Gå til hovedinnhold

The Bjerknes Centre is a collaboration on climate research, between the University of Bergen, Uni Research, the Institute of Marine Research, Nansen Environmental and Remote Sensing Centre.

Den vanskelige vindkraften

De beste områdene for produksjon av vindkraft er ytterst på kysten i flatt terreng og til havs. Mange områder fra Lista og nordover egner seg, skriver Sigbjørn Grønås i denne kommentaren.

Det er ingen tvil om at det må satses på fornybare energikilder for å redusere utslipp av klimagasser som CO2. I Norge utbygges for tiden vindkraft.

Erfaringsgrunnlaget kommer fra Danmark og Sverige som alt lenge har bygd vindmøller i stor stil. Men med totalt forskjellig topografi og langt større mangfold i naturen, er det flere hensyn å ta i Norge enn i Danmark. Spesielt kreves det en balansert avveining mellom behovet for utbygging og behovet for å verne natur.

I denne artikkelen advares det mot å bygge ut vindkraft i kupert terreng hvor turbulens og ujevne vindforhold kan bli et problem. En foreslår heller å bygge ut i flate områder ytterst på kysten og til havs der vindforholdene er gunstigere.
 
Stor forskjell fra dansk vindklima
Den som har syklet i Danmark vet at det blåser overalt. På utsatte strøk i Norge kan det blåse enda mer, men de fleste steder i landet vårt blåser det langt mindre enn i Danmark.

På våre bredder bestemmes den storstilte vinden av lavtrykk og høytrykk i vestavindsbeltet. Det storstilte vindklimaet dette gir er tilnærmet likt over store deler av Skandinavia. Fjell og landskap modifiserer vinden og kan gi store lokale variasjoner. For Danmark og Sør-Sverige er denne påvirkningen relativt enkel og bestemmes hovedsakelig av friksjon mot jordoverflaten.

En glatt overflate som hav (liten ruhet) gir liten friksjon. Vindstyrken blir da stor og turbulensen liten (relativt små vindkast). Landjorda bremser lufta mer og gir mer turbulens. Skog og byer gir gjerne mest turbulens og svakest gjennomsnittlig vind.

I Norge er forholdene langt mer kompliserte. Her kommer effekter av fjell, daler og fjorder i tillegg. Dessuten er overflaten som regel langt mer knudret, noe som gir mer turbulens enn i Danmark. Vindklimaet i Norge er derfor langt mer komplisert og variert enn i våre naboland.

Vindvariasjoner på ulik horisontalskala
Påvirkningen av våre fjell på luftstrømmene kan vi dele i to: effekten av de storstilte fjell, som fjella i Sør-Norge, med en typisk horisontal lengdeskala på 150 km; og effekten av lokale fjell, daler og fjorder med lendeskala fra 1 til 50 km.

Om en typisk storstilt sørvestlig luftstrøm passerer Danmark med vindhastighet 15 m/s, målt 100 m over terrenget, vil de lokale vindvariasjonene være små (trolig innenfor 2 m/s i denne høyden). Om samme strømmen passerer Sør-Norge, vil vinden typisk variere mellom 2 og 21 m/s som følge av vindvariasjoner satt opp av de storstilte fjella (se figur 1 og 2; Barstad & Grønås 2005; 2006).

size=84553
Figur 1. Simulert vind – vindvektor og vindstyrke i meter per sekund (m/s) - for Sør-Norge 100 m over bakken for to storstilte vindretninger: sørvest (230 grader) til venstre; sørsørøst (170 grader) til høyre. Det er koter for vindstyrken for hver 4. m/s. Vindstyrker fra 12 m/s og over er gitt ved heletrukne linjer og vindstyrker mindre enn 12 m/s ved stiplede linjer. De sterkeste vindstyrkene (vindstyrker større enn 16 m/s) er farget oransje og de svakeste (styrker mindre enn 4 m/s) er farget blå. Etter Barstad & Grønås (2005a).

Vinden vil være sterkest på venstre side og svakest på høyre side av fjella. På den måten får vi et vindmaksimum – en jet - opp mot Stad og over havet nord for Stad. På Sørlandet og Østlandet blir vinden svak. På kysten nord for Stad får vi en vindskygge opp til Trøndelag. Dreier den storstilte vinden litt mer mot vest, vil den slå inn på Mørekysten og bli spesielt sterk der. I tillegg kommer effekten av lokale fjell, fjorder, daler og til sist kommer effekten av ruheten i overflaten.

Vindforsterkningen ved Stad kan noen vintre stå på i ukevis, mens mye av Møre ligger i en vindskygge. Samtidig vil vinden være svak på Sørlandet og i Oslofjorden. I Nord-Norge har vi andre, men lignende effekter av fjell på stor skala.

