Innovaties voor de grote windturbines van de toekomst

Grenzen verleggen

TNO richt zich van oudsher op het ontwikkelen en toepassen van innovatieve ontwerpen en constructiemethoden om de natuurkundige grenzen steeds verder te verleggen. Het afgelopen decennium was TNO partner in een aantal baanbrekende EU-projecten, zoals UpWind, INNWIND.eu, en AVATAR. Het doel was aan te tonen dat grote offshore windturbines technisch haalbaar zijn. Bij INNWIND ging het om windturbines van 10 tot 20 gigawatt (GW). Er zijn verschillende innovatieve ontwerpen ontwikkeld die de zogeheten Levelized Cost of Energy (LCoE) fors hebben verlaagd.

In het project AVATAR (Advanced Aerodynamic Tools of Large Rotors) was het doel aerodynamische en aero-elastische modellen te ontwikkelen. Het leverde een reeks aan verbeteringen op van de modellen die gehanteerd worden voor het ontwerp van grote turbinebladen. Dankzij deze projecten is de industrie nu in staat de modernste windturbines te ontwerpen.

Testen en valideren

Testen en valideren op ware schaal is van het grootste belang. Voor het testen van windturbinebladen en innovatieve bladtipontwerpen, werken we samen met GE en LM Wind Power in het project STRETCH en het project TIADE. Het opschalen (stretch) van de bladlengte vergt het toepassen van andere bladconcepten, andere materialen en nieuwe methoden van bevestiging van de bladen aan de rotor. In het nieuwe testcentrum in de Wieringermeer worden tal van innovatieve concepten voor de bevestiging van bladen aan de hub in de praktijk beproefd.

In het project TIADE (turbine improvements for additional energy) brengen we allerlei veranderingen aan in het blad die de stroming rondom verbeteren en zo het rendement vergroten. We gebruiken hiervoor een van de windturbines van GE op de testlocatie Wieringermeer. Alle mogelijke factoren worden gemeten zoals de luchtstromen rond de bladen, belastingen, trillingen en meer. De verbeteringen aan de bladen valideren de onderzoekers met behulp van geavanceerde meettechnieken. Alle verkregen gegevens dienen als voeding voor onze modellen. Het gaat steeds om de ideale balans tussen lage belasting van de constructie en hoge opbrengst tegen acceptabele kosten.

Prestaties en duurzaamheid

De unieke kennis van TNO is een combinatie van expertise op de gebieden aerodynamica, aero-elasticiteit en regeling. Die richt zich op het verbeteren van de prestaties maar ook de duurzaamheid van de bladen van de windturbine. Een van de problemen is de zogeheten druppelinslag op de bladtips. Door de hoge snelheden zijn de uiteinden van de bladen onderhevig aan erosie door regenval.

Op de Noordzee loopt een groot onderzoeksprogramma waarbij TNO op strategische plekken regenval en de intensiteit ervan op verschillende hoogten meet. Die gegevens zijn van belang om de druppelslagerosie goed in kaart te kunnen brengen, evenals de effecten van de combinatie druppelinslag en snelheid van de tip van het blad. Op basis daarvan kunnen turbinebouwers maatregelen nemen, zoals verbeterde coatings, om de slijtage op voorhand tegen te gaan.

Schade door regendruppels

Met partners van het consortium GROW ontwikkelde TNO in het WINDCORE-project regelstrategieën voor windturbines om de schade aan de bladen veroorzaakt door regendruppels te beperken. Zo werd een strategie bepaald om de rotorsnelheid optimaal te regelen tijdens een regenbui. Betere controlemechanismen verlagen de onderhoudskosten en verhogen de opbrengst van de windturbines.