E-Learning

Ga aan de slag. Succes !



Innovaties op het gebied van windenergie

Windmolenbladen met haaienhuid riblets

Qlayers kan haaienhuid riblets printen waardoor de wrijvingsweerstand vermindert. Als deze microstructuur bijvoorbeeld als coating wordt aangebracht op windturbinebladen leidt dit voor een 2MW windturbine tot een extra energie opbrengst van 264.000 kWh per jaar.

Vliegende windmolens en energievliegers

Vliegers die energie opwekken. Het Britse Kite Power Systems wil op 450 m hoogte energie gaan opwekken door vliegers omdat ze veel goedkoper zijn en minder materiaal nodig hebben dan conventionele windmolens.

Windturbines in heliumballonen

Het Amerikaanse Altaeros Energies werkt aan windturbines in heliumballonen, die een hoogte van 300 tot 600 meter kunnen bereiken. De ballonen kunnen ook ingezet worden voor communicatiediensten.
Ze kunnen worden ingezet in afgelegen gebieden of op festivals en genoeg groene stroom opwekken om een dieselaggregaat te vervangen. Filmpje zie hier

Windtrechters

Deze windturbine vangt wind op via een groter trechter, die de windsnelheid vergroot. Aan het einde van de trechter bevinden zich windturbines die door de verhoogde windsnelheid meer energie opwekken.
De eerste Invelox-windturbine van Nedpower. Ze hebben geen zichtbaar draaiende onderdelen, waardoor ze veiliger zijn voor vogels.

windtrechter

Windasperges

Windmolens zonder wieken die gebruik maken van natuurlijke frequentie en vorticiteit waardoor de turbine gaar oscilleren in wervelende lucht veroorzaakt door de wind die de mast omzeilt. Die bouwt dan exponentieel op aangezien het de natuurlijke resonantie van de structuur bereikt. Het is een krachtig effect dat beroemd is geworden door de ineenstorting van de Tacoma Narrows-brug in 1940, beelden waarvan Yáñez heeft geïnspireerd om te proberen een structuur te bouwen om deze energie te gebruiken in plaats van te voorkomen.

De turbine "drijft" op magneten, die, naast een significante versterking van de oscillatie, ook wrijving elimineert en dure smeeroliën of mechanische onderdelen nodig heeft.
Zie hier.

Windenergie uit wind op 200 meter hoogte

Ampyx Power is een compact systeem dat gebruik maakt van de harde wind boven de 200 meter. Een essentieel onderdeel van dit systeem is een vliegtuig dat met een kabel aan een lier verbonden is die zich op een platform bevindt. Door het vliegtuig autonoom te laten opstijgen en hoog in de lucht patronen te laten vliegen wordt de kabel steeds uitgerold, waardoor de lier gaat draaien en als een dynamo stroom produceert.

AP4 wordt ontwikkeld voor de vervangingsmarkt van de eerste generatie offshore windturbines in Europa, als deze aan het einde van hun levensduur zijn. De bestaande funderingen kunnen hergebruikt worden om platforms op te plaatsen. Daarvandaan kunnen vliegtuigen met een katapult worden gelanceerd en met behulp van de kabel ook weer landen voor bijvoorbeeld onderhoud of reparatie. Het nieuwe systeem zal effectiever en stiller zijn dan de huidige windturbines en daarnaast goedkoper zijn en minder onderhoud vergen. Omdat het tevens een klein en handzaam systeem is zal het op veel plekken in de wereld ingezet kunnen worden. Dat kan zowel offshore, op bijvoorbeeld drijvende platforms, als onshore

Windmolen die waterstof maakt.

In de windturbine (4,8 megawatt) kan men elektrolyse-technologie inbouwen. Hierdoor kunnen er veel componenten worden weggelaten waardoor de waterstofproductie goedkoper, efficiënter en robuuster wordt. Je kan direct waterstof maken voor de industrie of in een hybride variant. Dan wordt overtollige windenergie omgezet in waterstof. Het eerste exemplaar wordt in 2019 geplaatst in het windturbine testveld van ECN in de Wieringermeer. De windmolen zal de allereerste ter wereld zijn die direct waterstof kan produceren. Bron duurzaam bedrijfsleven.