På grunn av mye kald luft nær overflaten om vinteren, kan effekten av fjell noen ganger bli dobbelt så stor som under vanlige atmosfæriske forhold. Når den storstilte vinden er svak, er vinden bestemt av lokale sirkulasjoner mellom varme og kalde flater.

I nord er temperaturforskjellene mellom hav og land spesielt store. Om vinteren gir dette ofte vind ut fjordene og til høyre langs kysten. I fjorder som Balsfjorden sør for Tromsø, står det gjerne vind utover fjorden gjennom store deler av vinteren.

 

size=86831
Figur 2. Simulert vind fra sørvest (230 grader) over Sør-Norge cirka 100 m over bakken – vindvektor og vindstyrke dividert med konstant storstilt vindstyrke over grenselaget (speed-up). Til venstre er storstilt vindstyrke stor (22.5 m/s) og til høyre er den liten (10 m/s). Det er koter for speed-up på 0,2. Speed-up fra 1,0 og over er gitt ved heletrukne linjer og speed-up lavere enn 1.0 ved stiplede linjer. De sterkeste vindene (speed-up større enn 1,4) er farget oransje og de svakeste (speed-up mindre 0,4) er farget blå. Etter Barstad & Grønås (2005a).

De som bygger ut vindkraft vil ha så jevne vindforhold som mulig. Potensialet for vindkraft øker sterkt med økende vindstyrke (vindkraften som produseres er proporsjonal med vinden ganget med seg selv tre ganger). Stødig sterk vind kan noen steder i Norge gi mer kraft per mølle enn i Danmark.

Men visse storstilte vindretninger vil de fleste steder periodevis kunne gi vindskygger. Derfor må en som regel regne med store variasjoner i vinden over tid. Ekstrem vind vil typisk være 1,5 ganger sterkere på utsatte strøk i Norge enn i Danmark. Derfor må vindmøllene tåle større påkjenninger.

Turbulensforhold
Vindmøller bør ikke utsettes for mye turbulens i lufta over lang tid. En grunn til det er at turbulens kan redusere levetiden til møllene. I Norge gir strøm over fjell og småstilt topografi en kilde til turbulens som en ikke har i Danmark.

Turbulensforholdene varierer derfor mye mer. Det blåser mest ytterst på kysten og i fjellet. I lavlandet avtar vindstyrkene som regel svært mye rett innenfor kysten. Om en for eksempel tar for seg øya Sotra utenfor Bergen, kan en vurdere å sette opp mølleparker på utsiden, helst over hav.

På innsiden av Sotra ville trolig ingen sette opp møller fordi vindstyrken er mye svakere og turbulensen sterkere. En kunne vurdere å sette møller på høydedrag over øya der vinden gjerne er sterk. Men turbulensen ville lett bli vesentlig større enn over hav. Derfor må en fraråde vindmøller i slikt terreng.

Danskene setter helst vindmøller over hav, der vinden er sterkest og turbulensen minst. I Norge bør vi gjøre det samme og satse på flatt kystterreng. Planene til Hydro om å vindmøller til havs er en utmerket løsning både for miljø og for å få ut maksimal kraft av vinden.

Jæren og vestlandskysten opp mot Stad vil kunne egne seg noen steder for tradisjonell vindkraft, men det beste området er trolig den flate skjærgården i Trøndelag og Helgeland. Lengre nord vil det trolig være færre steder som egner seg, blant annet fordi kystområdene ofte er preget av øyer med bratte, høye fjell som gir mye turbulens. Langt mot nord og til fjells kan også få problemer med ising.

Nasjonal plan
Øyene på kysten av Trøndelag og Helgeland er naturperler med rikt fugleliv. En bør likevel bygge ut vindkraft i disse områdene. Men spørsmålet er hva som kan gjøres for å verne så mye som mulig av naturen. En mulighet er oppretting av naturparker i visse områder. Til nå har planleggingen vært alt for tilfeldig. Videre utbygging av vindkraft krever en sterkere nasjonal ledelse og en nasjonal plan.

Referanser
Barstad I.& S. Grønås 2005. Southwesterly flows over southern Norway – mesoscale sensitivity to large-scale wind direction and speed. Tellus 57A, 136-152.
Barstad I. & S. Grønås 2006. Dynamical structures for southwesterly airflow over southern Norway – Sensitivity to dissipation.  Kommer i Tellus i januar.

 

Sigbjørn Grønås (sigbjorn@gfi.uib.no) er professor i meteorologi på Geofysisk institutt, UiB og representerer Bjerknessenteret for klimaforskning i styringsgruppen for RegClim.

Artikkelen er tidligere publisert i Cicerones temanummer om C02-deponering