Windenergie is een van de belangrijkste hernieuwbare energiebronnen ter wereld. Het wordt steeds vaker gebruikt vanwege het vermogen om schone energie op te wekken zonder broeikasgassen te produceren. Daarom is het essentieel om de werking ervan te kennen, en in het bijzonder die van windturbines. Hier gaan we uitgebreid in op hoe ze werken en wat hun belangrijkste kenmerken zijn.
Een windturbine, ook wel windturbine genoemd, is een van de fundamentele elementen van dit soort energie. Hoewel alle turbines over het algemeen vergelijkbare aspecten delen, zijn er verschillende typen, afhankelijk van het windpark of de installatie. Bovendien zijn turbines sinds hun eerste modellen geëvolueerd, waardoor we op een steeds efficiëntere manier energie kunnen verkrijgen.
In dit artikel vertellen we u alles wat u moet weten over windturbines, hun kenmerken en hoe ze werken, evenals aanvullende details over de structuur van windparken.
Wat is een windturbine?
Een windturbine is een mechanisch apparaat dat windenergie omzet in elektrische energie. Het is ontworpen om de kinetische energie van de wind door de beweging van de rotorbladen om te zetten in mechanische energie, die vervolgens dankzij een generator wordt omgezet in elektriciteit.
Het basisprincipe van de werking van een windturbine is gebaseerd op drie fundamentele natuurwetten:
- De door de turbine geproduceerde energie is evenredig met het kwadraat van de windsnelheid. Dat wil zeggen: als de windsnelheid verdubbelt, neemt de opgewekte energie vier keer toe.
- De beschikbare energie is evenredig met het gebied dat door de bladen wordt bestreken, wat betekent dat hoe groter de bladen zijn, hoe groter de hoeveelheid opgevangen energie.
- Het maximale theoretische rendement van een windturbine is 59%, ook wel de Betz-limiet genoemd.
In tegenstelling tot oude windmolens, die werden aangedreven door directe windkracht, gebruiken moderne turbines complexere aerodynamische principes, zoals het Venturi-effect, om zoveel mogelijk energie op te vangen.
Interieur van windgeneratoren
Binnenin een windturbine vinden we verschillende sleutelelementen waarmee de kinetische energie van de wind kan worden omgezet in elektriciteit. De rotor, bestaande uit de bladen, is verantwoordelijk voor het opvangen van de energie van de wind en deze om zijn as te laten draaien.
Deze roterende beweging wordt via een aandrijflijnsysteem naar de elektrische generator overgebracht, waaronder de versnellingsbak die de rotatiesnelheid verhoogt tot niveaus die geschikt zijn voor de generator. De generator is gebaseerd op de wet van Faraday, die bepaalt hoe mechanische rotatie-energie wordt omgezet in elektrische energie.
Om dit te doen, omvat het systeem een rotor die is gekoppeld aan de dynamo, die de mechanische beweging omzet in elektrische energie. De opgewekte elektriciteit kan direct worden gebruikt of in batterijen worden opgeslagen voor later gebruik.
Elementen van een windturbine
Een windturbine bestaat uit verschillende elementen die samenwerken om te zorgen voor een optimale werking van de turbine en een effectieve omzetting van windenergie in elektriciteit. Dit zijn de belangrijkste componenten:
- rotor: De rotor is het element dat de energie uit de wind opvangt. Het bestaat uit de bladen die dankzij hun aerodynamische ontwerp zelfs bij lage windsnelheden draaien.
- Koppelingssysteem: Het is de reeks mechanismen die de bladen met de rotor van de generator verbindt om de rotatiebeweging over te brengen.
- Vermenigvuldiger of versnellingsbak: Dit systeem verhoogt de rotatiesnelheid van ongeveer 10-40 RPM van de rotor naar de 1.500 RPM die nodig is in de generator om elektriciteit te produceren.
