TU Delft opent wereldwijd unieke windtunnel

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.

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.’

Droom

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.’