Drijvende windturbine balanceert op golf en wind

Gieljan de Vries

2021-05-27 11:46:38

drijvende windturbine

Een nieuw ontwerp voor een drijvende windturbine van General Electric gaat in diep water balanceren op de kracht van golven en de wind.

Twee keer zo hoog als de Domtoren in Utrecht en turbinebladen van 165 ton: de nieuwe drijvende windturbine van General Electric (GE) wordt reusachtig. De Floating Wind Turbine bouwt voort op de bestaande Haliade-X van het bedrijf en moet per eenheid twaalf megawatt aan stroom opwekken op zee.

Dankzij een zelfregelend ontwerp wordt de turbine 35 procent lichter dan concurrerende ontwerpen en kan die opereren in water van meer dan zestig meter diep, blijkt uit een presentatie aan het ATLANTIS-project van de Amerikaanse organisatie voor energieonderzoek ARPA-E. Dat maakt grote windparken mogelijk die ver van de kust staan.

Lees ook:

drijvende windturbine
Artistieke impressie van de Floating Wind Turbine van General Electric en Glosten. © Glosten

Balanceren

Een drijvende windturbine moet net als zijn staande evenknie zo stabiel mogelijk in de wind staan. Dat is minder makkelijk gedaan dan geschreven. Volgens Axelle Viré, een specialiste in drijvende windturbines aan de TU Delft die niet betrokken is bij het GE-ontwerp, zijn er allerlei uitdagingen: “Drijvende windturbines moeten werken onder ontzettend instabiele omstandigheden. De golven, de wind en zelfs het eigen kielzog trekken aan de molen.”

Hoofdonderzoeker Rogier Blom van GE, gepromoveerd bij de Delftse groep voor controle van wind op zee: “Een drijvende windturbine ontwerpen is een beetje alsof je een bus op een lange paal probeert te balanceren, die laat drijven en dan de boel stabiel wil houden terwijl de golven en de wind erop inwerken.”

“Drijvende windturbines moeten werken onder ontzettend instabiele omstandigheden”

Axelle Viré

Drijvende windturbines zijn de grootste in hun soort en juist dit type kan zich niet schrap zetten op de zeebodem als de golven ertegenaan klotsen. In plaats daarvan moeten deze windturbines continu balanceren. Een beetje zoals een windsurfer die moeiteloos in rukwinden aan haar zeil hangt terwijl haar plank over de golven stuitert (en niet zoals deze journalist de leegte in wordt gekatapulteerd).

drijvende windturbine
Prototype van GE’s windturbine Haliade-X, de basis voor de nieuwe Floating Wind Turbine van het bedrijf. © GE

Tegenkracht en tuikabels

Hoe windturbines die balans moeten vinden – actieve controle in vaktermen – staat nog lang niet vast. De Floating Wind Turbine van GE staat bijvoorbeeld op een onderzeese drijver en zit met tuikabels vast aan de zeebodem. Maar zulke passieve zekering is niet genoeg, vertelt GE’s persvoorlichter Todd Alhart: “In de gondel bovenin de molen kunnen we continu inspelen op de wind door de stand van de wieken en de tegenkracht van de stroomgenerator aan te passen. Ondertussen werkt onze projectpartner Glosten aan een systeem om de tuien live aan te spannen of te laten vieren. Zo houdt de turbine zichzelf in balans.”

Jan-Willem van Wingerden, hoogleraar in de regeltechniek van windturbines en windparken aan de TU Delft en niet betrokken bij het ontwerp van GE, is geïntrigeerd als hij hoort over het geplande regelsysteem. “Als ze simpelweg de gondelstabilisatie van een bestaande windturbine hadden gekopieerd, had het niet gewerkt.” De gondel, de drijver, de gewichten in de toren: alles reageert op elkaar. “Door de regelaar en de toren simultaan te ontwerpen kun je dat systeem toch stabiel krijgen, en zelfs met een lichtere drijver dan voorgaande ontwerpen.”

drijvende windturbine
Het Europese Floatech-project houdt bij het ontwerp van windparken op zee rekening met de invloed van molens op elkaar. Door te spelen met de turbineregeling en stand van de wieken moeten windturbines elkaar helpen opboksen tegen de golven. © Floatech

Systeemaanpak

General Electric is niet de enige speler in de markt voor wind op zee: ook concurrenten Vestas en Siemens werken aan drijvende platformen. Volgens Axelle Viré, die zelf het EU-onderzoeksprogramma STEP4WIND naar drijvende windturbines coördineert, is het beste ontwerp voor zulke machines er nog niet. “Pontons, pijlers, kabels of drijvers: alleen al voor de basis van de molen worden nog allerlei mogelijkheden onderzocht. De weg vooruit is een systeemaanpak waarbij je het hele ontwerp in samenhang verbetert. Alleen dan krijgen we het beste ontwerp met de laagste kosten.”

Jan-Willem van Wingerden is het met haar eens: “Er is nog veel te ontwikkelen aan drijvende windturbines. Niet alleen de regeling van één enkele molen: je moet ook bedenken hoe de molens in een windpark de golven breken en of ze last krijgen van elkaars kielzog. In het Floatech-project bekijken we bijvoorbeeld hoe we met radar de aankomende golven kunnen meten en deze informatie kunnen gebruiken om de turbine te stabiliseren.”

Een windturbine als een plankzeiler die een windstoot aan ziet komen aan opwaaiende druppels en op tijd zijn turbine en tuien schrap zet of de wieken bijdraait: surf’s up!

SPECS

Vermogen12 megawatt
Gewicht gondel600 ton
Gewicht turbinebladen165 ton
Hoogte gondel135 meter
Lengte turbineblad107 meter
Totale hoogte245 meter
Max. diepte zeebodem200 meter

Bronnen: General Electric, Windpower Monthly, STEP4WIND, Floatech

Beeld: GE, Glosten

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE







Meer Nieuws

KIJK Zomernummer

Haal deze extra dikke editie nu in huis!