Een windturbine hoeft niet altijd perfect op de wind gericht te staan om optimaal te presteren. Onderzoekers tonen aan dat een slimme aanpassing van de draaisnelheid juist bij een scheve windinval extra vermogen kan opleveren — en dat kan bestaande windparken zonder grote hardware-ingrepen rendabeler maken.
Windturbines zijn ontworpen om zich zo goed mogelijk naar de wind te draaien. Toch staan ze in de praktijk vrijwel nooit exact goed. Wind verandert voortdurend van richting, terwijl een turbine tijd nodig heeft om daarop te reageren. Juist in die korte periodes van verkeerde uitlijning blijkt meer winst te zitten dan gedacht.
Scheef in de wind zorgt soms voor meer vermogen
Onderzoekers van onder meer MIT, Princeton University en Queen’s University ontdekten dat het vermogensverlies bij zo’n zogenoemde yaw misalignment deels kan worden gecompenseerd door de rotatiesnelheid van de rotor aan te passen.
Daarmee verandert de tip-speed ratio: de verhouding tussen de snelheid van de bladpunten en de windsnelheid. Een turbine die scheef op de wind staat kan onder bepaalde omstandigheden méér vermogen leveren dan dezelfde verkeerd uitgelijnde turbine met de traditionele regeling. Niet de scheve stand zelf zorgt dus voor extra energie, maar het feit dat de turbinebesturing zich slimmer aan die situatie aanpast.
Windturbine van 15 centimeter onder extreme druk
Om dat betrouwbaar te testen gebruikten de onderzoekers een windturbine met een diameter van slechts 15 centimeter in een bijzondere windtunnel.
De druk daarin kon oplopen tot 240 atmosfeer. Door de veel hogere luchtdichtheid ontstaat in het kleine model stromingsgedrag dat beter overeenkomt met veel grotere windturbines in de buitenlucht. Dat lost een bekend probleem bij windtunneltests op. Een simpel verkleind model gedraagt zich namelijk niet automatisch hetzelfde als een echte turbine met rotorbladen van tientallen meters.
Meer stroom zonder nieuwe turbines te bouwen
Volgens de onderzoekers kan een combinatie van een betere uitlijning, aangepaste bladhoeken en een optimaal gekozen rotatiesnelheid potentieel tienduizenden dollars extra omzet per turbine per jaar opleveren.
Voor operators is vooral interessant dat een deel van die winst mogelijk uit software en aangepaste regelstrategieën komt. Er hoeven dus niet noodzakelijk grotere rotoren, nieuwe generatoren of compleet nieuwe turbines te worden geplaatst.
Die extra stroom is eigenlijk maar bijzaak
De experimenten valideerden bovendien een nieuw MIT-model waarmee ingenieurs het gedrag van turbines onder uiteenlopende omstandigheden kunnen voorspellen. Het model is licht genoeg om op een gewone laptop te draaien.
Dat kan de ontwikkeling van windenergie versnellen. Tests waarbij echte windturbines maandenlang bewust anders worden aangestuurd zijn duur en afhankelijk van grillige weersomstandigheden. Een combinatie van hogedrukwindtunnels en snelle simulatiemodellen biedt een veel gecontroleerdere tussenweg.
De grootste winst zit daarom mogelijk niet alleen in een paar procent extra stroom, maar in een veel snellere manier om te ontdekken hoe bestaande én toekomstige windturbines slimmer kunnen worden aangestuurd.
