Wedstrijd alternatieve vormen van energie voor leden en niet-leden van de K VIV

Transcriptie

1 Wedstrijd alternatieve vormen van energie voor leden en niet-leden van de K VIV Voorstel Wind 07 : Windturbines met meer dan dubbele opbrengst door Eddy Thysman Tweede document met bijkomende informatie (Een nieuw soort windturbines met meer dan dubbele opbrengst voor Vlaanderen en ver daarbuiten!) Oktober 2003 Inleiding : Men verwacht voor de windturbine industrie dat er binnen 8 jaar turbines zullen zijn die meer dan 10MW produceren. Met de nieuwe designvoorstellen voor turbines met dubbele opbrengst (zie voorstel wind 02 en 06) komen we al aardig dicht in de buurt. Maar met dit voorstel wind 07 kan de kaap van de 10MW al binnen 2 jaar overschreden worden indien men echt wil. Laten we nog even naar de klassieke Enercon E-112 met een opbrengst van 4,5MW kijken. De E-112 heeft 3 rotorbladen dus elk rotorblad heeft een opbrengst van 1,5MW. Met het ontwerp van voorstel wind 06 kunnen we de opbrengst verdubbelen vermits we achteraan ook nog eens 3 rotorbladen kunnen plaatsen die meedraaien in dezelfde zin en snelheid vermits ze op dezelfde as geplaatst zijn. De rotorbladen vooraan en achteraan zijn dan 60 verschoven. Met dat ontwerp halen we dus 9MW. Indien we 4 rotorbladen vooraan en 4 rotorbladen achteraan zouden hebben, dan zouden we in totaal 8 rotorbladen met 1,5MW opbrengst hebben of een totaalopbrengst van 12MW!!! In dat geval is de verschuiving tussen de rotorbladen vooraan en achteraan 45. En waarom hebben bijna alle windturbines tegenwoordig 3 rotorbladen? Immers is het zo dat hoe meer rotorbladen er zijn, hoe meer vermogen kan gegenereerd worden. Waarom dus niet meer rotorbladen op de windmolens? Waarom hebben de meeste windmolens slechts 3 rotorbladen? Dit komt omdat het kritische punt de hub is waar de rotorbladen op bevestigd zijn. Meer dan 3 rotorbladen (die bvb elk afzonderlijk nog wat moeten kunnen draaien voor de pitch control) bevestigen op een hub wordt mechanisch ontwerptechnisch moeilijk. En hoe realiseren we deze moeilijker plaatsing van 4 rotorbladen op een hub dan in de praktijk? Hiervoor moeten we eerst goed nadenken over de mogelijkheden van bestaande ontwerpen en daar de sterke en zwakke kanten van doorgronden. 1

2 Laten we dus eens naar 2 uitersten gaan zien in windmolenland. Zie eerst de site : waar we de volgende doorsnede zien : Bespreking BONUS : De BONUS heeft een lange smalle vorm. Dit is ten eerste ongunstig als we de opbrengst willen verdubbelen door achteraan ook nog eens een hub met rotorbladen te plaatsen. Van essentieel belang is immers dat we de afstand van de gondel zo kort mogelijk houden om het windpatroon niet te verstoren voor de achterliggende set rotorbladen. De hub met 3 rotorbladen kan nog net in de hubkegel vooraan. Dit is ten tweede ongunstig omdat een ontwerp met 4 rotorbladen zeker een grotere uitvoering vereist die dan niet meer in die hubkegel past. De BONUS aanpassen met een set van 4 rotorbladen vooraan en achteraan, vereist een totaal herwerken van dit ontwerp. 2

3 En dan naar de site : waar we de volgende doorsnede zien : Bespreking ENERCON : De ENERCON heeft een korte gedrongen vorm. Dit is ten eerste gunstig als we de opbrengst willen verdubbelen door achteraan ook nog eens een hub met rotorbladen te plaatsen. Van essentieel belang is immers dat we de afstand van de gondel zo kort mogelijk houden om het windpatroon niet te verstoren voor de achterliggende set rotorbladen. De hub met 3 rotorbladen heeft nog ruimte over in de hubkegel vooraan. Dit is ten tweede gunstig omdat een ontwerp met 4 rotorbladen zeker een grotere uitvoering vereist die dan nog in deze hubkegel zou kunnen passen. De ENERCON aanpassen met een set van 4 rotorbladen vooraan en achteraan, is zeker nog doenbaar met eenvoudige ontwerpaanpassingen. Conclusie : Van uitersten gesproken!!! Duidelijk is echter dat we best vertrekken van het ontwerp van de ENERCON om twee dingen te realiseren : 1)Verdubbeling van opbrengst door een tweede set rotorbladen achteraan te plaatsen. 2)Nog meer opbrengst realiseren door op elke hub 4 in plaats van 3 rotorbladen te plaatsen. Dit met de bedoeling om een 12MW windturbine te ontwerpen, realiseerbaar binnen 2 jaar in plaats van door klassieke schaalvergroting pas over 8 jaar. 3

