Hoeveel bladen zijn het beste voor de productie van windenergie?
Hoeveel bladen zijn het beste voor de productie van windenergie?
De overgrote meerderheid van de windturbines die momenteel worden geïnstalleerd, hebben drie wieken. Waarom niet vier? Of twee? Of nog veel meer om zoveel mogelijk wind te vangen?
Het snelle antwoord is dat een tweebladige windturbine met een grote efficiëntie energie produceert. Met twee bladen heeft de turbine aanzienlijk minder materiaal-, constructie- en onderhoudskosten nodig. Een derde of vierde rotorblad maakt de windturbine iets efficiënter, terwijl de constructie- en materiaalkosten aanzienlijk stijgen. De vier wieken van onze historische windmolens waren overigens meer een praktische keuze.
Betz Law
Albert Betz formuleerde in 1919 de wet dat een ideale rotor maximaal 59% van de energie uit de wind kan halen. Haal je meer energie uit de wind, dan vertraagt de wind verder, waardoor de aanvoer van wind naar de turbine afneemt. Een ideale rotor heeft oneindig smalle turbinebladen, maar volgens een document dat Siemens in 2007 opstelde waarin ze onze vraag behandelen, wordt gesteld dat moderne driebladige windturbines 80% van de Betz-limiet bereiken dankzij een slim mesontwerp en een goed gekozen rotatiesnelheid. Een tweebladige turbine heeft een 5% lagere energie efficiëntie, maar levert door de lagere kosten een hoger investeringsrendement op.
Lees verder
Tweebladige windturbines hebben een aantal duidelijke voordelen ten opzichte van driebladige windturbines. Het grote voordeel van 2 bladen versus 3 bladen (en spoedaandrijvingen) is het rotorgewicht (en dus materiaal). Een 2 bladige rotor is ongeveer 30% minder zwaar dan een vergelijkbare driebladige rotor (Aerodyne engineering GmbH, 2014).
Daarnaast werken tweebladige rotoren met een hoger toerental, waardoor het koppel op de as lager is en de rotor en de gondel (waarin bijvoorbeeld de generator en de aandrijflijn zijn ondergebracht) lichter zijn. Een ander voordeel van een rotor met minder dan drie bladen is dat ze tijdens storm horizontaal kunnen worden gedraaid, zodat ze minder snel door bliksem worden geraakt.
Ook tijdens transport en constructie wint de 2-bladige rotor het van een 3-bladige. Een tweebladige rotor kan volledig voorgemonteerd en voorgetest op een scheepsdek naar een windpark worden getransporteerd (De Vries, 2011). Ook kunnen extreme belastingen aanzienlijk worden verminderd door gebruik te maken van horizontaal parkeren van de rotor (Aerodyne engineering GmbH, 2014). Door de verminderde extreme belastingen kunnen de toren en fundering lichter worden ontworpen.
sluit
Kwestie van smaak
Roberto Delgado, hoofdingenieur bij 2-B Energy: “het is een kwestie van smaak om te kiezen tussen windturbines met twee of drie bladen”. Sommigen geven gewoon de voorkeur aan modellen met drie bladen omdat ze zeggen dat ze esthetischer zijn.
Delgado wil de tweebladige windturbines nieuw leven inblazen. In de Eemshaven staat inmiddels zes jaar een tweebladige windturbine van 6 MW 2-B Energy. Door middel van individuele pitch control (IPC), die onafhankelijk de pitch van elk turbineblad regelt, kan deze windturbine een groot deel van de dynamische belasting wegnemen. Bekijk hoe onze pitching-techniek werkt https://www.windenergysolutions.nl/technologie
Stormweerbaarheid
Een groot nadeel in gebieden met de meest constante goede wind is dat ze periodiek kunnen veranderen in sterke stormen en orkanen. De meeste windturbines zijn niet bestand tegen de hoge windsnelheden die deze weersomstandigheden met zich meebrengen. 2-bladige windturbines kunnen eenvoudig snel worden neergehaald met één kraan in plaats van de twee kranen, zoals de meeste driebladige turbines vereisen.
Lees verder
WES heeft zelfs een in-board-hijskraan, welke de onderhoudskosten van de tweebladige windenergie-installaties sterk kan verlagen. Alle WES turbines kunnen worden uitgerust met een in-board-hijskraan die eenvoudig te bedienen is om de gehele technische installatie van de turbine, zonder externe kraan, binnen enkele uren te beveiligen. Op deze manier hoeven geen hoge kosten gemaakt te worden voor het leveren en gebruiken van een eventuele mobiele kraaninstallatie.
Een tweede voordeel van deze ingebouwde liftconstructie is dat inspecties aan de rotor en groot onderhoud ook zonder apparatuur van externe bronnen kunnen worden uitgevoerd. Naast de voordelen van de installatie ten opzichte van driebladige windturbines, vermindert dit de onderhoudskosten van de tweebladige windenergie-installaties aanzienlijk.
Bekijk onze animatie van de in-board-hijskraan in actie.
sluit
Voorspelling
Delgado verwacht dat zelfs turbines van 10, 12 of meer megawatt teruggaan naar het tweebladige ontwerp. Dynamische belasting is altijd beter te beheersen met een goede besturing. Volgens Delgado heeft een ontwerp met twee bladen voor een windturbine anno 2019 minder dan 3% lager rendement dan zijn tegenhanger met drie bladen met dezelfde diameter. Extra stroomopbrengst wordt gehaald uit langere turbinebladen, terwijl het voordeel van lagere constructie-, materiaal- en onderhoudskosten behouden blijft.
Lees verder
Een aantal bedrijven is begonnen met het ontwikkelen en bouwen van grote tweebladige windturbines (Schorbach en Dalhoff, 2012; Clover en Snieckus, 2014). Deze hernieuwde interesse in tweebladige windturbines wordt vooral ingegeven door de toegenomen focus op offshore windenergie. Een levelized cost of energy reduction van 10-12% wordt vermeld en in Clover en Snieckus (2014) wordt op papier een reductie van 20% genoemd voor tweebladige windturbines. De potentiële vermindering van de levelized cost of energy (LCOE) maken dat turbines met twee bladen een interessante kans zijn die fabrikanten actief onderzoeken.
sluit