Onderzoekers hebben de vloeistofdynamica van windturbines met meerdere rotoren gemodelleerd, en hoe ze op elkaar inwerken in windparken. Het onderzoek toont een duidelijk voordeel aan voor een turbinemodel met vier rotoren.

Met hun diameter van 220 meter de windturbines van het toekomstige windpark Doggersbank in de Noordzee zijn de grootste ter wereld. maar groot, groter, grootste is niet per se de beste als het gaat om windturbines.

Onderzoekers van Aarhus University en Durham University in het VK hebben nu de vloeistofdynamica van windturbines met meerdere rotoren gemodelleerd via numerieke simulaties met hoge resolutie, en het blijkt dat windturbines met vier rotoren op één fundament een aantal voordelen hebben.

Een windturbine haalt energie uit de inkomende wind, maar als de wind door de wieken van de turbine gaat, er ontstaat een gebied met lagere windsnelheden en hogere turbulentie, het zog van een windturbine. Een tweede windturbine stroomafwaarts wordt op verschillende manieren door deze turbulentie beïnvloed. Allereerst, het levert minder energie op, en ten tweede, de structurele belasting wordt verhoogd.

"In de studie, we ontdekten dat turbulentie en stromingen in het kielzog van de turbines veel sneller herstellen met turbines met meerdere rotoren. Dit betekent dat, met meerdere rotoren, een tweede turbine stroomafwaarts zal meer energie produceren en minder belast en belast worden, omdat de turbulentie dienovereenkomstig kleiner is, " zegt Mahdi Abkar, assistent-professor bij de afdeling Engineering, Aarhus University en een expert in stromingsfysica en turbulentie.

Minder kosten, minder gedoe, meer energie

Een windturbine met meer dan één rotor zorgt voor minder turbulentie, en de wind is sneller "hersteld", wat een hogere energie-output betekent. En dat is belangrijke kennis in een tijd waarin windturbines steeds groter worden, en daardoor ook steeds duurder.

"Je kunt je energie-output altijd vergroten door de diameter van de rotorbladen te vergroten, maar er zijn grote structurele uitdagingen bij het bouwen van deze massieve constructies met een diameter van meer dan 150 meter. De materiaaleisen nemen toe, het transport van de constructies is omslachtig en duur, en het wordt duurder om de windturbines te onderhouden, ', zegt Mahdi Abkar.

Een turbine met vier rotoren kost ca. 15% minder te bouwen dan een turbine met één rotor, ook al bestrijken de bladen in totaal hetzelfde gebied. Tegelijkertijd, een constructie met vier rotoren is veel lichter en daardoor makkelijker te vervoeren. En als een van de rotoren stopt met werken, de rest van de turbine zal nog steeds energie produceren, in tegenstelling tot gewone windturbines.

In aanvulling, de onderzoekers hebben ontdekt dat individuele turbines met meerdere rotoren eigenlijk iets meer energie produceren dan turbines met één rotor:ca. nog 2.

"We hebben verschillende geometrieën en dynamica van turbines met meerdere rotors onderzocht en hebben ontdekt dat de optimale constructie een turbine is met vier rotoren zo ver mogelijk uit elkaar. Dit laatste resulteert in minder stroomafwaartse turbulentie en een snellere stabilisatie van het zog achter de windturbines, ', zegt assistent-professor Mahdi Abkar.