Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Hier worden verschillende vormen van windenergie besproken

Moderator: Moderators

Johan Jonker
Berichten: 18
Lid geworden op: 12 sep 2020, 19:38

Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Johan Jonker »

Geacht forum

terwijl ik dit schrijf zit in naar een super langzaam draaiende molen in Houten te kijken. het is bijna windstil.
De burgers hier willen het liefst stilstaande windmolens. Bij mij komt daarom de vraag op hoe belangrijk is de draaisnelheid voor het rendement?
Zou je een molen kunnen maken die 10x zo langzaam draait zonder al te veel verlies aan rendement? en 20x en 100x?

misschien is de eerste oplossing een 10x zo grote generator maar kan het ook elektronisch? in mijn hybride wordt de batterij geladen als ik rem. kun je die molen niet elektronisch remmen tot 10% vd snelheid en zo energie opwekken?
Gebruikersavatar
Paul Joosten
Berichten: 1123
Lid geworden op: 22 feb 2013, 13:49
Locatie: Zuidwending / Veendam
Contacteer:

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Paul Joosten »

Elke windmolen bevat een tandwielkast die de draaisnelheid van de wieken aanpast naar die van de generator, die veel meer omwentelingen zal moeten maken. Hoe groter de overbrengverhouding hoe groter de verliezen.
"Try and leave this world a little better than you found it" [Baden Powell]
"Verbeter de wereld, begin bij jezelf"... [algemeen]
..."maar stop daarna niet en help ook een ander op weg!" [Paul Joosten]
https://duurzamehuizenroute.nl/locatie/ ... 05-veendam
pelletpower
Berichten: 3289
Lid geworden op: 12 nov 2011, 13:21

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door pelletpower »

Geen idee Paul, maar direct drive wordt volgens mij toch wel heel veel toegepast. Tandwielkasten bij windmolens klinkt me wat ouderwets. Maar we hebben een expert onder ons, die zal er ongetwijfeld wat zinnigs over kunnen zeggen.
Gebruikersavatar
Paul Joosten
Berichten: 1123
Lid geworden op: 22 feb 2013, 13:49
Locatie: Zuidwending / Veendam
Contacteer:

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Paul Joosten »

Aangezien de netfrequentie 50 Hz (=3000 rpm) bedraagt moet een generator die wel op kunnen wekken. Ergens zal dus het aantal omwentelingen moeten worden opgevoerd. Of die factor verder opvoeren verliesvrij mogelijk is waag ik toch ernstig te betwijfelen. Ik word dan ook niet gehinderd door praktische kennis van zaken op dit gebied.

Draaien zal sowieso nodig blijven. Dat heeft ook gevolgen voor slagschaduw. Zou trager draaien die overlast niet juist vervelender maken?
"Try and leave this world a little better than you found it" [Baden Powell]
"Verbeter de wereld, begin bij jezelf"... [algemeen]
..."maar stop daarna niet en help ook een ander op weg!" [Paul Joosten]
https://duurzamehuizenroute.nl/locatie/ ... 05-veendam
JantjeV8
Berichten: 4014
Lid geworden op: 03 feb 2009, 12:50

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door JantjeV8 »

Hoe zwaarder de overbrenging, hoe harder het moet waaien om het spulletje in beweging te krijgen.

Zie het als je fiets. Als je weg fietst, staat hij ook niet in het zwaarste verzet. Daar ga je pas naar toe als je wat snelheid hebt.
Adriaan Kragten
Berichten: 651
Lid geworden op: 22 mar 2015, 09:02

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Adriaan Kragten »

Het toerental in omw/min van een haaks aangestroomde windmolenrotor wordt gegeven door formule 4.8 uit mijn rapport KD 35. Ik kan hier geen Griekse letters typen en de formule wordt dan: n = 30 * lambda * V / pi * R. Hierin is lambda de snellopendheid. De snellopendheid is de verhouding tussen de tipsnelheid Vtip en de ongestoorde windsnelheid V ver voor de rotor. Er zijn dus drie factoren die het toerental bepalen. Het toerental is laag als de lambda laag gekozen wordt, als de windsnelheid laag is en als de rotordiameter D en dus de rotorstraal R groot is.