De verwachting is dat het vermogen van die molens bij elkaar zal zijn opgelopen van 1 GW nu, naar 12 GW in 2030. Dat kan hoogspanningsbedrijf TenneT nog net aan. Als er nóg meer komen, en die komen er, moeten de machtige molens worden stilgezet. Van alle energie die we gebruiken is maar 20 procent elektriciteit. De rest is voornamelijk warmte; voor de industrie en voor verwarming, vooral van woningen. Daarvoor kun je uitstekend waterstof gebruiken. En die kun je op zee maken uit windstroom. Dat is veel goedkoper dan de stroom aan land te brengen en er daar waterstof mee te maken. Het is tienmaal duurder om energie te transporteren in de vorm van elektriciteit dan in de vorm van waterstof. Een waterstofindustrie op zee kan bovendien de oplossing zijn voor de weersafhankelijke energie van zon en wind. In winterse periodes, waarin we het soms vele dagen zonder zon en met wind moeten stellen, hebben we aan de zonne- en windparken dan niks.

Opslag van stroom in grote batterijen is geen optie. Hooguit geschikt voor de opvang van de dagelijkse dipjes en bovendien veel te duur. Energie opslaan in batterijen is honderdmaal duurder dan opslaan in de vorm van waterstof. 

12 MW windmolen

Men is bezig een windmolen te ontwikkelen van 260 meter hoog, goed voor 12 megawatt en zal ongeveer 67 gigawattuur aan duurzame energie per jaar produceren. Goed voor de elektriciteitsvoorziening van ongeveer 16.000 huishoudens. Hij komt in Rotterdam te staan om te testen.

Waar is nog winst te behalen?

De prestaties en levensduur van windmolens kan worden verbeterd door geavanceerde statistiek en modelleringstechnieken voor potentieel complexe windomstandigheden. Het is belangrijk om de interactie van de wind met de turbine beter te begrijpen om de energieopbrengst te optimaliseren en de last op de turbine te verminderen. Dit kan door de turbineblad-dynamica te verbeteren, de aansturing te optimaliseren en wake-effecten (zog van andere turbines) te minimaliseren. Turbinesensoren moeten gaan aangeven of onderhoud nodig is. Ook moeten offshore wind farms goed geintegreerd worden in de stroomnetwerken door interconnectie, vraagsturing en energie-opslag. 

Drijvende windmolens in 100 m diep water
drijvende windmolens2drijvende windmolens

 

De prijs van één megawattuur energie van drijvende molens ligt nu nog op zo’n € 180en kan naar € 40 tot € 60 door schaalvoordelen.

Het eerste drijvende windmolenpark werd in 2017 in gebruik genomen door het Noorse Statoil. In 2023 moeten in totaal twaalf drijvende windparken voor een productie van 364 megawatt zorgen. De windparken staan verspreid over de Europese zeeën en zijn gefinancierd door diverse partijen.

De meeste drijvende windparken liggen in gebieden waar de zee meer dan zestig meter diep is. Een offshore windpark is daar niet economisch rendabel. De drijvende parken zijn verder makkelijk te installeren.

Drijvende platformen zijn niet alleen geschikt voor het opwekken van windenergie. Het is ook mogelijk om een zonnepark op zee te laten drijven. Een consortium van Nederlandse partijen werkt aan 's werelds eerste drijvende zonnepark op zee.

Funderingen

het hijen van de funderingen geeft erg veel geluidsoverlast. Dat voorkomen is duur. Nu heeft men een nieuwe methode bedacht. Door zand te trillen wordt het meer vloeibaar en zakt de fundering zo de grond in. Liquefractie wordt het genoemd.

Vattenfall gaat gebruik van omgekeerde suction buckets om geluidsoverlast te vermijden. Ze komen uit de olie- en gasindustrie. De enorme tonnen, van soms wel 12 meter hoog, worden aan een frame bevestigd. De windmolen wordt vervolgens op dit frame geplaatst, waardoor hij verankerd is aan de zeebodem. Door water uit de tonnen te pompen ontstaat een drukverschil, dat de tonnen in de zeebodem drukt. Dit gehele proces is zo goed als geruisloos. Ze moeten de fundering vormen van de krachtigste windmolen ter wereld: 8,4 megawatt.

suckets

Grootste windmolens (5-2017)

Uit de kust bij Liverpool staan nu 32 windmolens van 8 MW en 195 meter hoogte.  De ontwikkeling gaat misschien wel door naar 13-15 MW.

(2018) De Moray Offshore Windfarm, die 22 kilometer uit de kust van Schotland verrijst, heeft honderd enorme windmolens besteld bij MHI Vestas. De zogeheten V164-windturbines hebben een capaciteit van 9,5 megawatt per stuk, waarmee de totale capaciteit van het offshore windpark op maar liefst 950 megawatt uitkomt. Het Schotse windpark gaat stroom leveren tegen een prijs van £ 57,50 per megawattuur. Dit is een forse kostenreductie, aangezien vergelijkbare projecten, die momenteel in aanbouw zijn, stroom leveren voor ongeveer £ 140 per megawattuur.

