Drie nieuwe windinnovaties in 2023

De enige constante in de wereld van windenergie is verandering. Dat is al zo sinds 1888, het jaar dat de Amerikaanse uitvinder Charles Brush voor het eerst elektriciteit opwekte met zijn 18 meter hoge windmolen. Deze turbine had een vermogen had van 12 kilowatt, genoeg om vandaag de dag een gemiddelde koelkast twaalf dagen lang te laten koelen.

Meer dan 130 jaar later is de windmolen een onmisbaar onderdeel van onze energiemix geworden. In 2022 was het aandeel van windenergie in de totale Nederlandse elektriciteitsproductie zo’n 18%. Met de bouw van meer windmolens en de lancering van nieuwe windinnovaties zal dit percentage alleen maar toenemen. Graag laten we je kennismaken met drie van deze spraakmakende vernieuwingen.

1. Windmolens als palmbomen

Hoe groter, hoe beter is de afgelopen decennia de trend in windturbines. Het lijkt erop dat ‘hoge bomen vangen veel wind’ (een bekend Nederlands gezegde) hier letterlijk lijkt te gelden. In de afgelopen 25 jaar is de gemiddelde hoogte van windturbines met een factor zes gegroeid, van 25 meter in begin jaren tachtig naar een hoogte van 100 meter in 2019, volgens het Compendium voor de Leefomgeving. En op zee zijn de turbines vaak nóg hoger.

Aan deze ontwikkeling kleeft echter ook een groot nadeel. Deze reusachtige constructies zijn namelijk kwetsbaar voor harde wind tijdens orkanen. Wetenschappers van de Universiteit van Colorado Boulder hebben daarom nu een windturbine ontwikkeld die bestand is tegen extreem weer en zelfs orkanen. Hun windmolen heeft flexibele wieken die meebewegen met orkanen en stormen. De uitvinders werden hierbij geïnspireerd door palmbomen. Terwijl stevige eikenbomen bijvoorbeeld juist knappen door harde windvlagen, overleven flexibele palmbomen heftige stormen en zelfs orkanen.

De flexibele turbine, genaamd SUMR (Segmented Ultralight Morphing Rotor), heeft twee rotorbladen in plaats van de gebruikelijke drie, waardoor het gewicht wordt verminderd. Normaal gesproken staan normale windturbines met hun rotorbladen loodrecht op de wind, maar de SUMR-turbine staat met de windrichting mee, waardoor de rotorbladen kunnen buigen zonder tegen de turbine aan te botsen.

Het team heeft de afgelopen zes jaar aan de flexibele windturbine gewerkt en heeft deze uitvoerig getest in de bergketen bij Boulder in Colorado. Het ontwerp overleefde in die tijd windvlagen van bijna 180 kilometer per uur en een bomcycloon, een zeer explosieve winterorkaan die in korte tijd veel verwoesting kan aanrichten.

Beter bestand tegen extreem weer

De SUMR-windturbine zou een belangrijke stap kunnen zijn in het helpen groeien van hernieuwbare energie. Door de flexibelere en lichtere wieken kan de turbine beter omgaan met extreme weersomstandigheden, waardoor het risico op schade en stilstand vermindert en op meer plekken ter wereld windenergie kan worden opgewekt.

Het team bouwt dit jaar met zes andere Amerikaanse universiteiten aan flexibele SUMR-turbines van 25 MW en een mega-turbine van 50 MW. Die laatste krijgt zelfs wieken met een lengte van 250 meter. Vanaf de grond gemeten zal deze supergrote windturbine, genaamd SUMR50, minstens 500 meter hoog zijn; hoger dan de Eiffeltoren (300 meter). Deze windmolen kan genoeg elektriciteit opwekken om tot wel 50.000 huizen van stroom te voorzien.

2. Drijvende windpiramides op zee

Eind 2023 gaat Eolink, een relatief jonge Franse windmolenproducent een bijzondere proef doen met een drijvende windmolen die eruitziet als een piramide. Volgens Eolink krijgt deze ‘piramide’-molen een vermogen van 5 MW, genoeg om circa 5.000 huishoudens van energie te voorzien. De turbine zal worden geplaatst in het SEM-REV-gebied, een zone in de Atlantische Oceaan voor de Franse kust waar uitgebreid wordt getest met experimentele windmolens op zee.

Het ontwerp van de drijvende ‘piramide’-molen rust op een stalen vierkant van 52 bij 52 meter en heeft wieken met een diameter van 143 meter. Hoewel dit ontwerp uit meer onderdelen bestaat dan een klassieke staande windmolen, beweert Eolink dat er voor de totale constructie 30 procent minder staal nodig is. Bovendien is de turbine modulair opgebouwd, waardoor individuele onderdelen eenvoudiger te onderhouden en te vervangen zijn.

