jorden, bliver normalt kaldt wind shear. På dansk betegnes sammenhængen mellem højden og vindhastigheden for vindgradienten. Wind shear er blandt andet vigtig, når man skal beregne de kræfter, der virker på en vindmølles rotor. Ser vi på en vindmølle med en navhøjde på 40 meter og en rotordiameter på 40 meter, så vil vindhastigheden i rotorarealets højeste punkt være 9,3 m/s mod kun 7,7 m/s i rotorarealets laveste punkt. Det betyder, at kræfterne på rotorbladet er langt større, når det er i sin øverste stilling, end når det er i sin nederste stilling.
Ugle
Formel for vindgradienten *)
Vindhastigheden i en vis højde over jordniveau er:
v = v ref ln(z/z 0 )/ln(z ref /z 0 )v = vindhastigheden i højden z over jordniveau. v ref = referencehastighed, dvs. vindhastigheden vi allerede kender i højden z ref . ln(...) er den naturlige logarimefunktion. z = højde over jordniveau for den ønskede hastighed, v. z 0 = ruhedslængden i den aktuelle vindretning. Ruhedslængder kan findes i Håndbogen . z ref = referencehøjde, dvs. højden, hvor vi kender den nøjagtige vindhastighed v ref .I ovenstående eksempel kan vi antage, at vi ved, at vinden blæser 7,7 m/s i 20 m højde. Vi ønsker at kende vindhastigheden i 60 m højde. Hvis ruhedslængden er 0,1 m, så v ref = 7,7 z = 60 z 0 = 0,1 z ref = 20 dvs.,v = 7,7 ln(60/0,1) / ln(20/0,1) = 9,2966 m/s

*)= Formlen forudsætter såkaldt neutrale atmosfæriske stabilitetsforhold, dvs. at jordoverfladen hverken er opvarmet eller afkølet sammenlignet med lufttemperaturen. Yderligere detaljer findes i ingeniørhåndbogen Guidelines for Design of Wind Turbines fra Forskningscenter Risø og DNV.
© Copyright 1997-2003 Vindmølleindustrien
Opdateret 1. juni 2003
http://www.windpower.org/da/tour/wres/shear.htm
Vent venligst...