- Generator: De generator zet mechanische energie om in elektriciteit. Afhankelijk van de turbine kan het vermogen bij de nieuwste modellen variëren van 5 kW tot 10 MW.
- Oriëntatiemotor: Hierdoor kunnen de gondel en de rotor draaien zodat ze altijd in de heersende windrichting staan.
- Ondersteuning mast: Het is de structuur die de generator en de rotor ondersteunt. Hoe groter de turbine, hoe hoger de hoogte waarop de gondel zich bevindt.
- Schoepen en windmeters: Anemometers meten de windsnelheid, terwijl sensoren de bladen afremmen wanneer de wind bepaalde drempels overschrijdt, waardoor schade aan de turbine wordt voorkomen.
Soorten windturbines
Er zijn twee hoofdtypen windturbines, die zich onderscheiden door de oriëntatie van de rotoras:
- Horizontale asturbines: Het zijn de traditionele die in windmolenparken worden gebruikt, met de rotatie-as evenwijdig aan de grond. Dit type is het meest efficiënt in termen van energie die door het geveegde oppervlak wordt opgevangen.
- Verticale asturbines: Deze turbines hebben het voordeel dat ze wind in elke richting opvangen zonder zichzelf te hoeven heroriënteren, hoewel hun efficiëntie meestal lager is in vergelijking met die met een horizontale as.
Daarnaast zijn er nieuwe opkomende ontwerpen, zoals bladloze windturbines, die profiteren van windtrillingen om elektriciteit op te wekken, hoewel ze zich nog in de ontwikkelingsfase bevinden.
Exploitatie van een windpark
Een windpark bestaat uit verschillende windturbines die strategisch geplaatst zijn om optimaal gebruik te maken van de heersende wind in het gebied. De set turbines verbindt de opgewekte elektriciteit via een intern netwerk dat deze naar een onderstation transporteert, waar de elektriciteit wordt omgezet naar een spanning die geschikt is voor distributie.
Om de continue werking en efficiëntie van het park te garanderen, worden controlesystemen gebruikt die de windsnelheid, de oriëntatie van de gondels en de status van de turbines monitoren. Hierdoor kan de elektriciteitsproductie worden gemaximaliseerd en kan schade bij zeer harde wind worden vermeden.
Bovendien maken sommige faciliteiten gebruik van offshore windturbines (offshore) die, hoewel duurder in installatie, de mogelijkheid bieden om te profiteren van constantere en sterkere wind op zee.
Voor- en nadelen van windenergie
Net als andere energiebronnen heeft windenergie voor- en nadelen:
Voordelen:
- Het is een bron van energie hernieuwbaar, onuitputtelijk en stoot geen broeikasgassen uit.
- Het maakt het mogelijk afhankelijkheid verminderen van fossiele brandstoffen.
- Windparken kunnen op verschillende locaties worden geïnstalleerd, waaronder maritieme gebieden en landbouwgronden zonder het gebruik ervan te beïnvloeden.
- Su De CO2-voetafdruk is minimaal vergeleken met andere energietechnologieën.
nadelen:
- Het rendement is afhankelijk van de beschikbaarheid van de wind, waardoor het een intermitterende bron van energie.
- De visuele en geluidsimpact van windparken kan in sommige gebieden een nadeel zijn.
- Grote turbines kunnen van invloed zijn op wilde dieren, vooral vogels, dus met deze factoren moet rekening worden gehouden bij het kiezen van locaties.
- De initiële installatiekosten zijn hoog, maar betalen zichzelf op de lange termijn terug.
Windenergie blijft een van de beste opties voor een duurzamere en milieuvriendelijkere energieproductie. Met de voortdurende technologische vooruitgang verbeteren windturbines niet alleen in termen van efficiëntie, maar worden ze ook toegankelijker en minder ingrijpend in termen van visueel en geluid, waardoor ze een haalbare optie worden voor de toekomst van de mondiale energie.