Grote windturbines hebben tegenwoordig diameters van meer dan 100 m en R is dus meer dan 50 m. De lambda van grote windturbines is behoorlijk hoog en ongeveer 8. Hoe hoger de lambda hoe hoger de tipsnelheid bij een bepaalde windsnelheid en hoe kleiner de koorde kan zijn om een bepaalde thrust op te wekken. Dit komt omdat aerodynamische krachten kwadratisch toenemen met de snelheid. De koorde bij grote windturbines moet relatief klein zijn anders worden de bladen veel te zwaar. Dit is de reden dat voor een hoge lambda gekozen wordt. Het nadeel van een hoge lambda is dat de geluidsproductie zeer snel toeneemt met de toename van de lambda. Een ander nadeel is dat de maximale Cp afneemt bij toename van lambda omdat de profielweerstand steeds zwaarder gaat meetellen (zie de figuren 4.5 tot 4.11 uit KD 35). Grote windturbines hebben echter absoluut gezien grote koordes en de Reynoldswaarde is daardoor bij lage windsnelheden toch al behoorlijk hoog. Dit heeft een gunstige invloed op de Cd/Cl verhouding.

In figuur 4.7 van KD 35 (voor een 3-bladige rotor) is te zien dat bij een lambda van 8 toch nog een theoretische Cp van 0,47 gehaald kan worden mits de Cd/Cl verhouding 0,02 is. In deze figuur is ook te zien dat de maximale Cp voor een Cd/Cl verhouding van 0,02 ongeveer 0,48 is voor een lambda van 5. Voor lagere waarden van lambda neemt de maximale Cp weer af en lager dan lambda = 3 moet je eigenlijk niet gaan. Maar bij een lambda van 4 is de maximale Cp ongeveer 0,475 en dus nog hoger dan bij een lambda van 8. Het is dus wel degelijk mogelijk om rotoren te ontwerpen met een hoge maximale Cp die bij dezelfde windsnelheid en straal veel langzamer draaien dan de huidige grote windturbines en dus ook veel minder geluid produceren.

Aan een lage lambda zitten echter twee belangrijke nadelen.
Het eerste nadeel is dat het koppel evenredig toeneemt met de afnamen van lambda. Als twee roteren met elkaar vergeleken worden waarvan er één een lambda van 4 heeft en de andere een lambda van 8 dan is het koppel van de rotor met een lambda van 4 dus twee maal zo hoog als dat van de rotor met een lambda van 8 als de Cp, de R en de V gelijk zijn. Het koppel dat een generator kan leveren is evenredig met het ankervolume als er een bepaalde fluxdichtheid in de luchtspleet gehaald wordt. Voor een direct drive generator is dus bij een lambda van 4 een twee maal zo zware en dus ook waarschijnlijk twee maal zo dure generator nodig als bij een lambda van 8.
Het tweede nadeel is dat de benodigde koorde voor een bepaalde straal r voor een rotor met een lamba van 4 bijna een factor vier groter moet zijn dan voor een rotor met een lambda van 8. Bij een bepaald profiel wordt de dikte dus ook bijna een factor vier groter. De bladen worden dus veel zwaarder en dus veel duurder als 3-bladige rotoren met elkaar vergeleken worden. De bladen kunnen weer lichter worden als meer dan drie bladen gebruikt worden maar het totale bladgewicht is dan toch aanzienlijk groter. In mijn rapport KD 727 worden berekeningen gegeven voor een 4-bladige rotor met een lambda van 5 en een rotordiameter van 12 m. In mijn rapport KD 732 worden berekeningen gegeven voor een 3-bladige rotor met een lambda van 6 en een rotordiameter van 14 m. Op mijn website staan onderaan het menu KD reports ook een aantal Nederlandstalige notities over de energietransitie. Eén van deze notities gaat over een 4-bladige rotor met een lambda van 5 en een diameter van 30 m.

Het is dus zeker mogelijk om een goed werkende rotor te ontwerpen die met de helft van het toerental draait als dat van de huidige grote windturbines. Als de lamba echter lager gekozen wordt dan 3 dan gaat de maximale Cp echter snel omlaag. Bij een lambda van 1 gaat al zeer veel verloren door zogrotatie (zie KD 35 figuur 4.3) en het is dus zeker niet mogelijk om het toerental een factor tien lager te maken.

