Met de Haliade X heeft GE de grootste windturbine ter wereld gebouwd: 245 meter hoog en een maximaal vermogen van twaalf megawatt. Bij Rotterdam test TNO de windreus. De Ingenieur ging kijken hoe dat in zijn werk gaat.
De grootste krachtpatser onder de windturbines staat gewoon in ons eigen landje. Nou ja, nog net dan, de Haliade X staat op de Tweede Maasvlakte ten westen van Rotterdam. Daar test TNO het prototype van GE Renewable Energy, met als doel om een typegoedkeuring te krijgen, zodat hij in serie geproduceerd kan gaan worden. Sinds eind vorig jaar levert hij stroom aan het net. Eigenlijk is de Haliade X bedoeld voor op zee. Het testen gebeurt echter op land, omdat hij daar beter bereikbaar is.
Voetbalveld
Een prototype dus nog, maar indrukwekkend is hij wel. Het topje van de turbine steekt 245 meter de lucht in (de serie-versie wordt 260 meter hoog). Draait de rotor op volle snelheid, dan zoeft dat topje met honderden kilometers per uur door de lucht. Zou je een enkel turbineblad op een voetbalveld leggen dan zou het een meter of zeven uitsteken. En dan zijn vermogen: onder de meest gunstige omstandigheden kan hij een elektrisch vermogen opwekken van twaalf megawatt. Hoeveel dat is? Genoeg om zesduizend waterkokers tegelijk te laten pruttelen; of om de dikste Tesla Model S – een accu van honderd kilowattuur – binnen dertig seconden helemaal op te laden.
Certificering
TNO doet in Rotterdam de metingen die GE Renewable Energy nodig heeft om de Haliade X door de onafhankelijke instantie DNV GL windturbine te laten certificeren. Tegelijk verzamelt TNO ook kennis die het kan gebruiken in de ontwerpmodellen waarmee nieuwe, grotere turbines te ontwikkelen zijn.
In juni kreeg de windturbine een voorlopig typecertificaat uitgereikt door DNV GL. ‘Dit laat zien dat het Haliade X-prototype voldoet aan de hoogste veiligheids- en kwaliteitsnormen en dat we op schema liggen om te voldoen aan de eisen voor volledige typecertificering’, stelt Vincent Schellings, engineering & product development leader bij GE Renewable Energy. ‘Door tegelijkertijd te testen in Rotterdam en in twee testcentra in de Verenigde Staten en Groot-Brittannië verkorten we de tijd die we nodig hebben om de bladen goed te laten keuren en de krachtigste windturbine ter wereld naar de markt te brengen’, aldus Schellings.
Wereldrecord
Al kort na de ingebruikname van de windturbine was de Haliade X goed voor een wereldrecord. Dankzij een winderig weekend draaide de turbine vorig jaar december 28 uur lang op vol vermogen. En in februari verbrak de windturbine zijn eigen record, tijdens de storm Ciara. ‘Dat was meteen een belangrijke testcase in onze meetcampagne’, zegt Jan Willem Wagenaar van TNO. ‘Soms moet je maanden wachten op zulke omstandigheden.’
Waar moet je allemaal op letten als je de bladen van windturbines groter wil maken? Ten eerste de interactie tussen de windstroming en de snelheid van het blad. Speciaal voor de Haliade X heeft GE Renewable Energy de bladen voorzien van aerodynamische toevoegingen: vinnen en spoilers die samen moeten zorgen voor een betere energieoverdracht van de luchtstroming op de rotor en een verlaagde luchtweerstand van het turbineblad dat door de lucht zoeft.
Koolstofvezel
Ten tweede is daar het structurele aspect van de bladen. Ze moeten enerzijds sterk genoeg zijn om niet te sneuvelen onder de windbelasting en anderzijds ook niet te star zijn, want dat kan leiden tot breuken. De materialen moeten dus licht zijn en toch sterk. Vroeger werd hiervoor enkel glasvezelversterkt composiet gebruikt. Nu is daar koolstofvezel bijgekomen. Dat is weliswaar duurder, maar ook lichter bij dezelfde sterkte. En dat is geen overbodige luxe, want de bladen van de Haliade X zijn met 107 meter lengte de langste ter wereld. ‘Om tot de juiste constante kwaliteit van de bladen te komen, hebben we ons productieproces gemoderniseerd en sterk geautomatiseerd’, vertelt Schellings van GE.
En ten slotte is er de bevestiging van het blad aan de naaf (hub) van de turbine, het hart dat ronddraait en dat de kinetische energie van de molen op een generator overbrengt. De krachten die elk blad op deze hub uitoefenen wordt ook steeds groter en de bevestiging moet dus navenant steviger zijn.
Vliegtuigvleugel
Hoewel de rotor van een windturbine van een afstandje een stijf geheel lijkt, is het dat niet. De bladen buigen, draaien en trillen onder de invloed van de natuurkrachten van de wind. Hoe langer een blad is, hoe meer het tordeert (draaiend vervormt in de lengterichting, zie de figuur links). Door dit torderen verandert de invalshoek van de wind op het blad – te vergelijken met een vliegtuigvleugel – en dat heeft weer gevolgen voor de belasting en voor de efficiëntie van de omzetting van kinetische in elektrische energie.
‘Met onze metingen willen we kwantificeren hoevéél meer een groter blad gaat torderen’, zegt Wagenaar. ‘Als je weet hoeveel torsie er is bij een bepaalde windbelasting, dan kun je in het ontwerp van een nieuwe generatie turbines en bladen daar rekening mee houden.’
MEER LEZEN OVER DE WINDREUS?
Het volledige verhaal over de tests met de grootste windturbine vind je in het augustusnummer van De Ingenieur. Koop de digitale versie voor € 7,50, of neem - met een flinke korting van 25 % - een digitaal jaarabonnement van twaalf nummers voor € 69,-.
Foto's Portpictures.nl / LM Wind Power
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.