Onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en Sandia National Laboratories zoeken naar manieren om de voordelen van grootschalige rotoren en hun potentieel voor meer energieopwekking te maximaliseren. Hun werk als onderdeel van DOE's Big Adaptive Rotor (BAR)-project is gericht op het creëren van de volgende generatie windturbines op het land met rotoren van 206 meter, die de capaciteitsfactoren met 10 procent of meer zal verhogen ten opzichte van een typische turbine op het land.

Om dit in perspectief te plaatsen, een rotor van die omvang zou meer dan 225 meter meten, of ongeveer de lengte van twee voetbalvelden. Maar waarom is het belangrijk om turbinerotoren te vergroten?

De afgelopen decennia zijn de kosten van windenergie aanzienlijk gedaald, voornamelijk vanwege de grotere rotorgrootte. Toename van de rotorgrootte op hetzelfde machinevermogen leidt tot turbines met een laag specifiek vermogen die de kosten van windenergie kunnen verlagen door een groter veegoppervlak te creëren, waardoor windenergiecentrales consistenter windenergie kunnen opvangen, evenals toegang tot hogere windsnelheden op grotere hoogten. Maar de lengte en het gewicht van deze bladen creëren wetenschap, Engineering, logistiek, en fabricage-uitdagingen die momenteel voorkomen dat turbines worden opgeschaald naar afmetingen die kloppen met het adagium, groter is beter.

"Het algemene doel van BAR is om grootschalige, turbines met laag specifiek vermogen voor toepassing op het land, " zei Nick Johnson, een NREL-onderzoeksingenieur en hoofdonderzoeker van het BAR-project. "Om dit mogelijk te maken, we moeten de productie overwinnen, vervoer, en logistieke uitdagingen met nieuwe oplossingen. Een gebied waarop we kunnen helpen deze technologie mogelijk te maken, is het oplossen van wetenschappelijke en technische problemen met betrekking tot het ontwerp en de werking van grote, slanke en flexibele bladen, uitdagingen met betrekking tot bladdynamica, modellering, materialen, bezig met laden, en controles."

Deze wetenschappelijke en technische obstakels vormen de kern van een recent onderzoek van NREL en Sandia. BAR-onderzoekers bieden kwalitatieve analysebeoordelingen van rotorconcepten op basis van prestatiestatistieken en de wetenschappelijke en technische uitdagingen met betrekking tot elk concept.

Bijvoorbeeld, gewichtsverlagende strategieën kunnen zowel vermoeidheid als extreme belasting van turbinebladen verminderen, wat resulteert in hogere bladbelastingen en onderhoudskosten. Concepten zoals gedistribueerde aerodynamische bedieningselementen maken gewichtsvermindering mogelijk door de ultieme en vermoeiingsbelasting op langere, meer flexibele bladen, maar voer controles in, productie, en betrouwbaarheidsproblemen. Gedetailleerde analyse van voor- en nadelen helpt onderzoekers deze afwegingen te begrijpen en te bepalen waar break-evenpunten voor verschillende technologieën bestaan.

Om de wetenschappelijke en technische hindernissen voor potentiële turbineconcepten te helpen verduidelijken en beter te verwoorden, onderzoekers gebruiken NREL's turbineontwerpmodellen OpenFAST en het Wind-Plant-Integrated System Design and Engineering Model (WISDEM) om turbineprestaties en interacties op turbinesysteemniveau te modelleren.

Nu eigenaren-exploitanten van windenergiecentrales op zoek zijn naar meer inkomsten uit verbeterde vermogensreductie, machines met een laag specifiek vermogen zullen in populariteit blijven groeien vanwege hun vermogen om meer elektriciteit te produceren gedurende meer uren en zullen inzetbaar zijn wanneer stroom het meest nodig is. Door verlichting van onderliggende wetenschappelijke en technische uitdagingen voor grotere turbinerotors, BAR-onderzoekers helpen vandaag de gigantische windturbines op het land van morgen mogelijk te maken.