Wedstrijd alternatieve vormen van energie voor leden en niet-leden van de K VIV Voorstel Wind 03 : Windturbines met flexibeler opbrengst door Eddy Thysman Tweede document met bijkomende informatie (Een nieuw soort windturbines met flexibeler opbrengst voor Vlaanderen en ver daarbuiten !) Augustus 2003 Inleiding : Als we nadenken over de opbrengst van windmolens , dan is een veel voorkomend probleem bij de keuze van de grootte van windmolens , de flexibiliteit van de wind . Inderdaad , stel nu dat we een plaats hebben waar we een windmolen willen bouwen . Gans het jaar door waait er bvb een matige wind . Die kunnen we gans het jaar door benutten dmv een kleine windmolen . Maar een gedeelte van het jaar waait er ook een steviger wind . Die zouden we kunnen benutten dmv een grotere windmolen . Zo komen we aan het probleem van de flexibiliteit van de wind : Bouwen we een kleinere windmolen , dan blijft veel waardevolle wind onbenut . Bouwen we een grotere , dan staat die een deel van het jaar er werkloos bij . Wat bouwen we nu ? Wat we ook bouwen , een kleine windmolen of een grotere , het is duidelijk dat we er niet in zullen slagen om een volledige benutting van de wind te realiseren op die bepaalde plaats . We willen nu een windmolen ontwerpen die dit probleem van de flexibiliteit van de wind aanpakt . Een windmolen die zowel de matige wind (gans het jaar door) benut , maar ook de steviger wind (in een gedeelte van het jaar) . Domein en toepassingsgebied : Een aanpak van het probleem van de flexibiliteit van de wind . Voor dit probleem is tot nu toe nog geen oplossing . We zullen een windmolen ontwerpen die zowel de matige wind (gans het jaar door) benut , maar ook de steviger wind (in een gedeelte van het jaar) . Verschillen met bestaande systemen , sterke en zwakke punten zowel van het werkingsprincipe als van de technische uitvoering :
1
Zie figuur Wind 03 - 01 :
We ontwerpen een windmolen met op de hub E vooraan 3 rotorbladen A1 A2 A3 met een kleinere diameter (bvb 70m) . Achteraan op de gondel C , voorzien we een hub D met 3 rotorbladen B1 B2 B3 met een grotere diameter (bvb 100m) . De hoek verdraaiing tussen de rotoren van beide sets bedraagt 60° . Alles op dezelfde centerlijn in het verlengde . Een onder hoek opstelling (vroeger door de asymmetrische opstelling) bvb 5° geheld is niet meer nodig .
2
De windrotorbladen B1 B2 B3 zitten wel anders op de hub D gemonteerd daar de wind nu daar van achter komt . Wat is nu het werkingsprincipe ? Gans het jaar door waait er bvb een matige wind . Die kunnen we gans het jaar door benutten dmv de windrotoren A1 A2 A3 met kleinere diameter die vooraan gemonteerd zijn op de hub E . De achterop gelegen hub D met windrotoren B1 B2 B3 is dan NIET in werking en in de stand men 1 rotor loodrecht naar beneden verborgen achter de peiler . Zo creëert men de minste weerstand voor de rotoren vooraan . Maar een gedeelte van het jaar waait er ook een steviger wind . Die kunnen we nu benutten dmv de achterop de gondel gelegen hub D met windrotoren B1 B2 B3 . Deze treedt dan in werking terwijl de voorop gelegen windrotoren A1 A2 A3 met kleinere diameter die gemonteerd zijn op de hub E ook in werking blijven . In deze periode draaien de rotoren vooraan maar ook achteraan . Wel met dezelfde rotatiesnelheid want de assen zijn gekoppeld dmv een koppeling .
3
Een 3D opstelling ziet men in figuur Wind 03 – 02 .
