Voormalig leider van de Australische Groenen, Bob Brown, haalde deze week de krantenkoppen nadat hij bezwaar had gemaakt tegen een voorgesteld windmolenpark op Robbins Island in Tasmanië. Bij de ontwikkeling zouden 200 torens worden gebouwd, die elk 270 meter van de basis tot de punt van hun bladen staan.

Afgezien van de kwestie van de ontwikkeling van Robbins Island, dit zullen buitengewoon hoge torens zijn. Echter, ze passen helemaal in de huidige trend voor windturbines.

Windturbines zijn er in vele uitvoeringen, maar de meest voorkomende is de zogenaamde "horizontale as", die eruitzien als gigantische fans op palen. Dit type turbine is zeer efficiënt in het omzetten van de energie in de wind in elektrische energie.

Scherpe waarnemers zullen gemerkt hebben dat deze turbines in de loop der jaren steeds groter werden. In de jaren 1990, windturbines hadden typisch naafhoogtes en rotordiameters in de orde van 30 meter. Vandaag, naafhoogtes en rotordiameters duwen ver voorbij 100m.

Groter is beter

Als het om windturbines gaat, groter is zeker beter. Hoe groter de straal van de rotorbladen (of de diameter van de "rotorschijf"), hoe meer wind de bladen kunnen gebruiken om te veranderen in koppel dat de elektrische generatoren in de naaf aandrijft. Meer koppel betekent meer vermogen. Door de diameter te vergroten, kan niet alleen meer vermogen worden onttrokken, maar het kan efficiënter.

Grotere en langere turbinebladen betekenen een grotere aerodynamische efficiëntie. Het creëren van meer vermogen in één turbine betekent dat er minder energie verloren gaat als het naar het transmissiesysteem wordt verplaatst, en van daaruit naar de elektrische generator. De schaalvoordelen zorgen voor een overweldigende duw voor windenergiebedrijven om grotere rotorbladen te ontwikkelen.

Windturbines worden ook groter vanwege de manier waarop wind over de wereld reist. Omdat lucht stroperig is (zoals zeer dunne honing) en aan de grond "plakt", de windsnelheid op grotere hoogte kan vele malen hoger zijn dan op grondniveau.

Daarom is het voordelig om de turbine hoog in de lucht te plaatsen waar meer energie te winnen is. Heuvelachtig terrein (zoals een bergrug) kan ook de wind vervormen, waarbij ingenieurs de windturbines moesten ontwerpen om nog groter te zijn om de wind op te vangen. Windturbines die offshore worden gebruikt, zijn over het algemeen groter en hoger vanwege de grotere hoeveelheid windenergie die op zee beschikbaar is.

Typisch, onshore-turbines (meest gebruikelijk in Australië) hebben bladen met een lengte van 40 tot 90 meter. Torenhoogten zijn meestal in het bereik van 150 meter. Offshore-turbines (die zich op zee bevinden en die in Europa veel voorkomen) zijn veel groter.

Een van de grootste windturbineontwerpen ter wereld, General Electric's offshore 12-megawatt Haliade-X, heeft bladen van 107 m en een totale hoogte van 260 m. Ter vergelijking, De Centrepoint-toren van Sydney is 309 meter hoog.

Als de Robbins Island-turbines inderdaad worden gebouwd tot 270 m, zoals gemeld in de media, ze zouden de kolossen van General Electric overschaduwen. Ik kan niet spreken over de waarschijnlijkheid hiervan, maar ik neem aan dat ingenieurs de beste turbine zullen moeten selecteren voor de heersende windomstandigheden en bestaande infrastructuur.

Uitdagende hoogten

De zoektocht naar grotere en hogere turbines gaat gepaard met een behoorlijk aantal technische uitdagingen.

Langere bladen zijn flexibeler dan kortere, die trillingen kunnen veroorzaken. Indien niet gecontroleerd, deze trilling beïnvloedt de prestaties en vermindert de levensduur van de messen en alles waaraan ze zijn bevestigd, zoals de versnellingsbak of generator.

Materialen en fabricagetechnieken worden voortdurend verfijnd om langer, en langduriger, turbinebladen.

Hogere turbines wekken meer vermogen op, waardoor de versnellingsbak en het transmissiesysteem zwaarder worden belast, waarbij werktuigbouwkundigen nieuwe manieren moesten ontwikkelen om het steeds groter wordende koppel om te zetten in elektrisch vermogen. Hogere windturbines hebben ook sterkere steuntorens en funderingen nodig. De lijst met uitdagingen is lang.

Naarmate de turbines groeien, dat geldt ook voor het geluid dat ze maken. De dominante geluidsbron bevindt zich aan de buitenrand van de bladen. Hier, turbulentie veroorzaakt door het blad zelf creëert een "sissend" geluid als het over de achterrand gaat. Er wordt meer geluid gemaakt wanneer het blad door atmosferische turbulentie in de wind hakt terwijl het in de toren waait.

Lawaai is niet alleen een kwestie van grootte. Als de ene turbine in het kielzog van de andere wordt geplaatst, het geluid van zijn bladen die door de zeer turbulente lucht gaan die door de stroomopwaartse turbine wordt gecreëerd, zal erg luid zijn.

Geluid onder controle houden vereist inventieve oplossingen, zoals het lenen van ideeën uit de natuur:de stil vliegende uil gebruikt gekartelde veren om geluid te beheersen en deze worden nu gebruikt om luidruchtige turbines stiller te maken.

Natuurlijk, technische uitdagingen zijn niet de enige overwegingen bij het maken van windparken. Milieu-effecten, lawaai, visuele effecten en andere zorgen voor de gemeenschap moeten allemaal worden overwogen, zoals bij elk groot infrastructuurproject. Maar windturbines zijn een van de meest kosteneffectieve en technologisch geavanceerde vormen van hernieuwbare energie, en naarmate de ontwikkelde wereld de klimaatverandering onder controle krijgt, zullen we er alleen maar meer van zien.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.