Windturbine
is de naam die
wordt gebruikt voor moderne windmolens. Deze worden meestal
gebruikt om elektriciteit (groene stroom) op te wekken, soms in
grote 'parken' met vele windturbines, bijvoorbeeld langs de A6
.
De twee
hoofdtypes windturbine zijn de horizontale asturbine en de
verticale asturbine. Windturbines met een horizontale as komen in
Nederland en wereldwijd momenteel (2006) verreweg het meest
voor.
Opbouw van een moderne windturbine met horizontale
as
Een moderne
windturbine met horizontale as bestaat van boven naar onder
uit:
-
Rotor(bladen)
-
Gondel met
daarin:
-
versnellingsbak
-
naaf
-
generator
-
krui-installatie
-
Mast met
daarin:
-
Netaansluiting
Rotor(bladen)of wieken
De bladen van
een windturbine wordt rotors of wieken genoemd. De rotor zet
bewegingsenergie van de wind om in een draaiende beweging van de
as. De wieken zijn gevormd volgens hetzelfde principe als een
vliegtuigvleugel. In tegenstelling tot wat vaak gedacht wordt is de
opbrengst van een windturbine nauwelijks afhankelijk van het aantal
rotorbladen of wieken. In Nederland gebruikten fabrikanten in
eerste instantie twee rotorbladen of wieken. Dat is een eenvoudiger
constructie. Tegenwoordig gebruiken vrijwel alle fabrikanten drie
bladen. Drie bladen belasten de mast gelijkmatiger en ogen veel
rustiger.
Bij oudere
turbines stonden de rotorbladen of wieken met een vaste instelhoek
ten opzichte van de as. Deze wieken waren zo van vorm dat bij zeer
hoge windsnelheden er turbulentie rond de bladen ontstond die de
beweging stilzette. Tegenwoordig kunnen de wieken draaien over hun
lengteas. Daardoor kunnen ze bij elke windsnelheid de optimale
stand hebben, waardoor een optimale opbrengst bereikt wordt. Bij
windsnelheden boven windkracht tien kunnen de rotorbladen
geleidelijk uit de wind worden gedraaid. Dat is minder belastend
voor het elektriciteitsnet dan het plotselinge afschakelen van
overtrekbeveiligde turbines en vergroot de opbrengst. Deze
installatie wordt ook de pitch genoemd; aan de binnenzijde van de
rotorbladen zit een tandwielprofiel die met een kleiner tandwiel,
waar een elektromotor aan bevestigd is, wordt verdraaid.
De rotorbladen
of wieken zijn altijd naar de wind toegekeerd. Er is ook
geëxperimenteerd met zogenaamde downwindmachines maar die hadden
als nadeel dat de bladen zich dan in het zog van de mast bevinden.
De turbulentie in dit zog vermindert de opbrengst en zorgt voor
extra veel geluid. Bovendien zorgt de asymmetrische belasting van
de wieken voor versnelde slijtage.
Op het
Noordelijk halfrond draaien de meeste moderne molens rechtsom (met
de wijzers van de klok mee), bezien met de wind in de rug. Dit
geeft een extra rendement, omdat de wind met het stijgen van de
hoogte ruimt, tussen de boven- en onderkant van de draaicirkel van
de rotorbladen kan de windhoek zo'n 5 tot 20 graden
verschillen.
Gondel
De gondel is de
behuizing op de mast waarin zich de meeste apparatuur bevindt.
Steeds meer fabrikanten geven hun gondel een aerodynamische vorm om
zo de opbrengst verder te vergroten. De gondel is als het ware het
brein van de windturbine.
Tandwielkast
De
rotatiesnelheid van de rotor is eigenlijk te laag om de generator
op de noodzakelijke 50 Hz te laten draaien. De meeste windturbines
hebben daarom een tandwielkast. Deze tandwielkast werkt als een
versnellingsbak. Sommige windturbines hebben een zogenaamde
ringgenerator.
Naaf
Verbinding
tussen de bladen en de as.
Generator
De generator zet
de beweging van de as om in elektriciteit. Het is eigenlijk niets
anders dan een grote dynamo.
Krui-installatie
De
krui-installatie zorgt ervoor dat de rotor steeds naar de wind
gericht blijft. Soms kan het voorkomen dat de wind een paar keer in
dezelfde richting helemaal rondgedraaid is. Het mechaniek volgt de
wind. Om te voorkomen dat de kabels in de mast dan teveel in elkaar
draaien draait de gondel dan een paar keer om zijn as tot de kabels
weer goed hangen.
Mast
In Europa zijn
vrijwel alle masten gesloten metalen cilinders. Vakwerkmasten zoals
van elektriciteitsmasten zijn ook mogelijk. Die worden bijvoorbeeld
op het platteland van India gebruikt waar de wegen niet goed genoeg
zijn om de grote onderdelen van gesloten masten mee te
vervoeren.
Netaansluiting
Tot het einde
van de jaren negentig waren de generators direct op het
elektriciteitsnet aangesloten. Zo'n aansluiting is eigenlijk alleen
mogelijk met een klein percentage windenergie in combinatie met een
net met voldoende conventionele capaciteit om de frequentie van het
net constant te houden. Vandaag de dag maken vrijwel alle
fabrikanten gebruik van zogenaamde variabele snelheidstechnologie.
Dat houdt in dat een deel of alle stroom van de generator via een
AC-DC-AC-omvormer wordt geleid. De windturbine geeft daardoor
stroom met de gewenste frequentie af, zonder dat gewone centrales
zogenaamde blindstroom hoeven te leveren. Met zo'n aansluiting kan
de snelheid van de rotor variëren.