Wind AI Lab wijst weg naar efficiëntere windparken op zee

De inrichting van het Wind AI Lab had wat voeten in de aarde. De geluidssterkte van de WindShape – een windmachine met maar liefst 1500 ventilatoren – is vergelijkbaar met die van een helikopter. De speciaal geplaatste scheidingswand van 5 centimeter dik glas tussen de machine en de werkplekken is dus geen overbodige luxe. Het torenhoge stroomverbruik (128 ampère) van de machine vroeg om een nieuwe aansluiting en het enorme gewicht om een plekje precies boven een draagbalk in de vloer. Nu dat is geregeld, is het aan Jan-Willem van Wingerden, expert meet- en regeltechnieken windturbines TU Delft, om te demonstreren wat het Wind AI Lab kan.

De individueel aanstuurbare ventilatoren in de WindShape creëren windvelden met verschillende snelheden en richtingen. Deze niet-uniforme windvelden geven een waarheidsgetrouw beeld, want de wind op zee is ook niet constant. “Andere windlabs houden de windstroming zo uniform mogelijk, wij maken juist turbulentie”, legt Van Wingerden uit. Ook de toepassing van de machine is uniek. “Normaal gesproken worden in dit soort windtunnels drones getest. Wij misbruiken hem voor windenergieonderzoek”, zegt hij lachend.

Zog op zee
Zodra Van Wingerden tijdens de officiële opening op 18 oktober de windmachine inschakelt, beginnen twee achter elkaar opgestelde modelturbines enthousiast te draaien. Speciaal voor de opening regelde Van Wingerden een opstelling met rook, om de windpatronen zichtbaar te maken. Als dichte mist beweegt de rook in een horizontale lijn via de voorste windmolen richting de achterste. Een monitor geeft de energieopbrengst van de turbines in een grafiek weer. De lijn van de achterste turbine blijft flink achter bij die van de voorste. Waarom genereert de achterste windmolen minder energie?

Dat komt doordat de achterste turbine last heeft van het zog van de voorste. De voorste windmolen staat vol in de wind en haalt er energie uit. Achter de voorste windmolen ontstaat het zog, een gebied waar de windsnelheid lager ligt. “Een wielrenner rijdt graag in het zog van anderen, dan heeft hij minder last van de wind”, zegt Van Wingerden. “Bij windparken heeft het een negatief effect.”

“Onze windmolens hebben ook last van zog”, bevestigt Robert Portier, woordvoerder van energieleverancier Vattenfall. “Als de onderlinge afstand tussen windturbines op zee verkleind kan worden zonder dat ze daarbij last hebben van elkaars zog, zou dat voor ons optimaal zijn. Dan hebben we minder ruimte nodig voor evenveel windturbines, wat een voordeel is op een steeds drukker wordende zee vol windparken, vissers en scheepvaartroutes.”

Windwokkel
Een manier om het negatieve effect van het zog te verkleinen is de helix-technologie. Van Wingerden laat de bladen van de voorste turbine iets kantelen en schakelt de ventilatoren weer in. In de rook achter de eerste turbine verschijnt nu een duidelijke spiraalvorm. “Deze wokkel maakt het zog kapot, waardoor de lengte van het zog korter wordt”, zegt Van Wingerden.

Doordat de bladen van de voorste turbine in een kleine hoek staan, vangen ze minder wind. De voorste turbine genereert dus minder energie, maar de achterliggende windmolen heeft op deze manier minder last van het zog. Door deze techniek toe te passen op een heel windpark neemt de totale energieopbrengst toe. De helix-technologie zal binnen windmolenpark Hollandse Kust Noord, dat in 2023 klaar moet zijn, op ware grootte worden beproefd.

Nu de opening een feit is, overheerst bij Van Wingerden een trots gevoel. “Het Wind AI Lab is een innovatie van de TU Delft. En dat we de helix-technologie binnenkort in een groot windpark kunnen testen, vind ik natuurlijk fantastisch.”

^{Als dichte mist beweegt de rook in een horizontale lijn via de voorste windmolen richting de achterste. (Foto: Sam Rentmeester)}

Carmen Geukers / Freelance wetenschapsjournalist