Aan de Technische Universiteit Delft is een nieuwe windtunnel in gebruik genomen, het Wind AI Lab. Hij wordt vooral ingezet voor proeven die windparken mogelijk maken met nog hogere opbrengsten.

 

Nu de Noordzee langzaam wordt volgebouwd met windparken lijkt het misschien alsof er aan het ontwerp van zo’n windpark niets meer te verbeteren valt.

Maar niets is minder waar. In veel gevallen vangen de voorste windturbines in zo’n park een flink deel van de wind weg voor de turbines die erachter staan. ‘Waar het voor wielrenners gunstig is om in de slipstream van hun voorganger te rijden, is het bij windturbines juist andersom’, zegt hoogleraar data driven control Jan-Willem van Wingerden.

Daarbij wil je vermijden dat de turbines op de tweede en derde rij staan in het zogeheten zog van de voorste turbines, een turbulente luchtstroming waar veel moelijker energie uit te oogsten valt. Dat gaat namelijk ten koste van de totaalopbrengst van het windpark.
 

Geopend

Wat hieraan te verbeteren valt, is Ă©Ă©n van de belangrijkste onderzoeksdoelen van het Wind AI Lab aan de TU Delft, dat vandaag is geopend. Het maakt deel uit van de faculteit 3mE (Werktuigbouwkunde, Maritieme techniek & Technische materiaalwetenschappen) van de universiteit.

De windtunnel is de enige in zijn soort, zegt de TU Delft. Hij is bijzonder omdat hij bestaat uit meer dan veertienhonderd kleine ventilatoren die afzonderlijk worden aangestuurd. De fans doen wel wat denken aan de ventilatoren die achterin desktopcomputers zitten.

‘Belangrijk verschil is dat elke ventilator die je in onze windtunnel ziet zitten, bestaat uit twee stuks die tegen elkaar in draaien, om de rotatie in de windstroming op te heffen’, zegt Van Wingerden.
 

Rechts is de wokkelvormige luchtstroming te zien die op te wekken is.


 

Windprofielen maken

De nieuwe onderzoeksfaciliteit maakt bijzondere dingen mogelijk. Waar de conventionele windtunnels een homogene luchtstroming leveren, die hooguit harder of zachter kan worden ingesteld, kan de nieuwe windtunnel windprofielen maken.

Bijvoorbeeld een profiel waarbij het laag aan de grond zachter waait en de windkracht geleidelijk hoger wordt hoe verder van de grond je komt. ‘Maar ook windvlagen kunnen we inprogrammeren, en zelfs turbulentie kunnen we nabootsen’, vertelt Van Wingerden.
 

Ingewikkelde omstandigheden

Het doel hiervan: modellen van windturbines testen in meer ingewikkelde omstandigheden. Een mooi voorbeeld was te zien tijdens de officiële ingebruikname van de windtunnel, op dinsdag 18 oktober. Twee identieke modellen van windturbines staan achter elkaar om te laten zien wat het effect van de voorste op de achterste kan zijn.

Wanneer de lucht begint te stromen, gevisualiseerd door meestromende rook, begint het voorste windmolentje driftig te draaien. Ook de tweede windmolen komt in beweging, maar draait duidelijk minder snel. Doordat hij in het zogeheten zog van de voorste turbine staat, wekt de tweede maar een fractie van de energie op van de eerste, ongeveer een twaalfde.
 

De wand met meer dan veertienhonderd ventilatoren die allemaal afzonderlijk aan te sturen zijn. Dit maakt complexe luchtstromingen mogelijk.

 

Wokkelvorm

Dan drukt een medewerker van de onderzoeksgroep op een knopje en begint het rookspoor te spiraliseren; Van Wingerden spreekt van een ‘wokkelvorm’. ‘Door de wieken van de voorste turbine een beetje om hun as te laten draaien, wekt hij deze wokkelvormige luchtstroming op’, legt hij uit.

Dat ziet er niet alleen mooi uit, maar de tweede turbine begint ineens veel harder te draaien. Op een live-grafiek schiet het opgewekte vermogen omhoog. ‘Per turbine gaat de opbrengst met 20 à 30 procent omhoog. Uitgesmeerd over een heel windpark denken we zo’n 2 procent te kunnen winnen. Dat is nog steeds de moeite meer dan waard.’
 

Rotoren beetje draaien

De demonstratie is overtuigend, maar is nog maar Ă©Ă©n voorbeeld van hoe de plaatsing van turbines in een windpark de totale opbrengst kan verbeteren. Een andere truc is om de rotoren van de voorste turbines een beetje te draaien, waardoor het zog van de molens niet recht naar achteren gaat, maar schuin, en daardoor de erachter staande turbines mist.
 

Windturbines werken samen als een team

Nog verder in de toekomst zullen windparken bestaan uit drijvende turbines die zichzelf een klein beetje kunnen verplaatsen. Deze ‘slimme’ windturbines werken dan samen als een team, voorziet Van Wingerden.

‘Na onderling overleg dobbert een windturbine dan naar de meest energie-efficiĂ«nte plek op zee. Het doel is om de energieproductie te maximaliseren en de tegelijk de belasting op de windmolen te minimaliseren’, zegt hij in een persbericht.

 

Beeldmateriaal: Wind AI Lab / 3mE / TU Delft