De ontwerplambda is de lambda waarbij de Cp maximaal is. De lambda waarbij de rotor werkelijk draait wordt bepaald door de belasting. De belasting moet dus zo groot zijn dat de rotor bij elke windsnelheid draait bij zijn ontwerplambda. Als dit het geval is dan liggen de werkpunten op de zogenaamde optimale derdemachtskromme van de rotor en dit betekent dat het mechanisch opgewekte vermogen acht keer zo hoog is als de windsnelheid twee keer zo hoog is. De optimale derdemachtskromme wordt voor grote windturbines gevolgd tot een windsnelheid van ongeveer 12 m/s. Bij hogere windsnelheden worden de bladen zodanig versteld dat het toerental constant blijft maar dit houdt in dat de lambda boven een windsnelheid van 12 m/s evenredig afneemt met de windsnelheid. De rotor krijgt dan ook een veel lagere Cp.
Johan Jonker
Berichten: 18
Lid geworden op: 12 sep 2020, 19:38

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Johan Jonker »

prachtig, dank voor deze deskundige uitleg.
Erikvr
Berichten: 672
Lid geworden op: 02 mar 2009, 13:41

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Erikvr »

Paul Joosten schreef: 25 aug 2022, 16:45 Elke windmolen bevat een tandwielkast die de draaisnelheid van de wieken aanpast naar die van de generator, die veel meer omwentelingen zal moeten maken. Hoe groter de overbrengverhouding hoe groter de verliezen.
Geen tandwielkast in een windmolen maar een frequentieomvormer. De generator in een windmolen levert gelijkspanning die wordt omgezet naar 50Hz wisselspanning. De snelheid van de bladen heeft dus geen invloed op de uitgangsspanning, wel de stroom en dus het vermogen.
groet,
Erik
JantjeV8
Berichten: 4014
Lid geworden op: 03 feb 2009, 12:50

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door JantjeV8 »

Adriaan Kragten schreef: 26 aug 2022, 11:00 Het toerental in omw/min ........... De rotor krijgt dan ook een veel lagere Cp.
Ik heb dit een paar keer gelezen. Het zal ongetwijfeld kloppen, maar de gemiddelde belangstellende (zoals ik) komt hier niet uit. Om zo'n gemiddelde belangstellende over de streep te trekken denk ik dat wat meer Jip en Janneke die 1e stap wat aantrekkelijker maakt.
Adriaan Kragten
Berichten: 651
Lid geworden op: 22 mar 2015, 09:02

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Adriaan Kragten »

JantjeV8 schreef: 05 sep 2022, 08:06
Adriaan Kragten schreef: 26 aug 2022, 11:00 Het toerental in omw/min ........... De rotor krijgt dan ook een veel lagere Cp.
Ik heb dit een paar keer gelezen. Het zal ongetwijfeld kloppen, maar de gemiddelde belangstellende (zoals ik) komt hier niet uit. Om zo'n gemiddelde belangstellende over de streep te trekken denk ik dat wat meer Jip en Janneke die 1e stap wat aantrekkelijker maakt.
Als de rotor zo belast wordt dat hij met de optimale snellopendheid lambda draait dan neemt de tipsnelheid evenredig toe met de windsnelheid. Het toerental is evenredig met de tipsnelheid en het toerental neemt dus ook evenredig toe met de windsnelheid. Het toerental bij een windsnelheid van 6 m/s is dus twee keer zo hoog als bij een windsnelheid van 3 m/s en het is bij een windsnelheid van 12 m/s weer twee keer zo hoog als bij een windsnelheid van 6 m/s.

Stel dat de optimale snellopendheid 6 is. Als het toerental boven een windsnelheid van 12 m/s constant gehouden wordt dan is het toerental en dus ook de tipsnelheid bij een windsnelheid van 24 m/s dus even groot als bij een windsnelheid van 12 m/s. De snellopendheid is de verhouding tussen de tipsnelheid en de windsnelheid. Als de tipsnelheid gelijk is en de windsnelheid verdubbelt, dan halveert de snellopendheid en wordt dus 3 is bij een windsnelheid van 24 m/s. Bij een dergelijk lage snellopendheid is de Cp veel lager dan bij de optimale snellopendheid van 6.
LeaD
Berichten: 1162
Lid geworden op: 23 nov 2017, 17:12
Locatie: East Flanders

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door LeaD »

Dan heeft zo een Amerikaans rad-windmolen een heel slecht rendement ?
Wat nu gezongen zei de koster, de kerk staat in brand!
Slooij
Berichten: 358
Lid geworden op: 04 mei 2021, 22:37

