Vindkraftsystem
Wind Power Systems

EIEN10F, 7,5 högskolepoäng

Gäller från och med: Höstterminen 2021
Beslutad av: Professor Thomas Johansson
Datum för fastställande: 2021-06-24

Allmänna uppgifter

Avdelning: Industriell elektroteknik och automation
Kurstyp: Gemensam kurs, avancerad nivå och forskarnivå
Kursen ges även på avancerad nivå med kurskod: EIEN10
Undervisningsspråk: Engelska, svenska

Syfte

Kursen syftar till att ge grundläggande kunskaper inom vindkraft och dess användning i samhället. Den syftar även till att på ett ingenjörsmässigt sätt identifiera och förklara vindkraftteknik och -system samt deras integrering i kraftsystemet. Kursen har stor relevans för en hållbar utveckling av energisystemet där vindkraft för tillfället är den mest expansiva förnybara energikällan med en årlig global utbyggnadstakt på ca 20 %. Behovet av elektrisk energi växer ständigt samtidigt som kraven på miljövänlig elproduktion ökar. Utbyggnaden av miljövänliga alternativ ökar successivt till följd av globala och nationella mål på förnybar elproduktion. I Sverige finns elcertifikatsystemet som en drivkraft för utbyggnaden av förnybar elproduktion. Vindkraften förväntas successivt ta en allt större andel då den befintliga kärkraften minskar och troligen är utfasad innan år 2040. I takt med större andel förnybar elproduktion ställs högre krav på elkraftsystemet till följd av minskade reglermarginaler. För att bibehålla elförsörjningens höga driftsäkerhet kommer även kraven på vindkraftsystem att öka. Speciellt för alltfler nyetablerade storskaliga anläggningar både på land och till havs. I kursen beskrivs nuläget och möjligheterna för vindkraften att bidra till energiförsörjningen i Sverige och internationellt. Vi studerar bland annat vinden som energiresurs, verkens produktion och uppbyggnad samt miljöfrågor.

Mål

Kunskap och förståelse

För godkänd kurs skall doktoranden

• förstå vindens och omgivningens betydelse för att bedöma platsval för anläggning
• redogöra för olika vindkraftskonstruktioner med deras för- och nackdelar
• beskriva en vindkraftanläggning på både komponent- och systemnivå
• redogöra för olika reglermetoder och begränsningar av vindkraftverk
• förstå betydelsen av inbördes placering av vindkraftverk i en anläggning
• förstå de tekniska krav (grid codes) som gäller i samband med inkoppling till nätet
• inse betydelsen av små- och storskalighet och dess påverkan på kraftsystemet
• redogöra för de viktigaste momenten inom projektering, konstruktion och drift & underhåll
• redogöra för hur vindkraftverk påverkar miljön

Färdighet och förmåga

För godkänd kurs skall doktoranden

• informera om och beskriva vindkraftsystem på ett objektivt sätt
• utföra dimensionerande beräkningar för vindkraftverk
• formulera en matematisk modell av ett vindkraftverk utifrån information om de ingående komponenterna och hur de samverkar
• analysera vindresurs och estimera årlig produktion för vindkraftsystem
• relatera anläggningsplats, placering av verk, rotordiameter, generatorkapacitet och verkningsgrad för val av design och optimering av elproduktion
• relatera val av design och vindkraftskonstruktion för bedömning av robusthet och tillgänglighet
• göra en ekonomisk analys av en vindkraftanläggning

Värderingsförmåga och förhållningssätt

För godkänd kurs skall doktoranden

• visa insikt i vindkraftens möjligheter och begränsningar och dess roll i samhället
• objektivt bedöma för och emot integrering av vindkraft geografiskt lokalt men även nationellt och ur ett globalt perspektiv.

Kursinnehåll

Historisk överblick av vindkraftens utveckling och dess geografiska expansion Vindpotential och dess fysikaliska bakgrund. Påverkan av terräng vid val av anläggningsplats. Energiinnehåll och produktionsberäkning. Teknik och system för vindkraftanläggningar. Funktion och egenskaper för olika konstruktioner. Styrning, reglering och drift Storskalig och småskalig utbyggnad. Exempel på storskalig havsbaserad anläggning. Design och dimensionering för optimering av produktion, tillgänglighet och kostnad. Integrering av vindkraftsystem till kraftsystemet. Anslutningskrav och systemtjänster. Vindkraftens påverkan på Elmarknaden. Modellering, simulering och analys av vindkraftsystem. Arbetsmoment inom projektering, konstruktion och drift & underhåll. Inlämningsuppgifter, projektuppgift samt laboration Studiebesök hos kraftbolag med vindkraftanläggning.

Kurslitteratur

Manwell, James F., McGowan, Jon G. & Rogers, Anthony L.: Wind Energy Explained, Theory, Design and Application. 2009. ISBN 9780470015001.

Kursens undervisningsformer

Undervisningsformer: Föreläsningar, laborationer, projekt, studiebesök

Kursens examination

Examinationsformer: Skriftlig tentamen, inlämningsuppgifter. För godkänd kurs krävs fullgörande av en laboration med förberedelseuppgifter, en simuleringsuppgift, en designövning, två inlämningsuppgifter, projektuppgift samt skriftlig sluttentamen som innefattar uppgifter med både problemlösning och teorifrågor.
Betygsskala: Underkänd, godkänd
Examinator:

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: ESSF15 Elenergiteknik (E+W), MIE012, EIEF35 Elektroteknikens grunder (M), ETE115, EITF90 Ellära och elektronik (F).

Kurstillfällesinformation

Kontaktinformation och övrigt

Kursansvarig: Jörgen Svensson <jorgen.svensson@iea.lth.se>
Hemsida: http://www.iea.lth.se/wps