Geen staal en beton nodig

Drijvende windmolens hebben als voordeel dat er geen staal en beton nodig zijn om het apparaat aan de zeebodem te verankeren. Dit vermindert de CO2-voetafdruk en heeft een minder negatief effect op het zeeleven. Bovendien kunnen drijvende turbines makkelijk meedraaien met de wind, zodat ze zonder extra machinerie altijd de meeste wind kunnen vangen.

Echter, de grootste uitdaging voor windmolens op zee is het transport van de opgewekte energie naar het vasteland. Hoe verder de windmolens van de kust af liggen, hoe langer de kabels moeten zijn die ze met het land verbinden.

3. Windmolen die zichzelf installeert

SenseWind, een startup uit het Verenigd Koninkrijk, heeft een innovatieve windturbine ontwikkeld die zichzelf kan installeren, genaamd SENSE (Self-Erecting Nacelle and Service System). Dit maakt het gebruik van grote hijskranen overbodig, waardoor windturbines veiliger, sneller en goedkoper kunnen worden geïnstalleerd. Later dit jaar vindt er een demonstratieproject plaats, op een nog onbekende locatie, waar een windmolen met een capaciteit van 2 MW zal worden gebouwd via dit systeem.

Naast de installatie van windturbines op land is SENSE ook geschikt voor offshore-windturbines, inclusief drijvende windturbines in dieper water, waar het gebruik van grote hijskranen vaak moeilijk is. SenseWind beweert dat de werkwijze van SENSE leidt tot lagere kosten bij de installatie van windturbines en bij de ontmanteling van windturbines aan het einde van hun levensduur.

De technologie werkt als volgt: de windturbines van SenseWind zijn voorzien van drie inkepingen over de lengte van de mastonderdelen. Hierin kan een robot worden vastgeklikt. Deze robot kan de verschillende onderdelen van de windturbine naar boven en naar beneden dragen en de bevestiging van de onderdelen voor zijn rekening nemen.

In 2021 werd al een kleine windturbine op deze manier geïnstalleerd. Hieronder kun je zien hoe de motor en de rotorbladen via de mast omhoog werden gehesen door de robot.

Wind-mee voor eerde windinnovaties

Naast deze drie windinnovaties die in 2023 het licht gaan zien, schreven we eerder al over enkele andere, veelbelovende uitvindingen.

Hoe staat het begin 2023 met de ‘oudere’ innovaties?

• Kitepower: in een recent artikel zei CEO Johannes Peschel dat Kitepower momenteel aan een kortetermijnpilotproject werkt hun eerste Falcon-model van 100 kW. In 2023 plant het bedrijf de schaalvergroting van zijn operaties om het model van 100 kW aan derde partijen te verkopen en tegen 2024 permanent te installeren.
• De ‘Dutch Windwheel’ in Rotterdam: het is akelig stil op de website van de ‘Dutch Windwheel’, maar volgens de planning zou het project in 2024-2025 moeten worden gerealiseerd. Of het er daadwerkelijk komt is de vraag.
• Drijvende windmolens in Italië: begin dit jaar heeft Hexicon vergunningen gekregen om zes van de zeven drijvende windparken aan te sluiten op het Italiaanse elektriciteitsnet. Samen hebben de zes drijvende offshore-parken een capaciteit van 7100 MW.
• Vortrex Bladeless: het bedrijf, met een team van 6, is in 2023 begonnen met het produceren van 100 Vortrex Nano apparaten (hoogte: 85 cm) om gegevens te verzamelen over hun prestaties. Daarna wil de startup een groter model produceren genaamd Vortex Tacoma (hoogte: 2.75 m) (bron).
• Houten windmolens uit Groningen: de windmolens van E.A.Z. Wind zijn per direct leverbaar voor geïnteresseerden via hun website.
• Windmolen Alpha 311: Eind 2022 ondertekende Alpha 311 een overeenkomst met de gemeente van Manchester om 2.000 turbines te leveren.

Ondanks nieuwe windinnovaties, blijft de traditionele windmolen onmisbaar

Het is goed om  te zien dat er op heel veel plekken in de wereld wordt nagedacht over sterkere en minder kostbare windoplossingen (zoals orkaanbestendige wieken en zelfmonterende windmolens op zee). Hoewel deze nieuwe technologieën een mooie aanvulling zijn op de totale energieproductie uit wind, zullen ze waarschijnlijk een klein aandeel in de totale windproductie.

Daarom blijft de ‘gewone’ windmolen een onmisbare schakel in de energietransitie. Traditionele windmolens hebben namelijk al decennialang bewezen dat ze betrouwbaar en efficiënt zijn in het opwekken van grote hoeveelheden ‘groene’ energie. Het is daarom van groot belang om te blijven investeren in windparken op land, op zee en aan de kust om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen en klimaatverandering tegen te gaan.