Alles over de groene lifestyle

Darrieus windturbine

De Darrieus windturbine is een type verticale-as windturbine (VAWT) waarmee elektriciteit opgewekt kan worden uit de wind. De turbine bestaat uit een aantal vleugels dat verticaal gemonteerd is op een ronddraaiend frame. Het ontwerp werd in 1931 bedacht door Georges Jean Marie Darrieus, die er patent op kreeg. Dit type windturbine is bij constante windsnelheid in theorie even efficiënt als een horizontale propellor-turbine. In de praktijk wordt dit rendement vanwege diverse factoren (variabele windsnelheid, spanningen op de constructie) zelden tot nooit bereikt. Daarnaast is een Darrieus moeilijk te beschermen bij extreme windcondities en heeft de molen externe kracht nodig om te starten.

Hoe de Darrieus werkt

In de oorspronkelijke versies van het ontwerp werden symmetrische vleugels (rotorbladen) onder zeer lage invalshoek (relatief aan de structuur waarop ze bevestigd zijn) geplaatst. Het voordeel van dit ontwerp, is dat de molen bij elke windrichting kan draaien. De as hoeft niet, zoals bij een horizontale windturbine, evenwijdig aan de windrichting te staan.

Zodra de wind de rotor in beweging brengt, zullen de rotorbladen een cirkelvormige beweging beschrijven. Tijdens deze beweging veranderen de krachten op de bladen continu. De eerste helft gaan de bladen met de wind mee, de tweede helft gaan de bladen tegen de wind in. Je zou je nu misschien afvragen hoe het dan kan dat de rotor blijft draaien… Dit wordt simpelweg veroorzaakt door het moment van de kracht op de centrale buis. Dit moment ontstaat echter niet vanzelf; de rotor heeft hiervoor een zetje nodig. Een Darrieus kan dan ook zelden tot nooit vanuit zichzelf starten en zal hiervoor dan ook altijd hulp van buitenaf nodig hebben.

Problemen

Een groot probleem met de Darrieus, is het feit dat er per cirkelbeweging twee plaatsen zijn waarop maximaal momentum verkegen wordt; in het begin en halverwege. Dit veroorzaakt variaties in de draaisnelheid, wat tot gevolg heeft dat de opgewekte elektriciteit in voltage pulseert. Deze variaties kunnen op bepaalde draaisnelheden vanwege resonanties ook de constructie van de rotorbladen in gevaar brengen. Een Darrieus wordt daarom meestal voorzien van een mechanisme (rem) dat voorkomt dat de molen te lang op deze resonante snelheden draait.

Het tweede grote probleem, is het feit dat een groot deel van de massa zich in de vorm van rotorbladen aan de buitenkant van de constructie bevindt. Dit veroorzaakt bij draaiing sterke middelpuntvliedende krachten, die de gehele constructie onder spanning zetten. Dit probleem wordt deels opgelost door de vorm van de bladen dusdanig aan te passen (zogenaamde ‘egg beater shape’), dat ze zichzelf kunnen ondersteunen. Vanwege de gewichtsverdeling, is het ook nog eens zo dat de wind makkelijk vat krijgt op de instabiele constructie en deze dus om kan blazen. Hiervoor zijn scheerlijnen nodig. Zie de foto voor een duidelijk voorbeeld van de laatste twee aanpassingen.

Toepassingen

Met name voor grote toepassingen (megawatt-schaal) kleven er teveel nadelen aan de Darrieus om hem praktisch te maken. Je zult een dergelijke turbine dan ook nauwelijks tegenkomen in windparken. Plaatsen waar de Darrieus windturbine echter wél nuttig kan zijn, is bijvoorbeeld bovenop een hoog gebouw in de stad. Aangezien de windrichting daar nogal variabel is, kan een verticale-as turbine daar winst opleveren ten opzichte van een standaard model.