Ribbe verbetert rendement windturbine

Titel	:	Ribbe verbetert rendement windturbine
Publicatie datum:	:	5 juni 2003
Trefwoorden:	:	windenergie, aërodynamisch, windturbine, bladwortel, rendement, ribbe
Zie ook:	:

ECN denkt met een eenvoudige ingreep de opbrengst van windturbines met ongeveer 1,5 % te kunnen verhogen. In samenwerking met NEG Micon zal dit najaar zal gepoogd worden de meeropbrengst aan te tonen.

Wetenschappers van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) willen een blad van een windturbine voorzien van een uitstekende rand (een ‘ribbe’), waardoor het rendement van de turbine toeneemt. Een dergelijke rand, met een dikte van slechts drie tot vijf procent van de cilinderdiameter, verandert de stroming rondom het turbineblad drastisch. De cilinder met ribbe heeft globaal dezelfde weerstand, maar door de ribbe ontstaat er een liftkracht die even groot is als die van gladde aërodynamische profielen. De opbrengst van de turbine neemt hierdoor met ongeveer anderhalf procent toe. In geld uitgedrukt levert dit voor een turbine met een vermogen van twee megawatt in tien jaar tijd een meeropbrengst van € 55.000. De buitenzijde van een windturbineblad is het meest aërodynamische deel dat het grootste deel van het rotoroppervlak doorloopt. De binnenzijde, de zogeheten bladwortel, is het deel waarmee het blad aan de naaf van de turbine is bevestigd. Het blad is hier cilindervormig. De cilindervorm wordt gekozen omdat het blad draaibaar aan de naaf verbonden wordt en omdat een cilinder constructief gezien erg sterk is. Een cilinder geeft in stromende lucht alleen weerstand en geen lift, en de cilindrische bladwortel draagt derhalve niet bij aan de turbineopbrengst. Sommige bladproducenten zeggen wel eens chargerend dat het binnendeel alleen dient om het buitendeel vast te houden. Het idee van de ribbe doorbreekt deze gedachte. Gustave Corten van ECN toont de ribbe op een schaalmodel van een windturbine Lastig meten De op het oog simpele vinding is bedacht door ECN-onderzoeker Gustave Corten. “Om fabrikanten te overtuigen van het mogelijke voordeel van de ribbe moeten we de meeropbrengst van enkele procenten experimenteel aantonen,” vertelt Corten. “Dit is geen eenvoudige opgave. De huidige windturbines zijn zo groot dat de windsnelheid aan de onderzijde van het rotorvlak vaak aanzienlijk lager is dan aan de bovenzijde. Dit komt door de atmosferische grenslaag waarvan de eigenschappen worden bepaald door de stabiliteit van de atmosfeer, de windrichting en vele andere factoren. Het gevolg hiervan is dat, als de windsnelheid op één plaats gemeten wordt, het geproduceerde vermogen bij een bepaalde windsnelheid van meting tot meting met tientallen procenten verschilt. Dit maakt het aantonen van een rendementsverbetering zo moeilijk.” De Deense windturbinefabrikant NEG Micon bleek geïnteresseerd in de gepatenteerde vinding en was bereid om een experiment te financieren. In eerste instantie werd overwogen om het experimentele ‘bewijs’ te leveren door in een rij van bijvoorbeeld tien turbines op alle oneven turbines de ribbes aan te brengen en vervolgens de opbrengst te vergelijken met de even turbines. Enige statistische analyse heeft echter aangetoond dat zelfs met deze metingen niet de benodigde nauwkeurigheid behaald kon worden. In- en uitklapbaar “Het meetprobleem hebben we inmiddels opgelost,” meldt Corten. Hij legt uit hoe het experiment nauwkeurig genoeg kan worden uitgevoerd. “Slechts één windturbine voorzien we van een ribbe die in- en uitklapbaar is. Deze ribbe zal circa één minuut omhoog staan en één minuut tegen de bladwortel aanliggen. Als de ribbe 2500 keer is in- en uitgeklapt berekenen we het gemiddelde turbinevermogen over de twee toestanden. Zo bereiken we na één week een nauwkeurigheid van een half procent. Hierdoor is het verschil tussen 1,5 of 1 procent meeropbrengst aantoonbaar.” Dit principe zou alleen nog fout gaan indien de windsnelheid precies in fase met het periodiek in- en uitklappen van de strip zou veranderen. Voor enkele wisselingen achtereen is dat denkbaar, maar het is volstrekt niet reëel dat dat gedurende 2500 wisselingen zou gebeuren. Corten: “Daarom hebben we vertrouwen in het slagen van de meting.” De meting zal worden uitgevoerd op de 2,75 MW-turbine van NEG Micon op het testpark van ECN in de Wieringermeer. De resultaten worden verwacht rond december 2003. Toelichting: Bij nieuwe turbinebladen kan de ribbe direct worden ingebouwd. De beoogde rendementsverbetering van anderhalf procent komt voor een 2 MW-turbine, die circa tien jaar in bedrijf is, neer op een extra productie van 800.000 kilowattuur. Dit is in geld uitgedrukt een meeropbrengst van €55.000. Het aanbrengen van een ribbe kost ongeveer €2500, wat voor 60 procent bestaat uit de huur van een kraan. De investering is derhalve binnen een half jaar terugverdiend. Contact: Gustave Corten ECN Windenergie 0224 - 56 4912 corten@ecn.nl