Det sjunkande priset på solenergi får mer uppmärksamhet, men det händer också stora saker inom vindkraftstekniken. Och jag menar stort.

Matematiken för vindkraftverk är ganska enkel: Större är bättre. Det finns två sätt att producera mer kraft från vinden på ett visst område.

Det första sättet är att använda större rotorer och blad för att täcka ett större område. Det ökar turbinens kapacitet, dvs. dess totala potentiella produktion.

Det andra är att få upp bladen högre upp i atmosfären, där vinden blåser mer stadigt. Det ökar turbinens ”kapacitetsfaktor”, dvs. den mängd el som den faktiskt producerar i förhållande till sin totala potential (eller mer vardagligt: hur ofta den går).

Historien om vindkraftsutveckling har varit historien om att konstruera högre och högre turbiner med större och större blad. Det är en knepig och känslig verksamhet. Höga, magra saker som placeras i högre vindar tenderar att böja sig och böjas. När långa turbinblad böjer sig kan de krascha in i tornet, eller navet, som detta danska system gjorde 2008 efter att dess ”broms” hade misslyckats och det hade tappat kontrollen:

Den tredje tekniska utmaningen är alltså att hitta konstruktioner och material som klarar av de påfrestningar som följer med höjd och högre vindar. Dessa påfrestningar blir ganska intensiva – kolla in den här videon där ingenjörer testar ett enormt turbinblad genom att dra det fram och tillbaka med ”vikten av ungefär 16 afrikanska elefanter”.

Att göra turbinerna större och större är vad som gäller. När det gäller landbaserade (onshore) turbiner börjar den processen stöta på olika icke-tekniska begränsningar – transport och infrastruktur, problem med markanvändning, oro för utsikt, stora fåglar, skuggor etc.

Men särskilt i Europa flyttas vindkraften alltmer ut till havet. Och ute i havet, med land knappt i sikte, är den enda begränsningen av storleken teknik. Följaktligen växer vindkraftverk till havs i dag ännu snabbare än vad vindkraftverk på land har gjort under det senaste decenniet.

Ett levande exempel på den här trenden dök upp i mars 2018 (när jag först publicerade den här artikeln). GE Renewable Energy meddelade att man kommer att investera 400 miljoner dollar för att utveckla en ny monsterturbin: Haliade-X, som kommer att vara (åtminstone fram till nästa stora tillkännagivande) den största, högsta och mest kraftfulla i världen.

Det är imponerande som en teknisk bedrift, men betydelsen av att turbinstorleken ökar går långt utöver det. Större turbiner skördar mer energi, mer stadigt; ju större de blir, desto mindre varierande och mer tillförlitliga blir de och desto lättare är de att integrera i nätet. Vindkraft konkurrerar redan ut andra källor på grossistmarknaderna för energi. Efter ytterligare några generationers tillväxt kommer det inte ens att vara en tävling längre.

Vad vindkraftverk blir till

För att få ett grepp om hur stort detta nya GE-turbin är, låt oss börja med några jämförelser.

Jag ringde till Ben Hoen, en forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory för att få de senaste siffrorna om vindkraftverkens storlek. (Han betonar att detta är preliminära siffror – LBNL har en rapport om detta som kommer ut om några månader, men han förväntar sig inte att siffrorna kommer att förändras mycket, om ens alls.)

Enligt Hoen var den genomsnittliga totalhöjden (från bas till spets) för ett landbaserat amerikanskt vindkraftverk i USA år 2017 142 meter (466 fot). Medianturbinen var närmare 152 meter (499 fot). Faktum är, enligt Hoen, att medianvärdet närmar sig maxvärdet. Med andra ord verkar USA:s landbaserade turbiner med tiden konvergera mot ungefär den höjden. Varför? Därför att om man bygger högre än 499 fot kräver Federal Aviation Administration några extra steg i sin godkännandeprocess, och tydligen har de flesta utvecklare inte tyckt att det är värt besväret.

De allra högsta amerikanska landbaserade turbinerna finns vid Hancock Wind-projektet i Hancock County, Maine. Dessa – Vestas V117-3.3, om ni måste veta – är ungefär 574 fot höga.

Det är alltså onshore. Hur är det med offshore? Tja, än så länge har USA en och endast en havsbaserad vindkraftsanläggning i drift, Block Island Wind Farm utanför Rhode Island. Dess turbiner reser sig upp till ungefär 590 fot.

Hur står Haliade-X i jämförelse med allt detta? Enligt GE kommer det att bli 853 fot högt.

Det skulle, såvitt jag vet, vara det högsta vindkraftverket i världen. Såvitt jag kan se genom att googla (som sagt, dessa saker förändras snabbt) är den tidigare rekordhållaren ett 809 fot högt landbaserat vindkraftverk i Tyskland.

Högre turbiner innebär mer kraft, oftare

Höjden är dock inte det enda som spelar roll. Haliade-X kan också skryta med några andra superlativ.

Rotordiametern är ett mått på turbinbladens fulla svepning (diametern på den cirkel som de definierar). Allt annat lika innebär en större rotordiameter att turbinen kan skörda mer vind.

Under 2017, berättade Hoen, hade amerikanska vindkraftverk en genomsnittlig rotordiameter på 367 fot. Haliade-X kommer att ha en rotordiameter på 722 fot, vilket är ungefär dubbelt så mycket som genomsnittet. Bladen kommer att vara gigantiska, 351 fot långa vardera, längre än en fotbollsplan och längre, enligt GE, än något annat havsbaserat blad hittills.

