stefan001 schreef op woensdag 04 juli 2007 @ 18:38:
[...]
Rustig aan, patser! Je kan niet zomaar de rotordiameter verlagen, want het maximale vermogen neemt kwadratisch of zelfs kubisch af (ik zou het ff na moeten vragen, ik ken iemand die windturbines onderzoekt) met de rotordiameter. En als hij zo hoog is maakt het niet uit of de rotor groot is of niet (ja, het heeft invloed op de diameter van de benodigde paal, maar volgens mij valt dat wel mee).
Daarbij draait een grotere windturbine langzamer, en dat is een stuk rustgevender dan eentje die zenuwachtig staat te draaien. Dit is geen onzin, er is onderzoek naar gedaan en grote windturbines vindt men zelfs 'statig' ronddraaien

.
Echt waar?! He, jongen, dat wist ik nog niet! Zeg, dat is echt nieuwe informatie voor mij! </cynisch> Nah, sorry voor het patsen, maar ondanks dat ik LR doe ben ik niet dom! (althans, ik denk dat ik niet dom ben. Da's iets anders volgens mij). Windturbines zijn één van de kernonderwerpen op m'n studie, naast vliegtuigjes, raketten en aardobservatie. En explosies, maar dat is niet interessant in dit topic.
Goed, kort lesje aerodynamica. Hoe groter je windturbine, hoe minder je rekening hoeft te houden met je binnendiameter - alles wat 'dichtbij' de behuizing en mast zit heeft invloed van dat spul en is dus lastig te berekenen. Je wilt dus altijd onder elk beding je windturbine groter maken, want dan kun je je op efficiente vleugeltjes (want dat zijn het) richten in plaats van disturbance-corrected turbinebladen.
Altijd, behalve als je het ding naast je huis wilt neerzetten. De windturbines die worden verkocht op die ene website zijn geen vleugeltjes-turbinebladen maar gewoon vlakke platen onder een hoek met de inkomende lucht met een grote richtvin aan de achterkant. Ik wed dat je op hetzelfde rotoroppervlak 1,5 tot 2 keer zoveel effectief vermogen kunt opwekken als er knappe geoptimaliseerde vleugeltjes van kunnen worden gemaakt - of andersom - dat je met een knappe mast, ducted airflow (buisje eromheen) en een verplaatsing van de generator naar beneden (dat er dus praktisch geen behuizing meer in de luchtstroom zit en er dus zo min mogelijk hoeft te worden gecorrigeerd voor troep in je lucht) een veel kleiner rotoroppervlak nodig hebt om hetzelfde vermogen op te wekken. Met de modellen die op de universiteit beschikbaar zijn en onze windtunnel, en de kennis die ik en m'n medestudenten hebben opgedaan, moet het ongetwijfeld mogelijk zijn tot een ontwerp te komen waarmee je net als het molentje op die website een gemiddeld jaarverbruik kunt terugwinnen, maar dan met een kleinere, stillere molen.
En natuurlijk heel belangrijk: ik heb geen zin om 10.000 euro neer te leggen voor een windmolen, dus bouw ik er zelf maar eentje op kosten van de universiteit.
Terug naar de les: de reden dat grote windmolens minder hard draaien is puur de tipsnelheid: een vleugel wordt steeds efficienter in zijn zgn lift-to-drag ratio (verhouding draagvermogen tot weerstand) naarmate hij sneller beweegt, tot de tip op het kritieke machgetal komt, dat is het machgetal waarbij een deel van de vleugel supersoon wordt. Dan krijg je een hele sterke schokgolf (
sonic boom) die ontzettend veel energie dissipeert en je vleugel alleen maar heel erg inefficient maakt. Meestal worden delen van de vleugel al supersoon als de vleugel nog níét supersoon vliegt - dus bij machgetallen van ongeveer 0.7-0.8. Je wilt een vleugel dus altijd op die snelheid (op zeeniveau is dat ruwweg 750 km/h) laten vliegen.
Windturbinebladen zijn ook vleugels, maar dan heel erg dik. Dikkere vleugels worden veel sneller supersoon, dus die moeten op nog lagere snelheden vliegen om efficient te blijven - meestal wordt mach 0.4 gebruikt, dacht ik. Dat komt neer op iets van 350 km/h. Je windturbine zal dus het meest efficient energie uit de lucht halen als de gehele bladen op 350 km/h vliegen... dat kan natuurlijk niet. Als de tip op die snelheid zou draaien zou de binnenkant te langzaam gaan, en als de binnenkant op die snelheid zou lopen zou de tip supersoon worden en al je energie weggooien. Daarom wordt er één of andere rule of thumb aangehouden die zegt dat de tipsnelheid altijd ongeveer 375 km/h moet zijn, bij maximaal vermogen en maximale efficientie, indien de omstandigheden dit toelaten. Ik weet ook niet precies hoe dat zit, zou ik m'n broer eens moeten vragen. Die kleine 500 kWp lagerwey molentjes draaien dus altijd heel zenuwachtig rond en komen dan nog niet aan 250 km/h, en de windturbines bij ijmuiden zouden regelmatig makkelijk door de geluidsbarrière heen kunnen gaan, dus het is geen algemene 'regel'. Er is namelijk ook nog verlies in de vorm van tip-vortices, maar dat gaat te ver. Het komt erop neer dat je soms windmolens ziet met kleine vleugeltjes haaks op het einde van hun turbinebladen, die kunnen wat sneller draaien en alsnog goede efficienties halen.
Dus, ik hoop dat ik nog eens toe ga komen aan het bouwen van een windturbine, want het is een vreselijk leuk onderwerp (zoals je wel begrijpt uit het zomaar out of the blue opschrijven van bovenstaand verhaal, puur ter informatie en niet om te patsen

). Misschien ga ik wel voor de EL-contest iets bedenken met een windturbine.. hm, een spel dat te maken heeft met een windturbine... ideeën?
Oeh, nu bedenk ik me dus iets. Kan ik gelijk wel even doorgaan met wat er nou wél goed is aan het hele laddermolen-concept van Wubbo Ockels: ik zei eerder al dat een vleugel als geheel het efficientst vliegt ongeveer net onder zijn kritieke machgetal; een windturbine kan simpelweg omdat de binnenkant sneller draait dan de buitenkant, nooit helemaal efficient draaien. Maar een laddermolen heeft allemaal kleine vleugeltjes die in hun geheel op hetzelfde machgetal vliegen, en dus zichzelf optimaal kunnen instellen op de luchtstroom. Theoretisch is er met zo'n concept dus veel efficienter dan met een windturbine energie uit luchtstroom te halen - tot wel tweemaal zo efficient voor hetzelfde vleugeloppervlak. En, omdat de laddermolen geometrisch gewoon anders in elkaar zit en dus meer vleugeloppervlak op hetzelfde grondoppervlak kan stouwen, kun je, wederom theoretisch, dus gigantische hoeveelheden vermogen uit een molen halen die op de grond maar een paar vierkante meter inneemt. Nou ja, enkele tientallen. In theorie is het het ei van columbus, maar in de praktijk voorzien we grote, grote problemen.
Werkelijk het héle idee van überhaupt het concept verkennen van een laddermolen is: hij kan theoretisch heel efficient en energiedicht worden gemaakt.
wat ben ik ook een ouwehoer he?