ECN Windenergie: een nieuw R&D programma met internationale impact
"De ontwikkeling van windturbinetechnologie gaat anders dan die van de zonnecel. In de ontwikkeling van zonnecellen gaat alles in kleine stappen. Niet bij ons! Integendeel, een grote offshore windturbine bouwen kost € 6 miljoen, een nieuwe windturbine ontwikkelen, inclusief een demo-serie, kost € 50 miljoen. Daarom onderzoeken wij specifieke kennisgebieden die voor turbinebouwers interessant zijn, maar ontwikkelen we zelf geen turbines." Aan het woord is Theo de Lange, unitmanager van de programma-unit Windenergie.
Het ontbreken van een Nederlandse industrie voor windturbines is voor het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) aanleiding geweest voor een bezinning op de zwaartepunten van het windturbineonderzoek. Intensieve gespreksrondes met de internationale windindustrie, heeft geleid tot een onderzoeksprogramma met grote kans op daadwerkelijke toepassing.
Testing the future: proefnemingen voor het optimaliseren van onderhoud en bedrijfsvoering door de bouw van nieuwe en grote windturbines.
(Bron: Jos Beurskens)
De Lange: "In het verleden hebben we veel modellen ontwikkeld die op dit moment weinig worden gebruikt door de industrie. Daarin willen we verandering brengen. Onze ambitie is de samenwerking met de industrie stevig te verbeteren. Wij doen relatief weinig aan technologieontwikkeling maar ontwikkelen wel de noodzakelijke kennis en tools om de technologie concurrerend te maken en de kostprijs omlaag te krijgen."
Als gevolg van de heroriëntatie worden nu aërodynamische en aëro-elastische modellen voor een nieuwe generatie turbines een eerste zwaartepunt in het onderzoeksprogramma. De bestaande rekenmodellen zijn slechts beperkt geschikt voor het ontwerp van grote machines: de te gebruiken fysica moet nauwkeuriger zijn. Doel van de nieuwe modellen is, die nauwkeurigheid te bereiken en toch geschikte rekentijden te handhaven zodat industriële ontwerpafdelingen er in de praktijk ook mee kunnen werken.
Park-aërodynamica: de onderlinge beïnvloeding van turbines, vooral in grote windturbineparken.
(Bron: Sam Barhorst)
Een tweede zwaartepunt is park-aërodynamica, dat wil zeggen de onderlinge beïnvloeding van turbines, vooral in grote, nog aan te leggen, offshore parken. Zelfs windturbineparken onderling gaan elkaar beïnvloeden. Het berekenen van die invloeden is buitengewoon moeilijk maar wel essentieel. De programma-unit bezit patenten op park-regelstrategieën: deze regelstrategieën moeten nog wel in de praktijk worden bewezen. Metingen aan modellen van windturbines in een windtunnel zijn daar slecht geschikt voor, de verschillen in afmetingen zijn te groot en de uitkomsten moeilijk opschaalbaar. Experimenten in commerciële parken is echter ook weer erg lastig omdat exploitanten niet graag experimenteren met hun park. De oplossing is een schaalpark met een tiental kleine turbines in een parkopstelling. Het plan is om dit schaalpark binnen een jaar tijd te realiseren bij het ECN testveld EWTW. Daarmee kunnen experimenten en metingen gedaan worden die representatief zijn voor de situatie in grote offshore parken.
Een derde zwaartepunt in het onderzoek betreft het ontwerpen van nieuwe turbineregelingen. Door de toenemende omvang van grote offshore windturbines wordt het steeds belangrijker om meer kennis te ontwikkelen over het structuurdynamisch gedrag. Doel is dat fabrikanten op basis van die kennis turbineregelingen kunnen ontwikkelen waarmee de belastingen zo laag mogelijk gehouden worden en de opbrengst juist verhoogd wordt. In 2005 is er een groot project gestart waarin gezamenlijk met een aantal windturbinebouwers nieuwe ontwerptools en regelingen ontwikkeld worden. Een belangrijk concept in deze onderzoekslijn vormt de mogelijkheid om de rotorbladen onafhankelijk van elkaar te kunnen verstellen en dat ook nog eens meerdere keren per rotoromwenteling te doen.
In een vierde onderzoekslijn wordt gewerkt aan conditiebewakingssystemen voor windturbines en nieuwe meetsystemen. Veel van het onderzoek vindt plaats op het ECN testveld EWTW in de Wieringermeer, waar ECN de beschikking heeft over een vijftal Nordex 2,5 MW turbines. De bedoeling is, de levensduur van componenten te voorspellen, zodat deze op tijd vervangen kunnen worden en kosten worden bespaard. Tot deze onderzoekslijn hoort ook het WT Bird systeem, waarmee vogelaanvaringen gedetecteerd en geregistreerd kunnen worden en een systeem om middels optische fibers in de bladen de belastingen in rotorbladen te kunnen monitoren.
Een vijfde zwaartepunt betreft het ontwikkelen van modellen voor het optimaliseren van onderhoud en bedrijfsvoering van grote offshore windparken. In de planningsfase is het voor investeerders van belang een goede inschatting te kunnen maken van de onderhoudskosten. In de dagelijkse bedrijfsvoering zijn tools nodig die exploitanten helpen bij het ordenen van een grote hoeveelheid informatie op basis waarvan besluiten genomen kunnen worden over onderhoud en bedrijfsvoering. Tenslotte is het voor exploitanten op de lange termijn van belang om een goed zicht te hebben op komende reparatie- en onderhoudsactiviteiten. Voor zowel de dagelijkse bedrijfsvoering als voor de langere termijn worden modellen ontwikkeld. Ook in deze onderzoekslijn wordt het ECN testpark EWTW gebruikt om deze beslissingsondersteunende modellen te toetsen.
Veel van het onderzoek wordt uitgevoerd met het Kenniscentrum voor Windturbinebladen en Materialen WMC en de Technische Universiteit Delft. Daarnaast wordt in internationaal verband nauw samengewerkt met Risø, CRES en andere onderzoeksinstituten. ECN heeft in deze samenwerkingsverbanden onderzoekstechnisch een stevige positie, die gekoppeld is aan de testfaciliteiten op het ECN testveld EWTW. Ook de industrie doet volop mee met een aantal van de onderzoeksactiviteiten.
Afgelopen jaar heeft het gespannen om de toekomst van windenergie in Nederland. Wegens overtekening van de stimuleringsregeling van wind op zee dreigde even de geldkraan dicht gedraaid te worden. Uiteindelijk is toch een positieve beslissing genomen, in de vorm van een geleidelijke ontwikkeling van wind op de Noordzee. Er is een target vastgesteld van 700 MW voor 2010. Dat is een concreet en haalbaar doel dat richting zal geven aan de verdere R&D.
Theo de Lange: "De komende jaren blijven wij onze zwaartepunten verder aanpassen en verleggen om tegemoet te komen aan de R&D wensen binnen de windindustrie en de overheid. We gaan diensten exporteren en richten ons op de Europese markt. We hopen daarmee onze contacten met internationale fabrikanten te verstevigen. Qua onderzoek zijn we misschien nummer drie in de wereld. Dit is een essentiële positie die we willen vasthouden door ons internationaal verder te profileren."
Contact:
Theo de Lange
Unitmanager ECN Windenergie
Tel. 0224 - 564134
t.delange@remove-this-part-ecn.nl
