Nieuwe windturbine kan twee keer zoveel energie opwekken
Het geheim is een elektronische in plaats van mechanische overbrenging
Nieuwe windturbine kan twee keer zoveel energie opwekken
Het geheim is een elektronische in plaats van mechanische overbrenging
Reacties (17)
Op zich grappig dat de jongens van onderstaande link al eerder op het idee gekomen waren om de configuratie van de spoelen aanpasbaar te maken maar vervolgens niet op het idee te komen waar ExRo nu mee komt.
http://www.otherpower.com/pmgreg.html
Achteraf lijkt het allemaal zo simpel en logisch:-) Ze zullen zich nu wel voor hun kop slaan daar bij otherpower.com:P Dit lijkt me in ieder geval een significante (en belachelijk simpele) doorbraak die we over een paar jaar in alle windturbines zullen tegenkomen.
Huh? Heel veel wind turbines gebruiken al DFIGs (doubly fed induction generators). Daarmee kun je ook de veldsterkte en de rotatie snelheid regelen.
Ook snap ik niet hoe de mechanische overbrenging er op deze manier uit kan. Er bestaan al direct drive turbines, die uberhaupt geen tandwielkasten hebben en het de meeste generatoren hebben al torgue en speed control. De tandwielkast wordt primair gebruikt om van high torgue/low speed, naar low torgue/high speed te gaan zodat je een kleine, snel draaiende generator kunt gebruiken. Niet, of nauwelijks om te ‘schakelen’, wat wel gesteld wordt.
Ook leveren vlagen niet meteen een verandering in rotatiesnelheid op vanwege de traagheid van de rotor, maar wel een step in koppel, maar daar doet deze generator dan weer niks aan.
Ook het convereteren van energie op hogere windsnelheden is een discutieerbare claim omdat je dan niet alleen een andere generator nodig hebt, maar ook je bladen, lagers en paal ook zwaarder moeten worden uitgevoerd omdat de thrustkrachten op de rotor toenemen.
Kortom: erg dubieuze claims, of in ieder geval slecht uitgelegd.
@Teun: Volgens mij behelst DFIGs het omgaan met verschillen in rotorsnelheid met het oog op het controleren van de wisselstroomfrequentie. Het ExRo geval behelst juist het omgaan met verschillen in beschikbare energie (en dus koppel, daar gaat het nou juist wel om!); door windingen volledig uit te schakelen kan men de belasting van de generator regelen, waardoor deze ook met een veel lager koppel al kan ronddraaien en een lagere minimale windsnelheid nodig heeft om energie op te kunnen wekken.
Men claimt ook niet zozeer bij hogere windsnelheden interessantere dingen te kunnen doen, men claimt de turbine vaker te kunnen laten draaien doordat deze met een veel lagere snelheid windsnelheid toe kan omdat de afzonderlijke windingen niet in de generator aan elkaar gekoppeld zijn, maar erbuiten, op een elektronisch configureerbare wijze.
Tenminste, dat is wat ik ervan begrijp. Het is sowieso een hele kleine stap, technologisch nauwelijks interessant te noemen, maar iemand moet hem zetten, en dat heeft ExRo gedaan.
@3
Zo begreep ik het ook, hoewel jij het veel beter uitlegt :-)
Het kan nog beter uitgelegd worden hoor:-)
Gewoon een oude elektromotor pakken, de windingen van elkaar lospeuteren en dan aan het ding draaien. Draait supersoepel. Vervolgens 1 winding kortsluiten (of er een lampje op aansluiten). Draait zwaar. Vervolgens alle windingen kortsluiten en u krijgt hem niet meer rondgedraaid. Dat is in een notedope wat ze bij ExRo doen. Dynamisch schalen van een fietsdynamo met 1 winding tot een industriele generator met vele windingen.
@3 Bedankt voor de uitleg.
Het is me al duidelijk(er). Maar er worden wel een aantal van de zaken gezegd waar ik het niet mee eens ben. Over hogere windsnelheden:
”While at the highest wind speeds the blades will still need to be pitched to shed wind, the generator will allow the turbine to capture more of the energy in high-speed winds and gusts.”
Daar komt de 50% winst vandaan, zeggen ze, maar dat is dus niet alleen een kwestie van een andere generator inpluggen.
En over dat ‘mechanical transmissions’ gebruikt worden voor speed control:
”Turbine blades that change pitch to catch more or less wind can help, as can transmissions that mediate between the spinning blades and the generator shaft. But transmissions add both manufacturing and maintenance costs, and there’s a limit to how much changing the blade angle can compensate for changing winds.”
Dan heb je misschien wel wat demping in de aandrijfas, maar de rest van de turbine krijgt nog steeds de gust for z’n flikker. Bovendien lijken ze te insinueren dat de transmissie bedoeld is om te schakelen tussen windsnelheden. Dat gebeurt niet, of sporadisch.
Bovendien:
”The ExRo generator instead distributes the coils among several small-diameter generators–which the researchers call stacks–along the length of the shaft.”
