Hoge windturbines vangen veel wind. Maar hoe hoog moeten de windturbines in windparken zijn om zoveel mogelijk windenergie te oogsten? Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben gedetailleerde computersimulaties ontwikkeld die laten zien wat de beste hoogte van de turbines is om te profiteren van sterke stromingen in de atmosfeer.

Voor de stromingen in de lucht geldt in principe, hoe hoger je komt hoe harder de wind waait. Daarnaast komt het regelmatig voor, bijvoorbeeld op de Noordzee, dat er een extra sterke luchtstroming is op hoogtes van 100 tot 150 meter. Nu windturbines steeds hoger worden, kunnen ze van die sterke luchtstroom profiteren.

De vraag is echter hoe hoog de turbines moeten zijn ten opzichte van de deze stroom. Onderzoek van wetenschappers van de Universiteit Twente laat zien dat de ideale hoogte niet altijd precies in de sterke luchtstroom is. Juist als de sterke stroom vlak boven- of onderlangs gaat, profiteert een groot windpark ervan. 

 

Minder energie

Achter elke turbine bevindt zich een zogeheten zog; de wind achter de windmolen is zwakker. Door dit effect produceren de windturbines achter de voorste rij minder energie. Daarom vangen de voorste turbines de meeste wind.

Eerdere generaties van windturbines waren ongeveer vijftig meter hoog. In dat geval is de wind het sterkst boven de turbines. Dankzij een onderdruk achter de windturbines wordt de sterke luchtstroom als het ware in de zog gezogen. Daardoor leveren de turbines achter in het windpark toch energie. ‘Zonder dit effect zouden de turbines achterin het park veel minder energie leveren’, zegt onderzoeker Richard Stevens. 

 

Op een rij

Nu de windturbines steeds hoger worden is de vraag wat er gebeurt als de windturbines even hoog zijn als de sterke windstroom of zelfs hoger. Op gelijke hoogte profiteren alleen de voorste windturbines van de sterke stroom. Gaat de sterke windstroom onder de bladen van de turbines langs, dan treedt er een soortgelijk effect op als bovenlangs. De onderdruk in de zog trekt de sterke luchtstroom omhoog. Daardoor levert het hele windpark energie.

‘Welke hoogte de turbines van een windpark moeten hebben, zal verschillen per situatie’, zegt promovendus Srinidhi N. Gadde. ‘Is er een enkele rij aan windturbines dan is het voordelig om ze precies op de hoogte van de sterke stroming te hebben.’ 

 

Nieuwe windparken

Wat de hoogte van de turbines in een groot windpark moet zijn ten opzichte van deze sterke stroomversnelling is niet alleen met deze simulaties te voorspellen. ‘Er zijn meerdere aspecten die invloed hebben op het ontwerp van een windpark’, zegt Stevens. Windstromen kunnen bijvoorbeeld veranderen door een temperatuurverschil tussen verschillende luchtlagen, waardoor verticale stromingen tot stand komen.

Het is uiteindelijk de bedoeling dit model te combineren met reeds bestaande modellen voor het ontwerpen van nieuwe windparken. 
 

Beeld: Visualisatie van de luchtstroming in een groot windpark die is gemaakt op basis van gedetailleerde computerberekeningen die zijn gedaan door Srinidhi N. Gadde op de nationale supercomputer van SURFsara in Amsterdam. De blauwe gebieden zijn de wind turbine zoggen waar de windsnelheid lager is. Beeld: Srinidhi N. Gadde