Voor een 3D opstelling van 10 dergelijke windturbines volgens de meest economische driehoekvorm (!) opstelling zie figuur Wind 03 - 03 :
4
De gondel (nacelle) C zal natuurlijk anders ontworpen moeten worden . Zie figuur Wind 03 – 04 :
We zien daar de hoofdcomponenten . Voor de resterende onderdelen zoals hydraulisch systeem , het yaw mechanisme , elektronische controle eenheid , koelings eenheid , enz. zal men in de gondel C (nacelle) een plaatsje moeten zoeken , boven of opzij van de hoofdcomponenten . De windsnelheidsmeter en de windvaan kunnen bovenop de gondel gemonteerd worden . Op hub E komen de rotorbladen A1 A2 A3 toe . Deze hebben een kleinere diameter voor matige wind . Vanuit hub E vertrekt de traag draaiende as G in de gondel C . Deze as G is verbonden met de tandwielkast (gearbox) H1 die de snelheid vermeerdert . De sterkte van tandwielkast H1 en stroomgenerator K1 zijn ontworpen voor matige wind . Vandaar vertrekt de sneldraaiende as I . Dan is er de hoge snelheidsrem J1 die op de as zit . De as I loopt verder en gaat door de stroomgenerator K1 . De as I loopt door tot een koppeling L . Deze koppeling grijpt enkel in als de hoekverdraaiing van 60° tussen beide sets rotorbladen vooraan en achteraan ingesteld is . Als men de koppeling L ontkoppelt dan laat dit ook toe één set rotorbladen stil te leggen en onderhoud te doen aan mechanische componenten van één zijde . Aan de andere kant van deze koppeling L hebben we de stroomgenerator K2 . De as I loopt van de koppeling L doorheen de stroomgenerator K2 naar de hoge snelheidsrem J2 . De as I loopt verder naar een andere tandwielkast H2 .
5
Vandaar ve rtrekt de traag draaiende as G in de hub D verbonden met de rotorbladen B1 B2 B3 . Deze hebben een grotere diameter voor steviger wind . De sterkte van tandwielkast H2 en stroomgenerator K2 zijn ontworpen voor steviger wind . Deze tweede set rotorbladen moeten wel anders op de hub D staan vermits de wind van achter komt . We merken op dat de set rotorbladen A1 A2 A3 vooraan en de set rotorbladen achteraan B1 B2 B3 bij stevige wind gekoppeld zijn via de doorlopende as I en de koppeling L , zodanig dat de ingestelde verdraaiing van 60° tussen de 2 rotorbladensets dan altijd behouden blijft ! De rotorbladen B1 B2 B3 anders op de hub D zetten is niet echt een nieuwe component creëren daar het bestaande componenten zijn die iets anders opgesteld worden . Net zoals bij de rest van dit ontwerp trouwens . De enige nieuwe component is de aangepaste gondelopstelling en de koppeling L . Waar zeker nog verder over nagedacht kan worden is de volgorde van opstelling van de hubs : Ik heb eerst de hub geschikt voor matige wind geplaatst (omdat deze het ganse jaar in werking is) en daarachter de hub voor steviger wind . Een andere opstelling is ook mogelijk : Eerst de hub voor steviger wind en daarachter de hub voor matige wind . Zeer belangrijk : De korte afstand tussen beide sets rotorbladen en de hoekverdraaiing van 60° zorgen ervoor dat de verstoring van het windpatroon door de eerste set rotorbladen nog geen rol speelt voor de tweede set rotorbladen . Als bij de plaatsing van de verschillende mechanische onderdelen ontwerptechnisch de lengte van de gondel C te lang zou worden , dan bestaat het gevaar dat de verstoring van het windpatroon de tweede set rotorbladen toch zou bereiken ! In dat geval moet men het ontwerp een beetje aanpassen en bepaalde onderdelen naast elkaar of boven elkaar ontwerpen en niet in het verlengde van elkaar . Op die 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 ! Het zou dus kunnen zijn dat men een wat “dikkere” gondel C krijgt tussen beide sets rotorbladen . De gondels zullen in elk geval compacter van vorm worden , dan men nu gewoon is om te zien , omdat de lengte van de gondel nu wel degelijk een grote rol speelt ! Mogelijks is de beste vorm voor de gondel ook de cilindervorm om zo min mogelijk het windpatroon te verstoren voor de achterliggende set rotorbladen . Een gedrongen cilinder met een zo kort mogelijke lengte . Dit is zeker nog beter dan de balkvorm en nog esthetisch ook !
6
Geen schaalvergroting ! Geen nieuwe componenten ! Becijfering of schatting van de efficiëntie en van de energetische impact : Is afhankelijk van de lengte van de periode dat er een steviger wind waait . Eerst moet men de volledige windgegevens hebben .
7
