vindenergi

En luftmængde på 1 m³, som samlet bevæger sig med hastigheden v, har en kinetisk energi på ¹/₂mv², hvor m er massen af 1 m³ luft. Energiindholdet i luften er således proportional med kvadratet på vindhastigheden.

Jo større vindhastigheden er, des større luftmængde vil ramme en flade eller passere gennem fx en vindmøllevinge pr. sekund. Luftmængden pr. sekund vil være proportional med vindhastigheden, og derfor bliver vindens effekt, dvs. den energi, der passerer en vindmøllevinge pr. sekund, proportional med tredje potens af vindhastigheden. Fordobles vindhastigheden, vil vindens effekt således ottedobles.

En stor elproducerende vindmølle bygget i begyndelsen af 2000-tallet har en rotordiameter på 100 m, en navhøjde på 100 m og en generator på 5 MW. Ved en efter danske forhold almindelig vindhastighed på 10 m/s i denne højde vil rotoren, der i areal svarer til en fodboldbane, hvert sekund blive passeret af en cylinder af luft med et rumfang, der er lig med rotorarealet gange 10 m. Da luft vejer 1,23 kg/m³ (ved havoverfladen og 15 °C), passeres rotoren hvert sekund af ca. 100 t luft, og effekten, denne luftstrøm yder, er 4,8 MW. Der er en teoretisk grænse på 59 % for, hvor meget af vindens energi en vindmølle kan udnytte (se vindmølle); i praksis kan en moderne mølle nå op på ca. 50 %. Når vinden blæser som forudsat, betyder det, at møllen i løbet af to timer producerer elektricitet svarende til årsforbruget for et typisk dansk enfamilieshus (ca. 4500 kWh).

Vindhastigheden i nærheden af jordoverfladen er meget afhængig af lokale forhold. Bygninger, træer og buske ændrer vindforholdene væsentligt. De bedste forhold for udnyttelse af vindenergi findes over åbent hav. På land karakteriseres vindforholdene i såkaldte ruhedsklasser, hvor den bedste (ruhedsklasse 1) findes, hvor der er forholdsvis fladt terræn med få huse, træer eller buske.

Til at vurdere en placerings egnethed mht. udnyttelse af vindenergi er der udviklet en beregningsmetode, som benytter såvel vindklimatologiske data som en karakteristik af lokalområdet (se vindatlas). For danske forhold blev vindenergiresursen kortlagt i 1999 i et netværk på 200 m× 200 m for højder mellem 10 og 200 m. Kortlægningen viser en variation af vindenergipotentialet med en faktor ti fra den bedste vestjyske til den dårligste østsjællandske placering. Dette forhold er ganske typisk for den geografiske variation i vindenergiresursen, som er betragtelig over såvel store som små afstande.

Et mål for den potentielle anvendelse af vindenergi er at angive den årlige elproduktion fra en vindmølle på en given placering omregnet til antallet af fuldlasttimer pr. år, dvs. det antal timer ud af årets 8766 timer, vindmøllen kan forventes at producere den maksimale effekt. I Danmark er et realistisk tal 3000 timer for en stor vindmølle på en havplacering. For en god indlandsplacering ligger fuldlasttimerne på ca. 2000, mens en dårlig placering kun vil kunne yde fuldlast nogle få hundrede timer.

Set i et globalt perspektiv er mønstret det samme: Fra nogle få hundrede timer i troperne til mere end 4000 timer på særlige vindrige placeringer som fx Den Dzungariske Port (se Dzungariet) mellem Kasakhstan og Kina, Suezbugten og Rødehavskysten i Egypten eller en bjergryg i Marokko.

Danmark bruger ca. 34 TWh (2013) elektricitet om året. I praksis sætter variationer i vindhastigheden en grænse for, hvor stor en vindandel i elproduktionen der vil være økonomisk rentabel, idet der kræves andre produktionsanlæg, der kan træde til ved vindstille eller lav vindhastighed. Fremtidige muligheder for at lagre elektriciteten fra vindrige til vindstille perioder eller omdanne elektrisk energi til en anden energiform (fx hydrogen), der kan lagres og derefter igen konverteres til elektricitet, kan øge den mulige vindkraftandel.

Medio 2014 var der i Danmark 5250 vindmøller med en samlet kapacitet på 4855 MW. De producerede 39 % af det danske elforbrug. Da de bedste indlandsplaceringer er udnyttet under hensyntagen til frednings- og andre bestemmelser, vil fremtidig udbygning af vindkraften i Danmark i stor udstrækning finde sted som vindmølleparker i lavvandede havområder.