Windmolens die zichzelf in elkaar zetten (10-2016)

Knipsel

Op de plaats van bestemming zet een 5 megawatt turbine zichzelf in elkaar. De pilaar wordt uitgeschoven en de voet komt stevig op de bodem te staan. Het eerste prototype staat inmiddels bij de Canarische eilanden.

Volgens Serna liggen de kosten voor een offshore-windpark met zelf-installerende turbines 30 tot 40 procent lager dan bij conventionele bouwmethoden. Door de onderhoudsarme constructie, gaan ook de kosten gedurende levensduur omlaag. Het systeem is bovendien geluidsarm en duurzamer dan stalen constructies.

 

 

 

 

 

 

Met deze kraan wordt het mogelijk nog grotere windmolens te bouwen.

 20 procent extra opbrengst voor offshore windpark via golven

windgolfenergie

windgolf2“Het combineren van wind- en golfenergie geeft niet alleen meer opbrengst maar maakt de stroomlevering van een windpark ook stabieler.”
Het concept van Nemos bestaat uit een drijver, die met kabels verbonden is aan de voet van een offshore windturbine en twee andere ankerpunten. Men is nu met prototypes bezig.

 

 

 

 

 

 

 

 Mini windturbine

KLeine windmolen

Onderhoudsvrije miniwindturbine met houten bladen gaat 20 jaar mee en heeft zich uiterlijk halverwege zijn levensduur heeft terugverdiend. De molen, met een prijs van rond de € 37.500, wekt jaarlijks 30.000 kilowattuur op. Mogelijk komen er 3000 in Groningen..

Wing 7

windvliegtuig

De 'Wing 7' is een kruising tussen een modelvliegtuig en een windmolen en kan tot 1.500 meter hoogte reiken. Omdat de Wing 7 deze hoogtes kan bereiken, is de vliegende windturbine in staat de dubbele energie van conventionele windturbines te genereren. Het apparaat heeft een spanwijdte van acht meter en weegt 56 kilogram. Opgewekte energie wordt via een ketting naar de grond gebracht. Het vliegtuigje kan een constant vermogen van 20 kilowattuur leveren. Dit betekent dat de Wing 7 20 kilowattuur energie kan opwekken uit wind met een snelheid van 35 kilometer per uur. Volgens de ontwerpers van de Wing 7 is de technologie ontworpen om zo efficiënt mogelijk te werken op een middenhoogte tussen 300 meter en 600 meter. De vliegende turbine zou zelfs in staat zijn om zonder subsidies te concurreren met kolencentrales. Deze leveren nu energie tegen de laagste kosten.

Windenergie door zweefvliegtuigen.

De zogenoemde PowerPlane is een zweefvliegtuig welke met een kabel vastzit aan een stroomgenerator op de grond. Het toestel gebruikt de wind om rondjes te draaien en wekt op die manier elektriciteit op. Volgens Ampyx kan de PowerPlane concurreren met opwekmethodes op basis van fossiele brandstoffen.De generator staat op de grond. Het vliegtuigje moet een paar dagen in de lucht blijven; landen en opstijgen zonder dat de mens er bij moet zijn en door brede vleugels meer stroom opwekken. Erg geschikt in dun bevolkte landen. Zie hier

IRWESIRWES

is een unit boven op een dak, in harmonie met de architectuur van het gebouw. Het systeem haalt drie windstromen binnen: de wind die rechtstreeks naar binnen waait, de wind die door de gevel van het gebouw omhoog wordt gestuwd en de wind die over het systeem waait. Deze windstromen gaan door een steeds kleiner wordende opening met grote snelheid de turbine in. Door deze versnelling is de energieopbrengst hoger en werkt het systeem ook bij weinig wind.


EwiconEwicon

Een wind’molen’ zonder bewegende onderdelen? Hij bestaat en sinds woensdag 27 maart 2013 is een model ervan te zien voor het gebouw van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI) van de Technische Universiteit Delft. De model-EWICON (Electrostatische WIndenergie CONvertor) is ontworpen door Mecanoo architecten. De techniek is ontwikkeld door TU Delft in een consortium met Wageningen UR en commerciële bedrijven* in het kader van een economie-ecologie-technologie overheidsprogramma . De baanbrekende windenergieconvertor zet windenergie om in elektriciteit zonder draaiende mechanische onderdelen. Resultaat: veel minder slijtage, lagere onderhoudskosten en geen geluidsoverlast of slagschaduw. Het maakt de turbine bij uitstek geschikt voor installatie op zee of in de stad, bijvoorbeeld op het dak van een hoog gebouw.