4 Domein en toepassingsgebied : Meer dan verdubbeling van de energieproductie uit bestaande windmolenparken door repowering. Dit is op bestaande sites de windmolens vervangen door nieuwe met meer dan dubbele opbrengst. De peilers kunnen in veel gevallen zelfs blijven bestaan als ze sterk genoeg zijn. Meer dan verdubbeling van de energieproductie bij nieuwe windmolenparken. Verschillen met bestaande systemen, sterke en zwakke punten zowel van het werkingsprincipe als van de technische uitvoering : Zie figuur Wind : We behouden de algemene afmetingen, en we plaatsen een hub E met 4 rotorbladen A1 A2 A3 A4 vooraan. En achteraan plaatsen we weer een hub D eveneens met 4 rotorbladen B1 B2 B3 B4 die 45 verschoven zijn tegenover de eerste vooraan. Alles op dezelfde centerlijn in het verlengde. Een onder hoek opstelling (vroeger door de asymmetrische opstelling) bvb enkele graden geheld is niet meer nodig. De 2 hubs houden elkaar in mooi evenwicht door de symmetrische opstelling. Aldus kunnen ze nu meer dan dubbel zo veel MW produceren per windturbine. De windrotorbladen B1 B2 B3 B4 zitten wel anders op de hub D gemonteerd daar de wind nu daar van achter komt. 4

5 Een 3D opstelling ziet men in figuur Wind

6 Voor een 3D opstelling van 10 dergelijke windturbines volgens de meest economische driehoekvorm (!) opstelling zie figuur Wind : 6

7 Uitvoering : We hernemen in feite het laatste geadvanceerde ontwerp van voorstel Wind 06 namelijk figuur Wind : 7

8 Zie figuur Wind : We passen daar het ontwerp van zie figuur Wind aan met speciale grote hubs E en D die toch nog in de grote hubkegel vooraan en achteraan passen! Op deze grote hubs kunnen 4 rotorbladen toekomen ipv 3! We zien daar een doorsnede van de gondel C. We zien daar de hoofdcomponenten. Voor een aantal onderdelen zoals onder andere het hydraulisch systeem, het yaw mechanisme, elektronische controle eenheid, koelings eenheid, enz. zal men in de gondel C ergens nog een plaatsje moeten zoeken, De windsnelheidsmeter en de windvaan kunnen bovenop de gondel gemonteerd worden. Op grote hub E komen de rotorbladen A1 A2 A3 A4 toe. Vanuit hub E vertrekt de traag draaiende as G in de gondel C. Deze as G loopt volledig door naar het andere einde en eindigt daar in de hub D met de rotorbladen B1 B2 B3 B4. Deze tweede set rotorbladen die wel anders op de hub D staan vermits de wind van achter komt, levert het tweede moment. 8

9 Vermits de voorste en de achterste set rotorbladen in feite gekoppeld zijn via de traag draaiende doorlopende as G, blijft de ingestelde verdraaiing van 45 tussen de 2 rotorbladensets altijd behouden! Het frame van de gondel C heeft links en rechts aan elke hub een lagering L1 en L2 van de traag draaiende as G. In de gondel heeft men centraal de rotor en stator als hoofdcomponent. Hierdoor kan man een zeer korte gondel hebben. Men moet er alleen voor zorgen dat de gondel niet te kort wordt zodat geen rotorbladen tegen de pijler kunnen slaan. Het geheel draait op de pijler F. Om telkens 4 rotorbladen op de hub E en D te zetten, heeft men een vergrote hub nodig waar deze 4 rotorbladen op kunnen vastgezet worden. Men kan alles mooi wegstoppen in de grote hubkegels. Voor een interessante variant zie figuur Wind : Daar is de as G vervangen door een buis G. De rotorbladen kunnen daar rechtstreeks op vastgezet worden. Eventueel kan de buis binnenin verstijfd worden met platen. Voor de rest, dezelfde onderdelen. 9

10 Zeer belangrijk : De korte afstand tussen beide sets rotorbladen en de hoekverdraaiing van 45 zorgen ervoor dat de verstoring van het windpatroon door de eerste set rotorbladen nog geen rol speelt voor de tweede set rotorbladen. Op de hierboven beschreven manier kan men de lengte van de gondel C kort genoeg houden om ervoor te zorgen dat de verstoring van het windpatroon nog geen rol speelt bij de achterliggende set rotorbladen! Geen schaalvergroting! Geen of nauwelijks nieuwe componenten! Becijfering of schatting van de efficiëntie en van de energetische impact : Meer dan verdubbeling van de windenergie productie op een eenvoudige manier! Stel nu de Enercon E-112 met een opbrengst van 4,5MW. De opbrengst zal met dit ontwerp kunnen vermeerderen tot 12MW. 10