Hoe werkt een windturbine?

Windturbines zijn er in verschillende soorten en maten (zie windturbines), maar de veruit meest voorkomende soort is de horizontale windturbine, ook wel de zogenaamde HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) genoemd. Maar hoe werkt zo’n windturbine nu eigenlijk en uit welke onderdelen bestaat hij?

Een windturbine is simpel gezegd een grote omgekeerde ventilator; in plaats van elektriciteit om te zetten in wind, wordt wind omgezet in elektriciteit. De wind grijpt de bladen aan een duwt ze weg, waardoor de molen gaat draaien. Via een set tandwielen wordt deze draaiing versneld overgezet op een stang, die verbonden staat met een dynamo. Deze dynamo wekt net als bij een fiets een wisselstroom op met behulp van draaiende magneten. Omdat de frequentie van deze stroom afhankelijk is van de windsnelheid en het stroomnet niet kan omgaan met variabele wisselstroom, wordt deze stroom eerst omgezet in gelijkstroom (zogenaamde rectificatie). Deze gelijkstroom wordt vervolgens weer omgezet in wisselstroom, maar dan met een vooraf bekende frequentie die compatibel is met het stroomnet. Nadeel van dit hele AC-DC-AC proces is dat het relatief duur is en dat er door de conversie energie verloren gaat.

De onderdelen van een windturbine
In onderstaand diagram vind je de Engelse naam van alle onderdelen van een windturbine.

  • Anemometer (windmeter):
    meet de windsnelheid en stuurt deze gegevens door aan de controller.
  • Blades (rotorbladen):
    De meeste turbines hebben twee of drie bladen. Wind die over de bladen heen waait, zorgt ervoor dat deze opgetild worden en gaan draaien.
  • Brake (rem):
    Een schijfrem die zowel mechanisch, elektrisch als hydraulisch ingezet kan worden om de rotor in een noodgeval te stoppen.
  • Controller:
    De controller zet de machine aan bij windsnelheden rond de 12 kilometer per uur en zet hem uit bij windsnelheden van rond de 90 kilometer per uur. Dit laatste om schade te voorkomen.
  • Gear box (tandwielkast, overbrenging):
    Tandwielen dragen de langzame draaiing van de rotorstang versneld over op een andere stang. Hierbij wordt de draaisnelheid verhoogd van 30 tot 60 per minuut naar 1000 tot 1800 per minuut. De tandwielkast is een zwaar en duur onderdeel van de windturbine.
  • Generator (dynamo):
    Een standaard inductie-dynamo.
  • High-speed shaft (snelle stang):
    Drijft de generator aan.
  • Low-speed shaft (langzame stang):
    Wordt aangedreven door de rotor.
  • Nacelle:
    De nacelle is de behuizing die zich bovenop de toren bevindt. In de nacelle vinden we de stangen, de controller, de generator en de rem.
  • Pitch:
    De pitch-motoren draaien de rotorbladen in of uit de wind, om zo de draaisnelheid optimaal te houden.
  • Rotor:
    De bladen bij elkaar worden rotor genoemd.
  • Tower (toren):
    De toren wordt gemaakt van buisvormig staal, beton of een raamwerk van staal. Omdat de windsnelheid met hoogte toeneemt, hebben hogere windturbines een grotere opbgrengst.
  • Wind direction (windrichting):
    De afgebeelde turbine is een zogenaamde ‘upwind’-turbine, die zijn werk doet terwijl de rotor in de wind gekeerd staat. Andere turbines opereren ‘downwind’ en zijn dus van de windrichting afgekeerd.
  • Wind vane (windvaan):
    Meet de windrichting en communiceert met de aandrijving of de turbine anders geörienteerd moet worden.
  • Yaw drive (aandrijving verticale as):
    Deze aandrijving wordt gebruikt om de windturbine altijd zo goed mogelijk in de wind te draaien. Turbines die downwind werken, hebben geen aandrijving nodig, omdat de wind ze automatisch in deze positie draait.
  • Yaw motor (aandrijfmotor):
    De motor van de aandrijving.