Technisch nieuws Ontwikkelingen in de technische sector

Goede vraag, waarom hebben windturbinus 3 bladen?

‘Het snelle antwoord is dat een driewieker het ideale compromis is tussen efficiëntie, dynamische stabiliteit, esthetiek en materiaal-, constructie- en onderhoudskosten’, aldus Rob Kuilboer, salesmanager bij Siemens Gamesa Renewable Energy. ‘Een vierde rotorblad maakt de windmolen marginaal efficiënter, terwijl de bouw- en materiaalkosten flink toenemen. De vier wieken van onze historische windmolens betrof overigens meer een praktische keuze: twee boomstammen.’

Albert Betz formuleerde in 1919 de wet dat een ideale rotor maximaal 59 % van de energie uit de wind kan halen. Als je meer energie uit de wind haalt, de wind verder vertraagt, vermindert dat de aanvoer van wind richting de turbine. Een ideale rotor heeft oneindig veel oneindig smalle turbinebladen, maar volgens een document dat Siemens al in 2007 opstelde waarin ze onze vraag behandelen, staat dat moderne driebladige windturbines door een slim bladontwerp en een goed gekozen rotatiesnelheid tot 80 % van de Betz-limiet komen; een tweewieker zou 5 % minder efficiëntie halen.

Een tweebladige windturbine is eenvoudiger en goedkoper te bouwen, maar kent tijdens de rotatie in tegenstelling tot een turbine met drie of meer bladen verschillende traagheidsmomenten langs de verticale as, de as waar de gondel omheen draait om de turbine naar de wind te richten. Wanneer de wieken horizontaal staan kost het meer moeite om de turbine te richten dan wanneer de wieken verticaal staan. Vooral bij turbulente wind levert dit het onwenselijke yawing, gieren, op, wat weer leidt tot extra belasting van de turbineonderdelen. Dit gieren zou je tegen kunnen gaan door een scharnierende hub te gebruiken. De hub is het turbineonderdeel via welke de bladen aan de as bevestigd zijn. Maar een zwaar scharnierend en roterend extra onderdeel toevoegen aan het ontwerp is weer duur en complex.

Kwestie van smaak

Een tweebladige windturbine moet sneller draaien om minder wind werkloos tussen de wieken door te laten glippen, en is mede daardoor een onrustiger element in het landschap dat bovendien meer geluid produceert. Volgens Roberto Delgado, principal engineer bij 2-B Energy, is dat een kwestie van smaak en voor offshore windturbines irrelevant. Delgado wil de tweebladige windturbines nieuw leven inblazen. Inmiddels staat er al zes jaar een tweebladige 6 MW-windturbine van 2-B Energy in Eemshaven. Via individual pitch control (IPC), het onafhankelijk regelen van de pitch van elk turbineblad, kan deze windturbine veel van de dynamische belasting wegnemen. Delgado: ‘bovendien staat de turbine downwind opgesteld, dus blijft deze vanzelf in de juiste oriëntatie ten opzichte van de wind staan, waar conventionele turbines actief in de wind gedraaid moeten worden.’

Volgens 2-B Energy is het optimalisatievraagstuk nog niet opgelost voor steeds grotere turbines. Delgado: ‘ik voorzie dat turbines van 10, 12, of meer megawatt teruggaan naar het tweebladig ontwerp. Dynamische belasting valt steeds beter in de hand te houden met goede aansturing.’ Volgens Delgado heeft een tweebladig ontwerp voor een windturbine anno 2019 een minder dan 3 % lagere efficiëntie dan zijn driebladige evenknie met dezelfde diameter. Extra elektriciteitsproductie haal je dan uit langere turbinebladen, terwijl je nog steeds kan blijven profiteren van lagere bouw-, materiaal- en onderhoudskosten. We zullen zien of de tweebladige Lagerweytjes uit de jaren '80 op termijn grote broers krijgen op de Noordzee.