blik op de toekomst

Nieuwe generatie windturbines: groot, groter, grootst

24 augustus 2020 • 3 min leestijd

Terwijl de metingen door TNO aan de Haliade-X, de grootste windturbine ter wereld, op de Maasvlakte nog in volle gang zijn, werken experts alweer aan de volgende generatie. Die turbines krijgen nog grotere bladen, produceren daardoor nog meer energie en brengen zo de kosten per kilowattuur omlaag. Een ongekend technologische uitdaging waarbij de natuurkundige grenzen voortdurend worden verlegd.

Meer weten?

Meer informatie over STRETCH? Neem contact op met Peter Eecen.

contact

“De lengte van de bladen is de grens van honderd meter al gepasseerd en we gaan nu richting honderdtwintig en meer. Die kun je niet zomaar produceren en installeren, want de krachten zijn bij die afmetingen onvoorstelbaar groot. Elke meter meer vergt vooraf diepgaand onderzoek en berekeningen”, vertelt Peter Eecen van de onderzoeksgroep windenergie van TNO EnergieTransitie.

Onontgonnen terrein

In het vierjarige programma STRETCH, gefinancierd door de rijksoverheid (RVO), werkt TNO nauw samen met General Electric (GE) Renewable Energy, tevens eigenaar van de Haliade-X, en hun dochterbedrijf LM Wind Power dat een uitgebreide testfaciliteit heeft in de Wieringermeer voor experimenten aan windturbinebladen. De partijen werken al langer samen in onderzoeksprojecten voor het doorbreken van aerodynamische barrières om steeds grotere turbines mogelijk te maken. De komende tijd gaat het om het verder opschalen van het rotorblad tot een diameter van zo’n 230-240 meter. Bij de Haliade-X is dat nog 220 meter. Dat betekent het betreden van onontgonnen aerodynamisch terrein. Onderzoek moet uitwijzen welke krachten bij die lengtes worden uitgeoefend en welke gevolgen dit heeft voor de belasting van de rotorhub en de daaraan verbonden bladen.

“Je kunt de bladen niet ongestraft groter maken, ze worden dan te zwaar of te duur”

Grenzen verleggen

In STRETCH buigen de experts zich over het verder verlengen van het blad en het testen van de rotorhub, het ophangpunt van de drie bladen. “Het ontwerp van de Haliade-X was al een enorme stap, maar in dit project gaan we de grenzen opnieuw verleggen”, zegt Peter Eecen. “Je kunt de turbinebladen niet ongestraft groter maken. Ze worden dan veel te zwaar of te duur en dan is het niet interessant voor fabrikanten of bouwers van windparken. De kunst is met een innovatief ontwerp te komen dat een ideale balans vormt tussen lage belasting van de constructie en hoge opbrengst tegen acceptabele kosten. Als dat lukt, gaan de kosten van windenergie per kilowattuur omlaag. Dat maakt wind op zee economisch steeds interessanter. En dat draagt weer bij aan versnelling van de energietransitie.”

Complexe technische puzzel

De grotere opbrengst door de nieuwe generatie windmolens wordt niet zozeer behaald door het gebruik van nieuwe materialen voor het vervaardigen van de lange bladen, maar bijvoorbeeld door het toepassen van add-ons: slimme toevoegingen aan het blad die de stroming van de wind rond het blad verbeteren en zo het rendement vergroten. Het is alleen wel een complexe technische puzzel. Er zijn nog geen modellen die hierin voorzien. Metingen en experimenten in de testfaciliteit gaan waardevolle gegevens opleveren om nieuwe modellen te maken waarmee fabrikanten hun ontwerpen weer kunnen verbeteren. TNO zorgt als onafhankelijke wetenschappelijke partij voor het valideren van de metingen en de aerodynamische modellen.

“Het gaat niet zozeer om nieuwe materialen maar om het toepassen van add-ons”

Testfaciliteit op ware grootte

De testbank die GE en LM Wind Power in de Wieringermeer bouwen bestaat uit de hub van een windturbine op ware grootte: het draaiende deel aan de voorzijde van de turbine waaraan de bladen worden geschroefd. De rotor krijgt zware mechanische belastingen te verwerken en de TNO-experts verifiëren de sterkte van de constructie. Daaruit is het gedrag van de rotoren, inclusief bladen en bevestigingen, te bepalen. De nieuwe generatie windturbines is gezien hun omvang vrijwel uitsluitend bedoeld voor installatie in windparken op zee.

Peter Eecen: “De testen, experimenten en berekeningen waar we nu mee zijn begonnen moeten resulteren in turbines die over een paar jaar wellicht al een plek krijgen in windparken op zee. Vanaf volgend jaar zijn er tenders voorzien voor enorme windparken als Hollandse Kust west, Ten Noorden van de Waddeneilanden en IJmuiden Ver. Onze ambitie is dat dit project resulteert in turbines die over een jaar of vijf in zee staan."

“Onze ambitie is dat de turbines over een jaar of vijf in zee staan”

Vooroplopen

TNO loopt voorop als het gaat om kennis van wind en daarbij behorende aerodynamica, sensoren, modellen en meetinstrumenten. Toonaangevende fabrikanten van windturbines maken bij hun ontwerp gebruik van de kennis en de modellen die TNO ontwikkelt. De validatiemetingen door TNO aan de Haliade-X moeten resulteren in certificering van de windturbine. Dan is deze klaar om op grote schaal te produceren en geïnstalleerd te worden in windparken op zee. Die procedure wordt straks ook doorlopen bij de volgende generatie windturbines waar TNO in STRETCH aan werkt.

Foto's: LM Wind Power

nieuwsbericht

Proeven met nieuwe generatie zonnewegdek

18 nov '21 - 3 min
Wegdek kan een rol van betekenis spelen in het grootschalig opwekken van zonne-energie. TNO werkt in het concept SolaRoad aan technieken en constructies waarbij... Lees meer

Dag van de uitvinder

9 nov '21 - 5 min
Bij TNO werken onze uitvinders al sinds 1932 aan de uitvindingen en innovaties van morgen. In het kader van de Dag van de Uitvinder staan we stil bij enkele TNO... Lees meer
innovatie

TNO’ers bestrijden de stikstofcrisis met programma Brains4Nitrogen

15 okt '21 - 4 min
Na het succes van het Brains4corona-programma, waarin TNO zich richtte op de aanpak van het coronavirus in 2020, is de organisatie nu van plan meer van deze 'Brains4x'-uitdagingen... Lees meer
innovatie

Met Brains4x van TNO versnelde innovatie op maatschappelijke uitdagingen in Nederland

15 okt '21 - 2 min
Van de coronapandemie tot aan de stikstofcrisis: Nederland staat voor grote uitdagingen. Na het succes van Brains4corona en Brains4nitrogen gaat TNO vaker challenges... Lees meer
op de werkvloer

Bekroonde prestatie: CO2-afvang toegepast

6 sep '21 - 6 min
Wat als je CO2 kon afvangen vóór deze in de atmosfeer terechtkomt? Daarmee zou de uitstoot drastisch worden verlaagd. En dan zou de mensheid een goede kans hebben... Lees meer