De wind is nooit constant en varieert continu, zowel in ruimte als in tijd. Daarnaast worden windmolens steeds groter, en is de windsnelheid nooit gelijk op ieder stukje rotor – het ronddraaiende deel van een windturbine. Het is daarom belangrijk om experimenten te verrichten met niet-uniforme windvelden: velden waarin de windsnelheid niet gelijk is op iedere plek. Met de opening van het Wind AI Lab van de TU Delft, een wereldwijd unieke windtunnel, wordt dit mogelijk. Dat meldt de TU Delft.
Windtunnels zijn grote buizen waar lucht doorheen blaast. Ze worden vaak gebruikt om de interactie na te bootsen tussen lucht en een schaalmodel van een object. Toch vertelt een “gewone” windtunnel maar een deel over hoe lucht reageert op windturbines, legt Jan-Willem van Wingerden uit die aan de TU Delft onderzoek doet naar het optimale ontwerp van een windpark, en hoe er zoveel mogelijk energie uit te halen.
Experimenten uitvoeren met niet-uniforme windvelden
Van Wingerden: "Met de huidige windtunnels kunnen we de windsnelheid in zijn geheel laten toe- en afnemen, maar de snelheid is altijd vrijwel gelijk in zo’n ruimte. Doordat windmolens steeds groter worden – met soms wel een diameter van 220 meter – is de windsnelheid nooit op iedere plek van het ronddraaiende blad gelijk. Daarom is het belangrijk dat we experimenten kunnen uitvoeren met niet-uniforme windvelden. Ons gloednieuwe Wind AI Lab maakt dit mogelijk. In dit lab staat een enorm apparaat dat bestaat uit allerlei kleine ventilatoren, die los van elkaar aangestuurd kunnen worden. Op die manier kun je zwakke tot stormachtige winden nabootsen, en dus veel leren over het vergroten van de energie-efficiëntie van windturbines en dus windparken."
Zog
Om nieuwe controle- en operationele strategieën van drijvende windturbines en -parken te valideren, zijn specifieke windtunnelexperimenten nodig. Eén van de dingen waarnaar wordt gekeken in het Wind AI Lab is zog. Van Wingerden: "De energie die wordt onttrokken aan de wind leidt tot een sterke afname van de windsnelheid vlak achter de turbine. In het zog, een gebied tot enkele honderden meters achter de turbine, herstelt de wind zich echter geleidelijk naar de windsnelheid die er zou heersen zonder windturbines. Dat windturbines last van elkaar hebben, is dus onvermijdelijk, maar je kunt bij het ontwerp van een windpark er wél voor zorgen dat de turbines minder hinder van elkaar ondervinden en de energieverliezen beperkt blijven. Daar proberen wij met slimme regeltechnieken iets aan te doen. Zo kan je bijvoorbeeld het zog sturen door een turbine een klein beetje te kantelen ten opzichte van de wind. Het effect hiervan is dat het zog achter de turbine gedeeltelijk, of geheel, om de volgende turbine heen wordt geleid. Door deze scheefstand wek je op individueel turbineniveau minder energie op, omdat de turbine niet frontaal met de rotor in de wind staat, maar voer je deze optimalisatie uit voor iedere windrichting, en daarmee voor alle turbines in het park, dan boek je wél energiewinst."
Floating Renewables Lab
Dat de TU Delft sterk inzet op windenergie is overigens niet nieuw. Zo opende de universiteit, in april van dit jaar, al het Floating Renewables Lab: een labfaciliteit die alle elementen uit de drijvende windturbineketen en andere offshore hernieuwbare energiebronnen, met behulp van numerieke modellen en AI, aan elkaar knoopt. Het gloednieuwe Wind AI Lab is daar een belangrijk onderdeel van.
Kort na de opening van het Floating Renewables Lab lieten de regeringsleiders van de Noordzeelanden – Nederland, Denemarken, Duitsland en België – overigens weten het aantal windmolens op zee drastisch te gaan verhogen. De capaciteit moet in 2030 65 gigawatt bedragen en 150 gigawatt in 2050. Dat laatste is een vertienvoudiging van de huidige capaciteit. Volgens Van Wingerden een onvermijdelijke ontwikkeling: "Recordtemperaturen, overstromingen, smeltend zee-ijs, harde wind: radicale weersomstandigheden komen steeds vaker voor en hebben een verwoestend effect op ons leven. Gebeurt er niets, dan is onze planeet – binnen mum van tijd – nagenoeg onleefbaar. Het is dan ook niet zonder reden dat de TU Delft, die dit jaar 180 jaar bestaat, enorm inzet op het versnellen van de energietransitie. Met zo’n duidend energiewetenschappers is de TU Delft een van de grootste onderzoeksinstituten in Europa is op dit gebied. Met het Wind AI Lab dragen wij daaraan bij."
Energieproductie maximaliseren
De ultieme wetenschappelijke droom van Jan-Willem van Wingerden? "Nu staan windturbines op zee nog keurig in een rij. Maar in 2030 moet dat allemaal anders zijn. Vanaf dan werken “slimme” windturbines samen als een team: na overleg met de rest dobbert een windturbine naar de meest energie-efficiënte plek op zee. Vergelijk het met slimme, zelfrijdende auto’s. Het doel is dus om de energieproductie te maximaliseren, en tegelijk de belasting op de windmolen te minimaliseren."
Door: Nationale Onderwijsgids