…dan heb je dus nog steeds een tandwielkast nodig.
Ergo: er zal vast een verbetering in de generator zitten, maar de claims van 50% extra energieconversie staan daar los van. Of misschien zijn ze in principe wel waar, maar dan is het zeker niet zo dat de cost of energy met 33% daalt, omdat je alle andere componenten ook moet opschalen.
@Teun: Volgens mij veranderen ze niks aan de configuratie van de bladen bij hoge snelheid (ten opzichte van de huidige turbines dan). Wat men echter wel kan doen, is in het geval dat er tijdelijk meer kracht beschikbaar is, meer spoelen/windingen bijschakelen. Nu gaat die kracht grotendeels verloren omdat de turbine niet de tijd krijgt om die kracht in snelheid om te zetten en de snelheid bepalend is voor de opgewekte elektriciteit. Met de methode van ExRo hoeft dat niet meer; men laat de generator gewoon zwaarder lopen tijdens een korte windvlaag.
Het transmissie-verhaal volg ik ook niet helemaal, ik heb daar dezelfde vragen bij als jou.
”Volgens mij veranderen ze niks aan de configuratie van de bladen bij hoge snelheid (ten opzichte van de huidige turbines dan).”
Precies. Dat is nu juist mijn punt. Nu ‘fakkelen’ windturbines op hoge windsnelheden de energie in de wind af door hun bladen te pitchen. De hele constructie wordt dus minder zwaar belast omdat de kinetische energie van de wind niet in koppel omgezet wordt. Als je dat wel laat gebeuren omdat je generator het toelaat, dan moet je je bladen en ondersteunende constructie ook steviger uitvoeren.
Met andere woorden: Met huidige turbines kun je ook veel meer energie converteren door er simpelweg een zwaardere generator in te zetten en pas later (bij hogere windsnelheden) te gaan pitchen (‘affakkelen’), maar er is een goede reden voor dat dat niet gebeurt.
”Nu gaat die kracht grotendeels verloren omdat de turbine niet de tijd krijgt om die kracht in snelheid om te zetten en de snelheid bepalend is voor de opgewekte elektriciteit.”
Niet helemaal, want normaliter zou dat gaan zitten in extra rotatie-energie van de rotor. De traagheid van de rotor werkt dan dus als buffer – de energie gaat niet verloren.
@Teun: Volgens mij gaat de energie wel verloren; deze energie is pas beschikbaar op het moment dat de turbine de snelheid heeft bereikt die “past” bij de windsnelheid. Tot dat moment waait het teveel aan wind er gewoon langs en tegenaan. De traagheid van de rotor werkt dus ook niet als buffer, het is immers geen elastiekje; een windvlaag uit het verleden zorgt niet voor meer rotatiesnelheid in de toekomst. Die bufferwerking is er natuurlijk wel als de windsnelheid afneemt na een tijdje constant geweest te zijn, maar we hadden het hier juist over windvlagen waarbij de windsnelheid toeneemt, want dat is waarbij ExRo voordeel kan bieden.
Of, om het met andere woorden te zeggen: een conventionele turbine kan maar een kleine toename van de windsnelheid per seconde efficient verwerken omdat de windsnelheid eerst omgezet moet worden in rotatiesnelheid. Is de toename in windsnelheid hoger dan de traagheid van de rotor kan bijbenen, dan ben je die energie gewoon kwijt. Met de ExRo oplossing hoeft de turbine niet per se harder te gaan draaien om de energie te kunnen verwerken en speelt dat probleem dus niet.
Overigens is pitching niet noodzakelijk affakkelen; met de pitch stemt men de hoek van de rotor af op de windsnelheid en de rotatiesnelheid (oftewel, men zorgt dat de invalshoek van de wind op de rotorbladen optimaal blijft en kan men het traagheidsprobleem ook bij conventionele turbines een beetje voorkomen. Pas bij veel te hoge snelheden wordt dezelfde techniek toegepast om af te fakkelen en dat zal bij ExRo turbines hetzelfde blijven; dat gebeurt gewoon om te voorkomen dat de hele constructie uit elkaar klapt cq de rotortips door de geluidsbarriere gaan (=herrie, vibratie, explosie). Maar dat “affakkelen” zou niet al te veel voor moeten komen, anders heeft men gewoon de verkeerde turbine op de verkeerde plek gezet:-) De te hoge snelheden zijn het probleem dan ook niet, het efficientieprobleem zit hem in het benutten van erg lage snelheden en windvlagen.
(disclaimer: ik heb mijn eigen rotor uit hout gesneden en als je daarmee bezig bent heb je ontzettend veel tijd om hierover na te denken:P)
(er ontbreekt een haakje tussen “optimaal blijft” en “en kan”)
Goede zaak dat er steeds meer rendement uit alternatieve energie gehaald kan worden.
De preciese cijfers ken ik niet, ben totaal niet technisch onderlegd. Maar door sommige innovaties kan het percentage tientallen procenten omhoog gaan.
