Windturbines worden steeds groter, maar daarmee groeit ook de hoeveelheid materiaal die nodig is om ze te bouwen. Nederlandse onderzoekers werken aan een oplossing: een turbine die windstoten ziet aankomen en rotorbladen waarvan de kwetsbare uiteinden eenvoudig vervangen kunnen worden. Dat moet uiteindelijk flink wat grondstoffen en onderhoudskosten besparen.
Een beschadigd rotorblad vervangen is geen eenvoudige klus. Zeker bij de enorme windturbines op zee, waarvan de bladen tientallen meters lang kunnen zijn, zijn reparaties kostbaar en tijdrovend. Bovendien zijn de gebruikte composietmaterialen lastig te recyclen. Als een blad niet meer te repareren is, levert dat een flinke hoeveelheid afval op.
Onderzoekers van de Universiteit Twente willen daar samen met We4Ce Engineering, 2-B Energy Holding en windturbinefabrikant Suzlon verandering in brengen. Binnen het project ECOWIND ontwikkelen ze drie technieken die windturbines duurzamer, lichter en onderhoudsvriendelijker moeten maken.
Alleen het beschadigde deel vervangen
Een van de belangrijkste vernieuwingen is een rotorblad met een vervangbare top. Bij traditionele windturbines vormt het rotorblad grotendeels één geheel. Dat maakt het lastig om afzonderlijke delen te vervangen wanneer die beschadigd raken door bijvoorbeeld erosie, blikseminslag of materiaalmoeheid.
Het nieuwe ontwerp krijgt daarom een losse bladpunt, die bij voorkeur gemaakt wordt van recyclebaar thermoplastisch materiaal. Wanneer het uiteinde beschadigd raakt, kan dit worden vervangen zonder dat het volledige rotorblad moet worden vernieuwd.
Dat kan niet alleen materiaal besparen, maar ook de levensduur van de turbine verlengen. De onderzoekers moeten nog aantonen hoe de constructie zich onder langdurige belasting gedraagt.
Windstoten voorspellen met laserlicht
De tweede innovatie richt zich op de besturing van de turbine. Normaal gesproken moet een windturbine reageren op veranderende windomstandigheden terwijl die zich voordoen. ECOWIND wil de turbine eerder laten ingrijpen.
Daarvoor gebruiken de onderzoekers LiDAR, een techniek die met laserlicht de beweging van lucht op afstand meet. Door de wind vóór de turbine te analyseren, kan het besturingssysteem inschatten welke veranderingen eraan komen.
Vervolgens kan de turbine de stand van zijn rotorbladen alvast aanpassen. Daarmee moet de mechanische belasting afnemen, bijvoorbeeld wanneer een plotselinge windstoot de rotor dreigt te raken. Minder extreme belasting kan ook mogelijkheden bieden om onderdelen lichter te construeren.
Tot 20 procent minder materiaal
De derde stap is het combineren van beide technieken in een nieuw ontwerp voor grote windturbines op zee, met een vermogen van 15 megawatt of meer.
Volgens de Universiteit Twente moet het project op basis van eerdere berekeningen kunnen leiden tot 20 procent minder materiaalgebruik voor de turbine en 15 procent minder voor de toren. Het gaat nadrukkelijk om doelstellingen die nog in de praktijk moeten worden bewezen.
De komende periode worden prototypes ontwikkeld en laboratoriumproeven uitgevoerd. Ook staan praktijktests gepland, onder meer bij een bestaande windturbine van 6 megawatt in de Eemshaven.
Aan de Universiteit Twente is onderzoeker Huseyin Ozdemir betrokken. Hij houdt zich bezig met de aerodynamica van windturbinebladen en onderzoekt onder meer hoe beschadiging van de voorrand de prestaties beïnvloedt. Het project krijgt financiële steun van de Europese Unie via het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling.