Den enorma rotordiametern, plus den stabila havsvinden till havs, plus turbinen på 12 MW (på land ligger genomsnittet på cirka 3 MW, till havs på cirka 6 MW), innebär att Haliade-X kommer att ha en ovanligt hög kapacitetsfaktor.

Detta citat från Department of Energy’s 2016 Wind Technologies Market Report visar hur vindkraftskapacitetsfaktorerna har utvecklats över tid: ”Den genomsnittliga kapacitetsfaktorn 2016 bland projekt som byggdes 2014 och 2015 var 42,5 procent, jämfört med ett genomsnitt på 32,1 procent bland projekt som byggdes 2004-2011 och bara 25,4 procent bland projekt som byggdes 1998-2001.”

Till jämförelse hade USA:s kärnkraftsflotta 2016 en genomsnittlig kapacitetsfaktor på cirka 92 procent. (Med tanke på de nuvarande marknaderna är kärnkraft endast ekonomiskt lönsamt när den körs kontinuerligt, som baslast.) Kol och naturgas låg på 55 respektive 56 procent. (Naturgasen är så låg eftersom den ofta ökar och minskar sin kapacitet för att följa svängningar i efterfrågan. Kolet brukade ligga nära 80 procent, men det blir allt mindre ekonomiskt att driva kolkraftverk överhuvudtaget.)

Den moderna amerikanska vindkraften ligger alltså på 42,5 procent och naturgasen på 56 procent. Haliade-X kommer enligt GE att ha en kapacitetsfaktor på 63 procent. Det är en galen siffra, även om det inte skulle vara den högsta i världen – de flytande havsbaserade turbinerna i Hywind-projektet i Skottland nådde nyligen 65 procent.

Om man räknar ihop allt detta kommer varje Haliade-X vid en ”typisk tysk plats i Nordsjön”, enligt GE, att producera cirka 67 GWh per år, ”tillräckligt med ren el för upp till 16 000 hushåll per turbin och upp till 1 miljon europeiska hushåll i en vindparkskonfiguration med en kapacitet på 750 MW”. (Det räcker med att säga att antalet skulle vara mindre för energislukande amerikanska hushåll.) Det är ”45 procent mer energi än något annat havsbaserat vindkraftverk som finns tillgängligt idag”, enligt företaget.

Den första Haliade-X är för närvarande under uppbyggnad i Rotterdam, Nederländerna. GE sade i april att den kommer att börja producera el senare i år.

Större turbiner som körs oftare kommer att krossa alla konkurrenter

Låt oss fundera på vad dessa stigande kapacitetsfaktorer innebär för vindkraft.

Jag återkommer ofta till detta inlägg från 2015 av energianalytikern Ramez Naam om vindkraftens ultimata potential. ”Vindkraft med en kapacitetsfaktor på 60 procent”, skrev han, ”även till samma pris per kwh som i dag, skulle vara oerhört mycket mer värdefull än vad den är nu, med färre begränsningar för hur mycket av den vi skulle kunna använda.”

Varför är det så? Flera skäl.

• Desto mer varierande en källa är, desto mer backup behövs för att stärka den och göra den tillförlitlig. (I dag tillhandahålls backup oftast av naturgasanläggningar, även om batterier är på frammarsch). Genom att göra vindkraft mindre variabel och mer tillförlitlig minskar högre kapacitetsfaktorer kostnaderna för backup.
• Variabel förnybar energi (sol och vind) tenderar att ”äta sin egen lunch”. Eftersom all energi produceras samtidigt (när solen skiner eller vinden blåser) har nästa kapacitetsökning som läggs till effekten att clearingpriset sänks för alla andra ökningar. Ju mer energi som kommer igång samtidigt, desto lägre blir priset. Genom att sprida sin energi över en längre period – ungefär dubbelt så mycket som de 32 procent som turbiner av 2011 års modell har – avtrubbar och bromsar en turbin med 60 procents kapacitetsfaktor denna prissänkande effekt.
• Då en turbin med hög kapacitetsfaktor förlänger sina driftstider är det mer troligt att den producerar under efterfrågetoppar, när strömmen är som mest värdefull.

En kapacitetsfaktor på 60+ procent är inte riktigt ”baslast”, men den ser verkligen mycket mindre varierande ut. Så turbiner som Haliade-X skulle vara mer värdefulla även om priset på vindkraftsel förblev oförändrat.

Men det kommer naturligtvis inte att förbli oförändrat; det har sjunkit med 65 procent sedan 2009. I en nyligen publicerad NREL-rapport förutsågs att innovationer inom vindkraftstekniken (där större turbiner är en av många) skulle kunna sänka priset med ytterligare 50 procent fram till 2030. (Forskare vid University of Virginia arbetar på en konstruktion för ett havsbaserat vindkraftverk som kommer att vara 1 640 fot högt, högre än Empire State Building.)

Säg att nya vindkraftverk i USA kommer att nå en genomsnittlig navhöjd på 460 fot år 2025, vilket är ungefär i linje med de nuvarande prognoserna. Enligt uppgifter från NREL skulle sådana turbiner kunna uppnå kapacitetsfaktorer på 60+ procent över mer än 750 000 kvadratkilometer av USA:s territorium och 50+ procent över 1,16 miljoner kvadratkilometer.

Så mycket vind, med den kapacitetsfaktorn och med förutsebara framsteg inom vindkraftstekniken, kommer att producera el som är tillräckligt billig för att fullständigt krossa alla konkurrenter. Och 2025 är inte så långt borta.