Monsterlijk grote windturbine maakt goedkope groene energie mogelijk

De typische windturbine, zoals je die op vele plaatsen ter wereld in velden, op bergen en in de zee ziet, heeft wieken van ongeveer 50 meter lang. Een dergelijke windmolen levert ongeveer één a twee MW aan elektriciteit op. Om efficiënt te zijn moet een windturbine op een consequent winderige plaats staan, en de zee is in dat geval perfect. Het is niet voor niets dat België de Thornton-zandbank voor de kust in de Noordzee vol turbines plaatste.

Groter is goedkoper

Turbines bouwen in zee is weinig verrassend duurder dan de dingen neerpoten op vaste grond. Om aantrekkelijk en rendabel te zijn moet zo’n molen meer energie opleveren, liefst met minder onderhoudskosten. De oplossing: grotere molens. Als je toch een windturbine in de zee gaat plaatsen, kan je er net zo goed een groot exemplaar van maken.

Hoe groter de molen, hoe groter de kracht van de wind op de wieken. Die wieken moeten sterk en vooral rigide zijn. Zijn ze te flexibel, dan dreigt metaalmoeheid. Klassieke wieken worden praktisch onbetaalbaar voor windturbines die meer als 10 tot 15 MW moeten opleveren. Hoe groter de wiek, hoe meer materiaal er nodig is om ze rigide te houden.

50 MW

Dat Arpa-E, het DARPA van de groene energie, een betaalbare, rendabele en sterke windturbine wil die 50 MW oplevert, lijkt dan ook niet meteen haalbaar. Tenzij je het design over een andere boeg gooit natuurlijk.

Een onderzoeksteam geleid door de universiteit van Virginia ontwierp met de hulp van enkele andere universiteiten maar ook bedrijven zoals General Electric en Siemens een windturbine die aan de vraag van Arpa-E voldoet. De vooropgestelde turbine heeft wieken van maar liefst 200 meter lang, tweeëneenhalve keer langer dan de grootste windturbinerotor die vandaag bestaat.

Palmboom

De gigantische turbine kan in theorie zelfs orkanen overleven, met dank aan de palmboom. Onderzoekers haalden hun inspiratie bij de manier waarop die boom tropische stormen overleeft. Eerst en vooral staat de grote turbine achterstevoren in vergelijking met klassieke exemplaren. Vervolgens bedachten de ingenieurs een systeem met gesegmenteerde wieken. De rotor zelf kan op enkele scharnierpunten plooien, maar de individuele rotorstukken zijn wel rigide.

Hoe harder de wind blaast, hoe meer de rotor meebuigt met de wind. Steekt er een te grote storm op, dan plooit de hele rotor dicht. Vandaag worden windmolens ook stilgelegd wanneer de windsnelheid toleranties overschrijdt, maar omdat de wieken van het nieuwe ontwerp zo groot zijn, zou dat niet volstaan.

Haalbare constructie

Bovendien maakt een gesegmenteerd ontwerp het transport en de constructie van de windturbines eenvoudiger. Misschien zag je ’s nachts al eens een vrachtwagen met een rotor over de autosnelweg rijden. Dan kan je je wel voorstellen er beperkingen zijn aan het formaat van rotor dat überhaupt verplaatst kan worden.

De grote flexibele windmolens zullen nog niet meteen voor onze kustlijn verschijnen, maar naar de toekomst is het design veelbelovend. De grote investeringen versus de rendabiliteit van een off-shore windmolenpark schrikken investeerders vandaag nog af, maar als de stroomopbrengst van een gans park met 200 klassieke windmolens geëvenaard kan worden door vijf grotere exemplaren, dan ziet windenergie op zee er plots een stuk aantrekkelijker uit.