In een R&D project dat gedeeltelijk is gefinancierd door TKI-WoZ heeft een consortium van TNO, GustoMSC, EOLFI, TU Delft, WMC en MARIN onderzocht hoe een drijvende draagconstructie voor een Verticale-As Wind Turbine (VAWT) kan worden geoptimaliseerd. Door hun lage zwaartepunt en vermogen om verticale hellingen aan te kunnen, hebben VAWT's potentieel voor drijvende toepassingen. Het geoptimaliseerde ontwerp in dit project bevestigde dit, onderbouwd door de integrale belastingsberekeningen.

Naast de bovengenoemde voordelen wordt de schaalvergroting van een VAWT niet bepaald door zwaartekracht (zoals bij lange ‘hangende’ bladen van een horizontale as windturbine) en heeft de VAWT geen kruisysteem nodig om de rotor in de wind te draaien. Er zijn echter ook uitdagingen waarvoor het consortium het project S4VAWT: Semi-Submersible Support Structure for Vertical Axis Wind Turbine heeft uitgevoerd.

Artist impression van de S4VAWT drijvende wind turbine

Het project richtte zich op de volgende hoofdactiviteiten:

  1. Aerodynamische en structurele modellering van de VAWT om de verwachte mechanische belastingen te simuleren die inwerken op de drijvende constructie
  2. Ontwerp van de rotor en controller voor een drijvende VAWT met bladverstelling
  3. Optimalisatie van de drijvende constructie voor VAWT
  4. Vereisten voor een model testcampagne in een laboratorium.

Door de verticale oriëntatie en rotatie van de bladen ontstaan grote invalshoekvariaties en blad-zog interactie. TNO ontwikkelde een nauwkeurig maar voldoende snel aerodynamisch model waarmee de mechanische belastingen van de drijvende VAWT kunnen worden berekend. Het model is gebaseerd op de free-vortex-wake methode en geïmplementeerd in de AeroModule.

Dit is een bibliotheek met aerodynamische modellen die gebruikt kunnen worden voor stand-alone analyse of gekoppeld kunnen worden aan een structural-design tool. Het model heeft lange rekentijden, maar er zijn verschillende methoden onderzocht en geïmplementeerd om de rekentijd te verkorten om tot een acceptabele snelheid te komen voor het berekenen van alle belastingsgevallen. Het model is gevalideerd aan de hand van high-fidelity numerieke methoden.

Als tweede heeft TNO een VAWT-controller ontwikkeld die het geproduceerde vermogen verhoogt en de mechanische belasting van de design-driving gevallen vermindert, zowel tijdens de normale productie als tijdens het geparkeerde overlevingsactiviteit. In het S4AWT concept is een bladverstelregeling toegevoegd vanwege het potentieel om het geproduceerde vermogen te verhogen. De grote invalshoekvariatie die de bladen zien, vermindert hun aerodynamische efficiëntie en dit kan worden beperkt door het pitchen van de bladen. Dit leidt tot een toename van de productie tot 5%.

De aanwezigheid van bladverstelactuactoren in het S4VAWT-concept maakte ook een nieuwe strategie van generatorsnelheid en vermogensregeling mogelijk. Deze aanpak maakt gebruik van onze uitgebreide kennis van besturing van horizontale-as windturbines, maar wordt toegepast in een VAWT-omgeving. Regeling van het generatorsnelheid en -vermogen met bladverstelling verlicht de mechanische belastingen op de draagconstructie en de generator.

Kortom, het werk van TNO droeg bij aan de optimalisatie van de drijvende constructie, wat leidde tot een vermindering van de staalmassa met 25% ten opzichte van een horizontaal as windturbine. Neem contact met ons op als je meer wilt weten over deze drijvende verticale as windturbine ontwikkeling.

Meer informatie is beschikbaar op de projectpagina

Naar de projectpagina
Roadmap

Naar grootschalige opwekking van windenergie

De Nederlandse overheid heeft met de energiesector afgesproken dat al in de nabije toekomst een substantieel deel van alle energie uit duurzame bronnen zal worden opgewekt. Windenergie zal voor Nederland... Lees verder
Ons werk

Haliade X: metingen aan grootste windturbine ooit begonnen

De certificeringsmetingen die TNO uitvoert zijn succesvol en hebben eraan bijgedragen dat het zogenaamde volledige type certificaat is verstrekt door DNV GL. Lees verder
Contact

Ir. Feike Savenije

  • wind turbine
  • wind farm dynamics
  • offshore wind support structures