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Slooij »

oké maar stel nu van uit de koper verliezen ten opzichte van de warmte die evenredige verliezen met zich mee brengt. dus hoe harder alles draaid hoe warmer alles word dus hoemeer verliezen dit met zich mee brengt. dit is weer een ander opzicht zoals er naar gekeken kan worden.
soms is het ver gezocht wat men zoekt.
Adriaan Kragten
Berichten: 651
Lid geworden op: 22 mar 2015, 09:02

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Adriaan Kragten »

LeaD schreef: 11 sep 2022, 12:45 Dan heeft zo een Amerikaans rad-windmolen een heel slecht rendement ?
Een veelbladige Amerikaanse rotor is bedoeld om een enkelwerkende zuigerpomp aan te drijven. Een dergelijke pomp heeft een enorm hoog piekkoppel dat een factor pi hoger is dan het gemiddelde koppel (zie rapport KD 294). Je krijgt met een dergelijke belasting alleen een acceptabele startwindsnelheid als het startkoppel van de rotor erg hoog is. Je krijgt alleen een hoog startkoppel als je veel bladen gebruikt met een grote instelhoek maar bij deze bladgeometrie hoort een erg lage optimale snellopendheid van ongeveer 1. Bij deze lage snellopendheid gaat er al veel energie verloren in de rotatie van het zog. Daarbij komt ook nog dat de bladen een stuk korter zijn dan de rotorstraal R en vaak gemonteerd worden op een onderliggende constructie die nog weer extra aerodynamische weerstand geeft. Een dergelijke rotor heeft een maximale Cp van hooguit 0,3 terwijl voor een goed ontworpen 3-bladige snellopende rotor gemakkelijk 0,45 tot voor grote molens zelfs 0,5 te halen is.

Het is niet zo dat het rendement van een generator laag is als de stroom hoog is. Het is is alleen laag als de stroom hoog en de spanning laag is. Bij een weerstandsbelasting neemt de spanning evenredig toe met de stroom en is het rendement ongeveer constant over een groot toerenbereik (zie rapport KD 78). Het is wel zo dat bij een constant rendement, het verliesvermogen evenredig toeneemt met het elektrische vermogen. De generator wordt dus steeds warmer naarmate het toerental en daarmee het vermogen toeneemt, tenminste als de koeling ook niet toeneemt.
Jan-Sietze
Berichten: 43
Lid geworden op: 04 mar 2009, 18:57
Locatie: Fryslân

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door Jan-Sietze »

Leuk topic, even gemist...

Ik ben inmiddels alweer 5 jaar molenaar,
heb de sleutels van 4 verschillende molens:
2 Spinnekopjes (met een vlucht van ~ 9 meter)
een achtkante poldermolen met een gevlucht van 23,8 meter
en een Amerikaanse windmotor, Record 18

De twee spinnekopjes draaien het best met '100 enden' , dat is (25 rpm van de bovenas)
de grote achtkant mag maximaal 80 enden lopen (20 rpm)

Van de Amerikaan weet ik het toerental niet.
Wel weet ik dat deze molens met centrifugaalpomp zelfkruiend zijn;
Hoe sneller ze draaien, hoe meer weerstand de pomp levert waardoor de molen uit de wind draait.


Maar dan de vraag die regelmatig terug keert:
Hoe kun je een generator (tijdelijk) aansluiten die onder wisselend toerental een mooie 50Hz 230v wisselspanning op het net drukt...
Windenergie is gratis, maar molens niet.

Ik heb geen ervaring met 'elektrische windenergie',
maar mijn idee zou zijn: Een gelijkstroomgenerator die een gelijkspanning aan een 'on grid' omvormer levert
Wat zijn de eenvoudigste oplossingen ?



Voor de mensen die eens willen ervaren waartoe een oude windmolen instaat is,
kom gerust eens langs .
Husqvarna 372 XP 2005
Husqvarna 372 XPG 2002
Husqvarna 266 XP 1984
Husqvarna 55 2006
Husqvarna 335 XPT 1999
Husqvarna 357 XP 2002 - in need of service
Husqvarna 372 XP 2006 - in need of repair
Husqvarna 357 XP 2009 - in need of repair
Husqvarna 225 H75 2000
dormos
Berichten: 979
Lid geworden op: 24 apr 2013, 12:10

Re: Kunnen windmolens ook supertraag draaien zonder verlies

Bericht door dormos »

De burgers hier willen het liefst stilstaande windmolens.
Willen ze dan ook stilstaande wasmachines, donkere huizen, koude huizen?

NIMBY in optima forma!
Plaats reactie