Tests in de VS: Nieuwe rotorbladen voor windturbines

Windenergie wordt beschouwd als een van de energiebronnen van de toekomst. Windenergiecentrales wekken elektriciteit op door het aandrijven van een generator met een grote propeller. Door hun klimaatvriendelijke eco-balans worden over de hele wereld steeds grotere, krachtigere windturbines gebouwd.

De rotorbladen moeten echter zware belastingen kunnen weerstaan, vooral in extreme windomstandigheden. Naast de centrifugale krachten die door de draaibeweging zelf worden opgewekt, zijn er ook belastingen die worden veroorzaakt door buig- en schuifkrachten. Duitse onderzoekers hebben nu rotorbladen gebouwd met een buigende torsiekoppeling op de rotornaaf. In het kader van het programma “SmartBlades-2” testen wetenschappers van het Fraunhofer Instituut voor Energiesystemen (IWES) en het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR) in Boulder/Colorado (VS) drie rotorbladen met een dergelijke koppeling. De testlocatie in Boulder is eigendom van het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory (NRL) van het Department of Energy. De locatie is gekozen vanwege de milieuomstandigheden. In de winter bieden ze een breed scala van lage tot krachtige en zeer hoge windsnelheden.

“Deze meetcampagne is de eerste test voor onze ontwikkelingen. We zijn erg enthousiast om te zien hoe onze rotorbladen in deze vrije veldtest zullen presteren”, zegt SmartBlades2 projectmanager Zhuzhell Montano Rejas van het DLR-instituut voor composietstructuren en Adaptronics.

Hoe de Smart Blades werken

Gewoonlijk wordt een windturbine geregeld door de positie van de rotorbladen ten opzichte van de luchtstroom, d.w.z. de bladhoek, aan te passen. Bij sommige modellen zijn de bladpunten ook eenvoudig aan te passen. Hierdoor kunnen de operatoren de prestaties van de turbine controleren en bijvoorbeeld overbelasting vermijden wanneer de windsnelheden te hoog zijn. Wanneer een propeller vermogen moet produceren, staan de bladen haaks op de luchtstroom. De zogenaamde zeilstand schakelt hem uit. De operatoren zetten het propellerblad als het ware in de wind, zodat een kant direct in de luchtstroom wijst. De propeller stopt dan met draaien.

De buigende torsiekoppeling bevindt zich direct bij de schroefbevestiging. Deze biedt extra flexibiliteit. De koppeling stelt de rotorbladen in staat zich automatisch aan te passen aan veranderende windomstandigheden. Ze vervormen bij hogere windsnelheden en bieden zo de luchtstroom minder oppervlakte om contact mee te maken. Dit vermindert de belasting van de windturbine en verhoogt de levensduur van de rotorbladen.

 

De voltooide testfaciliteit in Boulder/Colorado moet in het najaar van 2019 gegevens leveren.
Foto: DLR

De drie “Smart Blades” zijn ontworpen door wetenschappers van het Fraunhofer Instituut voor windenergiesystemen (IWES). Ze werden gebouwd in het DLR Centre for Lightweight Construction Technology in Stade. Tijdens de bouw werden talrijke sensoren geïnstalleerd om meetgegevens te verzamelen. “Om de vervormingen, versnellingen en spanningen van de bladen te registreren, gebruiken we verschillende meetsystemen die metingen over de gehele bladlengte mogelijk maken. De stroming rond de rotorbladen aan het oppervlak wordt geregistreerd met een aërodynamisch meetsysteem,” meldt Dr. Christian Kress, hoofd van de meetcampagne bij Fraunhofer IWES. Het Fraunhofer Instituut is verantwoordelijk voor de meetcampagne. De testgenerator van NREL was ook uitgerust met sensoren.

Daarnaast scant een lasersensor het windveld voor en achter de windturbine. Hierdoor kunnen wetenschappers zien hoe de rotor de luchtstroom beïnvloedt. De meetcampagne duurt tot de herfst van 2019. De verantwoordelijken hopen op inzichten voor zowel de verdere ontwikkeling van rotorbladen met buigende torsiekoppelingen als voor de marktintroductie ervan.