@9 Je hebt gedeeltelijk gelijk.
Wat de energie-buffer betreft: misschien heb je gelijk dat de ‘buffer’ van de rotortraagheid minder effectief is als direct het extra koppel in energie omzetten.
Maar dat verklaart nog steeds geen 50% toename aan energie, en als je per se op die manier de energie in gust wil ‘harvesten’, dan moet je dus nog steeds je andere componenten zwaarder uitvoeren.
Maar wat het pitchen betreft zit je fout: De kinetische energie in de wind neemt toe met de 3e macht van de windsnelheid. Boven ‘rated wind speeds’ worden de bladen gepitched. Alles boven het vermogen wat bij de rated windsnelheid hoort, gaat bij hogere windsnelheden ‘verloren’. Zie deze grafiek.
Pitchen wordt niet gebruikt voor een optimale angle of attack, maar om de angle of attack te verlagen zodat de belasting constant blijft bij toenemende windsnelheden. Een ‘optimale invalshoek’ is maximale Cl/Cd, maar daar draait een turbine dus niet op boven ‘rated’; Boven ‘rated’ zit er veel meer energie in de wind dan je machine kan converteren, dus waarom zou je dan je AoA optimaal houden? Onder rated wordt de AoA optimaal gehouden door de rotatiesnelheid te regelen.
Toevoeging @12, punt1:
Sterker nog: er zijn juist veel ontwikkelingen die erop gericht zijn om fluctuaties uit het generator te koppel te halen – bv door hydraulische overbrengingen – omdat die je tandwielkast vernaggelen. En deze ontwikkeling zorgt er dus niet voor dat je je tandwielkast kwijt bent.
@Teun: De 50% winst zit vrijwel helemaal aan de “onderkant”; de turbine kan vaker en langer draaien omdat de minimaal benodigde windsnelheid lager wordt. Dat er bij windvlagen nog wat winst valt te behalen, is enkel mooi meegenomen.
Qua pitching zal ik het inderdaad wel mis hebben, dan:-) Nu ik erover nadenk zouden de wijzigingen in de hoek bij reguliere snelheden ook dusdanig laag zijn dat het nergens op slaat om pitchen te gebruiken om de angle of attack bij snelheden lager dan optimaal aan te passen.
“Nu ik erover nadenk zouden de wijzigingen in de hoek bij reguliere snelheden ook dusdanig laag zijn dat het nergens op slaat om pitchen te gebruiken om de angle of attack bij snelheden lager dan optimaal aan te passen.”
Wat een mooie zin. :-)
@14 ”De 50% winst zit vrijwel helemaal aan de “onderkant”;”
Niet volgens de uitvinders:
”While at the highest wind speeds the blades will still need to be pitched to shed wind, the generator will allow the turbine to capture more of the energy in high-speed winds and gusts. As a result, the turbine could produce 50 percent more power on average over the course of a year, says Jonathan Ritchey, ExRo’s chief technology officer.”
”de turbine kan vaker en langer draaien omdat de minimaal benodigde windsnelheid lager wordt.”
No way dat er nu 33% (1-1/1.5) energie verloren gaat omdat een turbine nu onder cut in speeds (~4m/s) stil staat.
Volgens mij mikken ze echt op windingen bijschakelen boven rated. Ze hebben wel gelijk dat de generator dan effecienter wordt over een groter bereik, maar…
– de claim van 50% is gebaseerd op extra energy harvesten boven rated, niet op basis hogere effecientie bij het volgen van de bestaande power curve.
– dat kan nu ook al, maar dat gebeurt niet. Niet zozeer vanwege beperkte efficientie van de generator, maar vooral vanwege de hogere belasting op andere componenten.
– Er zijn momenteel juist heel veel ontwikkelingen gericht op het wegnemen van fluctuaties, bv door individual pitch control, niet op het opnemen van gust en pieken.
Maar nu val ik in herhaling. Wat ik bedoel te zeggen is: het lijkt een mooie ontwikkeling, maar het staat een beetje los van de ontwikkelingen die er gaande zijn. Of tenminste: ik zie niet hoe deze ontwikkeling de voordelen bieden die geclaimd worden – anders dan een paar procent meer efficientie van de generator. Iig krijg je geen ‘gratis’ 50% extra powerproduction en ook ben je je mechanische overbrenging nog niet kwijt.
@Teun: Dat staat er inderdaad zoals jij zegt en de bezwaren bij hoge snelheden zijn denk ik ook zoals jij het stelt. Maar die lijken me overkomelijk.
Maar ik denk dat het technologyreview.com artikel ten onrechte de indruk wekt dat het om vooral om winst bij hoge snelheden gaat; op hun eigen site heeft ExRo het namelijk vooral (en expliciet) over de efficientie bij “extremely low wind speed (near zero)”.
ExRo claimt daar ook niet zozeer dat je transmissie helemaal weg kan, ze zeggen dat de transmissie tussen de verschillende generators in een multi-generator windmolen niet meer nodig is.
http://www.exro.com/technologies.php