Ons werk

Geoptimaliseerde ontwerp van de bladtip verlaagt de kosten en verbetert het rendement

In een uitdagend experiment hebben ECN part of TNO en LM Wind Power met succes bladen verlengd met een extra tip om nieuwe ontwerpen van bladen te testen in het InnoTip onderzoeksproject. Nu het project ten einde loopt, wordt duidelijk hoe deze innovatieve tipontwerpen de energiekosten aanzienlijk verlagen.

Met "shark fins", "winglets" en "turbulators" wordt verwezen naar typen tipontwerpen voor windturbinebladen - onderdeel van een innovatief onderzoeksproject met de naam "InnoTip". De bladtip is de primaire bron voor geluid, belasting en vermogen van een windturbine, dus er zijn aanzienlijke potentiële voordelen van de verdere optimalisatie van dit deel van het blad.
Met als uiteindelijke doel het verlagen van de LCoE (levelized cost of energy) door middel van een geoptimaliseerd tipontwerp, is het InnoTip onderzoeksproject gestart als een samenwerking tussen het aërodynamische team van LM Wind Power en ECN part of TNO. Tijdens dit project werden drie nieuwe tipontwerpen geleverd en werden er twee getest door het verlengen van bladen met een tijdelijke add-on tipverlenging - een uniek proces.
Onderzoek toonde aan dat de vermogenstoename van de nieuwe tipontwerpen nog beter was dan verwacht, tot zes procent in de eerste tests, bewijs dat deze nieuwe geometrieën en de veldproeven succesvol waren.

Door gebruik te maken van de inzichten heeft ECN part of TNO nieuwe manieren gevonden om het ontwerp van de bladen te veranderen en zo het rendement en de efficiëntie te verbeteren, zonder dat dit noodzakelijkerwijs hoeft te leiden tot een verandering van het structureelontwerp of de productieprocessen. We hebben deze kennis opgenomen als onderdeel van nieuwe bladontwikkelingen en kijken ernaar uit om nog beter presterende bladen op de markt te brengen. Het uitklappen en verwijderen van de bladen zonder het oorspronkelijke blad te beschadigen is zenuwslopend, want er kunnen veel dingen misgaan, maar we hebben de haalbaarheid bewezen en waardevolle kennis opgedaan.

Het optimale blad tipontwerp

Het InnoTip-project was gericht op het ontwerpen en demonstreren van drie innovatieve tips voor windmolenparken op zee. Offshore-turbines worden minder beperkt door geluidsbeperkingen, zodat er mogelijkheden zijn voor een doeltreffender ontwerp van de tips.
Het doel met de InnoTip-ontwerpen was om de jaarlijkse energieproductie (Annual Energy Production) van een offshore windmolenpark met twee procent te verhogen. Aangezien één offshore windturbine met 88,4 meter bladen 10.000 huishoudens van stroom kan voorzien, heeft zelfs een kleine toename van AEP een significante impact op het verlagen van de energiekosten. De kosten voor het produceren van bladen met verschillende tips zijn relatief klein in vergelijking met het verbeterde uitgangsvermogen, dus het InnoTip-project zou kunnen leiden tot verlaging van de kosten voor energie tot 2 procent, waardoor het gebruik van windenergie concurrerender wordt.

Left to right: The winglet, shark fin, and turbulators (courtesy of Skysurvey)



De projectpartners bedachten drie verschillende geoptimaliseerde geometrieën om te testen: een haaienvinpunt (shark fin tip), een winglet tip en turbulatoren. Elk tipontwerp heeft verschillende manieren om het rendement van de turbine te verhogen. Door bijvoorbeeld het buigen van het blad tip (winglet) wordt de lengte van het blad effectief vergroot, maar wel in een andere richting. Dit zal een aantal gunstige effecten hebben op de complexe aërodynamische verschijnselen in het tipgebied van het blad. De turbulator zorgt voor een snellere menging van het kielzog, wat gunstig is voor de turbines verder stroomafwaarts in het windpark.

Testen van de tips

Nadat de drie nieuwe tips waren ontworpen, werd het tijd om ze op de testlocatie van ECN part of TNO te testen. Het produceren van volledige testbladen met elk van de verschillende tipontwerpen is kostbaar, dus kwam het InnoTip-team met een meer praktische oplossing. In plaats van nieuwe bladen te bouwen, worden alleen de tips op de bladen die al in bedrijf waren, vervangen - bijna zoals het plaatsen van een "sok" op het uiteinde van een blad. Na de experimenten werden alle tips met succes verwijderd zonder de bladen te beschadigen, zodat de turbines veilig konden blijven werken. Voor het Innotip-project zijn vier testturbines op de ECN part of TNO testlocatie zwaar uitgerust met meetsensoren om zeer nauwkeurige gegevens te verkrijgen waarmee het werkelijke potentieel van de tips correct kan worden beoordeeld. De experimenten zijn gedaan met de side-by-side configuratie waarbij alle tips op de turbines zaten en tegelijkertijd gemeten werden voor hetzelfde windklimaat.

Milieu- en veiligheidsrisico's beheren

Omdat het zo uniek was om zo'n complex en innovatief experiment uit te voeren op een in bedrijf zijnd windpark, leverde Innotip niet alleen technische kennis en inzichten op. In verband met de veiligheid van de omwonenden van de testlocatie heeft het projectteam ook de milieu- en veiligheidsrisico's beoordeeld om een veilig experiment te kunnen uitvoeren. Wij combineren kennis van zowel technologie en bedrijfsvoering als van vergunningverlening en veiligheid.

Dr.ir. Koen Boorsma

Contact

Dr.ir. Koen Boorsma

  • wind energy technology
E-mail

VOLG TNO OP SOCIAL MEDIA

blijf op de hoogte van ons laatste nieuws, vacatures en activiteiten

Wij gebruiken anonieme cookies om het gebruik van onze site te verbeteren. Ons privacystatement is aangepast aan de nieuwe privacywetgeving in de EU.