Je leest:

Eerste supergeleidende windturbine gebouwd

Eerste supergeleidende windturbine gebouwd

Auteur: | 27 november 2018
Marc Dhalle (UT)

Door windmolens anders te bouwen, kunnen ze kleiner en lichter worden. Dat is de belofte van turbines met supergeleiding. Denemarken heeft de wereldprimeur. Daar is de eerste supergeleidende testmolen onthuld, waar de Universiteit Twente aan meewerkte. Maar er zijn nog wel wat bedenkingen bij de nieuwe technologie.

De windmolens die momenteel fier uit het water van de Noordzee steken, zijn al flinke kolossen. Maar wetenschappers ontwikkelen nog grotere exemplaren. Ze willen daarbij slim gebruik maken van supergeleiding in de generator. Dat is het deel van de turbine, die de mechanische energie (het ronddraaien van de bladen) omzet in elektrische energie. De huidige turbines hebben een generator die in de kop zit, met permanente magneten. Door de beweging van de bladen gaan deze ronddraaien binnen spoelen. Dit lijkt wel een beetje op hoe je fietsdynamo werkt.

Aa475301.mov.09 24 12 15.still001
De installatie van de supergeleidende windmolen bij het Deense Thyborøn.
Marc Dhalle (UT), Envision Energy

Deze magneten zijn groot en zwaar, waardoor ook de windmolens steeds forser worden. En dat kan anders, volgens het Europees samenwerkingsproject EcoSwing waar ook de Universiteit Twente onderdeel van uitmaakt. Binnen dit project werd de generator opnieuw ontworpen. Overigens ook met magneten, maar die passen ze op een andere manier toe.

Koud

“Wij gebruiken spoelen van een kilometerslange supergeleidende kabel”, zegt onderzoeker Marc Dhallé van de Universiteit Twente (UT). “Die zet de mechanische energie om in elektriciteit. Omdat we een supergeleidende spoel gebruiken, is het mogelijk de generator compacter te fabriceren en daarmee ook de hele windmolen kleiner te maken. De voet van de turbine hoeft dan immers minder gewicht te tillen. En ondanks dat deze windmolen kleiner is, levert deze toch hetzelfde vermogen als de huidige grote variant met permanente magneten.”

Supergeleiders heten zo omdat ze stroom geleiden zonder weerstand, waardoor grote stromen en sterke magneetvelden mogelijk zijn. De verliezen zijn daardoor minimaal. Supergeleiding wordt al toegepast in MRI-scanners en deeltjesversnellers. Om goed te presteren is flinke koeling bij supergeleiding een vereiste, ook bij toepassing in een windmolen. Dat is mogelijk, volgens Dhallé.

“De koelmachines zitten in de generator. In het hart zit een vacuümkamer met koelkoppen, waarvan de koude kant naar binnen steekt. Dat koelt onze spoelen af. Het warme deel steekt naar buiten, waardoor we dat niet opnieuw koud hoeven te maken”, aldus Dhallé. Hij wijst er ook op dat minder nodig is van het schaarse materiaal neodymium bij supergeleiding dan bij de huidige windmolens met permanente magneten. De UT is betrokken bij alles wat koud is tijdens het Europese project.

Hobbels

Om te laten zien dat de nieuwe technologie werkt, is nu een eerste testturbine gebouwd in Denemarken. “De tests zijn nog volop aan de gang, maar tot dusver ziet het er goed uit”, zegt de onderzoeker. Hij acht de kans groot dat er binnen tien tot vijftien jaar ook commerciële supergeleidende windmolens zijn. De testturbine levert 3,6 megawatt, heeft twee rotorbladen van 128 meter en is 88 meter hoog.

Ook Henk Polinder van de TU Delft vindt de techniek veelbelovend. Hij is niet betrokken bij het Europese project, maar begeleidde eerder een promovendus die supergeleidende turbines onderzocht. Op verzoek van NEMO Kennislink bekijkt hij de testturbine. “Supergeleidende windmolens zijn een goed idee, omdat het de potentie heeft om de generatoren een slag kleiner te maken.”

Maar Polinder benadrukt ook dat er nog wel hobbels zijn die genomen moeten worden voordat we commerciële turbines met supergeleiding zien. “In de kop van de generator heb je koeling nodig tot zo’n zeventig Kelvin. Dat is bijzonder koud en het is lastig om dat op een betrouwbare manier te doen. Ik heb er alle vertrouwen in dat in Twente uitstekende onderzoekers zitten hoor. Maar zelfs dan is het moeilijk om ervoor te zorgen dat de koeling het dertig jaar volhoudt met minimaal onderhoud. Met name bij offshore windmolens wil je dat er weinig onderhoud is. Want alles beweegt voortdurend op zo’n turbine. Het moet nog bewezen worden dat de koeling dan goed blijft.”

Lagere prijs

Dji 0012.mov.00 00 38 33.still001
Denemarken heeft de wereldprimeur: de eerste supergeleidende windmolen.
Marc Dhalle (UT), Envision Energy

Ook relativeert Polinder het belang van een compactere generator. Die kan inderdaad in gewicht lager, zegt hij. “Maar in ons onderzoek kwam nauwelijks terug dat de rest van de constructie er heel veel lichter door werd. Omdat dit voornamelijk wordt bepaald door de aerodynamische krachten op de rotor en niet door het gewicht van de generator. Bovendien wordt het vermogen van een windmolen bepaald door de rotordiameter en windsnelheden.” Dhallé verwacht dat het onderzoek van het Europese project EcoSwing laat zien dat dit wel mogelijk is; dat is een van de speerpunten van het huidige onderzoek dat nog gaande is.

De hogere kosten van de nieuwe technologie zijn nog een zorgenkindje. Momenteel is het duur om een supergeleidende turbine te maken. Het is immers nog in de ontwikkelfase. Van windmolens met de huidige technologie van permanente magneten worden er al veel gemaakt, waardoor de prijs veel lager is dan de supergeleidende variant. Kan een supergeleidend exemplaar ooit in prijs concurreren met de huidige techniek? Polinder twijfelt. Dhallé verwacht dat het wel mogelijk is als er in de toekomst veel van worden besteld. Dan gaan de productiekosten omlaag. Hij geeft aan dat er binnen het Europese project een studie naar de economische haalbaarheid wordt gedaan, maar die is nog niet afgerond.

Overigens is dit niet de enige vernieuwende windmolentechniek die in ontwikkeling is. Zo wordt ook door wetenschappers gewerkt aan een magnetische tandwielkast, waarbij de tandwielen vervangen worden door magneten. “Heel simpel uitgelegd grijpen normaal gesproken de tanden in elkaar”, legt Polinder uit. “Bij de nieuwe techniek trekken de magneten elkaar aan, waardoor zo’n windmolen efficiënter werkt. Ook dit is veelbelovend. Het laat zien dat er interessante vernieuwingen gaande zijn met windmolens.”

Een Engels filmpje over de magnetische tandwielkast in windmolens.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 27 november 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.