De model-EWICON ziet er vrij abstract uit. Een vloeiend stalen frame in de vorm van een rechthoekige -O- omhult een raamwerk van horizontale stalen buisjes. In het raamwerk worden geladen druppeltjes gecreëerd die door de wind worden weggeblazen. De beweging van de druppeltjes veroorzaakt een elektrische stroom, die aan het elektriciteitsnet afgegeven kan worden. In 2009 heeft Mecanoo de EWICON toegepast in het ontwerp van het Stadstimmerhuis 010 in Rotterdam, waar het 010-teken op het dak zou worden uitgevoerd in twee EWICON’s. Doorontwikkeling van de EWICON zal plaatsvinden als er financiering gevonden wordt voor vervolgonderzoek.

Windwheel met de ewicon techniek

windweel

In Rotterdam. Ook te zien op youtube. Men gaat er in investeren. Het moet een van de moooiste attracties van Nederland worden.

De windwokkel  

windwokkelDe bijzondere constructie zorgt ervoor dat wind wordt aangezogen. Het gemiddeld rendement ten opzichte van een normale urban propeller windmolen ligt 5 tot 8 keer hoger.

"In mijn afstudeerscriptie heb ik vergelijkend onderzoek gedaan naar verschillende typen windturbines", zegt bedenker Richard Ruijtenbeek. "Daaruit bleek dat zeven Archimedes-turbines van 30 meter hoog evenveel energie opleveren als drie moderne turbines van 124 meter hoog. Die zeven Archimedes-turbines zijn echter wel veel goedkoper, hebben veel minder effect op het landschap en zorgen voor minder geluidsoverlast. "

 

Windopslag

windopslag

Een Canadees bedrijf heeft met de Hydrostor een oplossing gevonden voor het opslagprobleem van windenergie. Het systeem slaat elektriciteit in de vorm van perslucht op in onderwaterballonnen. Energie wordt in de vorm van perslucht opgeslagen in grote luchtballonen onderwater. De opgeslagen lucht kan vervolgens worden losgelaten en omgezet in elektriciteit wanneer nodig. Een belangrijk probleem van windmolens, dat ze geen energie opwekken als het niet waait, wordt hiermee ondervangen. Opslagkosten van energie met behulp van zijn systeem 50 procent goedkoper zijn vergeleken met de opslag van elektriciteit via batterijen.Eén ballon is in staat 50 kubieke meter samengeperste lucht op te slaan. Wanneer de betrouwbaarheid van het systeem is bewezen zal er een netwerk van 140 luchtzakken zo'n zeven kilometer van de kust voor Ontario worden geplaatst. Het netwerk zou in staat zijn om 1 megawatt energie in vier uur op te slaan, genoeg om 600 huishoudens van elektriciteit te voorzien.

In Denemarken zou je in de winter met windenergie LED lampen kunnen laten schijnen die geschikt zijn om gewassen op te kweken.

 

 

 Boorplatforms en wind

Recycling en hergebruik van windmolens

Windturbines worden ontworpen voor een levensduur van ongeveer twintig jaar. Daarna worden ze ontmanteld en vervangen door grotere, betere en efficiëntere exemplaren, maar de bladen zijn vaak nog in goede staat zijn. De bladen zijn lastig te recyclen want ze zijn gemaakt van thermohardende composieten. Die bestaan uit verschillende materialen, zoals pvc-schuimkernen en balsahout, die vervolgens met glasvezel en een epoxy- of polyesterhars (thermohardende kunststoffen) worden gebonden. Een chemisch proces zorgt ervoor dat al die verschillende materialen niet meer te scheiden zijn.

Het resultaat: een sterke constructie met goede mechanische eigenschappen, die bovendien bestand is tegen corrosie. maar je kan er misschien bruggen voor fietsers en voetgangers van maken. Een constructie die over de gehele lengte wordt ondersteund door twee windturbinebladen.

Je kan ook behuizingen van een autolader maken van versnipperd composietmateriaal van windturbinebladen of meubels van kleinere stukken blad. Maar men moet de bladen ook zo gaan ontwerpen dat hergebruik goed mogelijk wordt.