211service.com
Een duurzamere windturbine
Een Canadese startup heeft een klein prototype windturbine ontwikkeld die wrijving in plaats van een tandwielkast gebruikt om windenergie om te zetten in elektriciteit. CWind , gevestigd in Owen Sound, Ontario, is onlangs begonnen aan een groter prototype van twee megawatt. Het bedrijf beweert dat zijn frictie-aandrijfsysteem efficiënter en betrouwbaarder is - en minder duur in onderhoud - dan conventionele windturbines, die gevoelig zijn voor dure defecten aan versnellingsbakken.
Wielen draaien: De bladen van de windturbine van CWind bewegen een intern vliegwiel en verschillende assen die aan kleine generatoren in de gondel worden bevestigd. In de onderste afbeelding rolt een rubberen wiel op de binnenwand van een vliegwiel in een prototype-turbine van 65 kilowatt.
De bladen van de meeste turbines gebruiken de wind om een aandrijfas te laten draaien die is verbonden met een versnellingsbak. De versnellingsbak regelt de rotatie van een tweede as die is aangesloten op een grote elektrische generator. De tandwielkast is het zwaarste onderdeel van de gondel van een windturbine (het gedeelte bovenaan de turbinetoren). Het is ook een stuk dat het meest kwetsbaar is voor mislukking. Plotselinge windstoten zetten de versnellingsbak onder enorme mechanische belasting. Na verloop van tijd kan dit de tanden van de metalen tandwielen verslijten of breken.
Het ontwerp van CWind maakt de versnellingsbak volledig overbodig. In plaats daarvan is de aandrijfas rechtstreeks verbonden met een groot metalen vliegwiel. Aan de buitenkant van het vliegwiel bevinden zich acht kleinere secundaire assen, elk verbonden met een generator van 250 kilowatt en elk bekleed met verschillende speciaal ontworpen banden die het oppervlak van het vliegwiel vastgrijpen. Terwijl het vliegwiel draait, schakelt het de generatoren in door deze met banden beklede assen te draaien. We gebruiken wrijving. Het is mechanisch niet gekoppeld, zegt Na'al Nayef, een CWind-ingenieur en mede-uitvinder van het systeem.
Nayef zegt dat het systeem software gebruikt om de acht secundaire assen te besturen. De banden zijn ook ontworpen om tijdelijk te slippen als een windvlaag ervoor zorgt dat het vliegwiel plotseling versnelt. Deze functie verlicht de impact op de generatoren. Elke secundaire as kan ook worden losgekoppeld van het vliegwiel als de wind vertraagt, waardoor de wrijving in feite wordt verminderd en de assen die nog verbonden zijn hun generatoren op hoge capaciteit kunnen laten werken. Evenzo zal het verbinden van meer assen, waardoor meer wrijving wordt toegevoegd wanneer de wind toeneemt, stationaire generatoren inschakelen. We kunnen de generatoren de hele tijd op optimale snelheid laten draaien, zegt Nayef, eraan toevoegend dat tests op het kleinere prototype van 65 kilowatt een efficiëntiewinst tot 5 procent laten zien ten opzichte van standaard windturbines.
CWind-oprichter Paul Merswolke streefde zeven jaar geleden voor het eerst naar het ontwerp na het bekijken van een documentaire over de London Eye , een 135 meter hoog reuzenrad aan de oever van de rivier de Theems. Hij zag dat eenvoudige vrachtwagenbanden werden gebruikt als frictierollen om het reuzenrad te laten draaien en concludeerde dat dezelfde aanpak ook voor windturbines kan worden toegepast. Nayef werd aan boord gehaald om met een voorlopig ontwerp te komen, en in 2004 benaderde CWind energie-ingenieursbureau MPR-medewerkers in Washington, DC, voor hulp bij het bouwen van een prototype.
We zeiden: 'Nee, we zijn er niet van overtuigd dat dit logisch is', zegt Larry Cundy, directeur ontwikkeling bij MPR. Maar CWind overtuigde MPR om een basisanalyse van het ontwerp uit te voeren, en uiteindelijk stemde het ingenieursbureau ermee in om het prototype te bouwen. Het is een heel nieuwe toepassing, eerlijk gezegd, zegt Cundy. Het is echt een geniale inval.
Cundy zegt dat het grootste voordeel van het ontwerp van CWind is dat het gemakkelijker en goedkoper te onderhouden is gedurende de levensduur van de apparatuur. Wanneer een tandwielkast op een conventionele turbine uitvalt, wordt de turbine volledig buiten dienst geslagen. Het kost veel tijd om een vervangende versnellingsbak te krijgen en het verwijderen van het enorme apparaat uit de gondel van de windturbine vereist een grote kraan en vele dagen werk. Elke dag dat de turbine geen elektriciteit voor het net opwekt, betekent dit een gederfde inkomsten voor de exploitant.
Op een frictie-aandrijfsysteem met meerdere banden, als je een band verliest, zijn de anderen er nog steeds, zegt Cundy, eraan toevoegend dat het vervangen van banden snel is - ongeveer een dag werk - en dat toekomstige ontwerpen onderhoud mogelijk zullen maken terwijl de turbine nog in bedrijf is . Dezelfde redundantie is van toepassing op de generatoren: als er een uitvalt, kunnen de andere nog steeds functioneren. Cundy zegt dat de kleine, kant-en-klare generatoren die in het ontwerp van CWind worden gebruikt, snel kunnen worden verkregen en vrij eenvoudig kunnen worden geïnstalleerd met behulp van een kleine kraan die in de gondel is ingebouwd.
Nayef zegt dat de gebruikte banden ontworpen zijn om drie jaar mee te gaan, en het vervangen van alle banden die op een windturbine van twee megawatt worden gebruikt, zal naar verwachting $ 30.000 kosten, of bijna $ 200.000 over 20 jaar. Versnellingsbakken daarentegen hebben een gemiddelde levensduur van zes jaar en kosten ongeveer $ 600.000 om te vervangen, of bijna $ 2 miljoen over 20 jaar. We zullen concurrerend geprijsd zijn met conventionele windturbines met tandwielkasten, maar we hebben de voordelen van hoge beschikbaarheid, hoge efficiëntie en alle voordelen die gepaard gaan met onderhoudsgemak.
Vorige maand tekende CWind een productieovereenkomst met de wereldwijde fabrikant van auto-onderdelen Linamar , die zijn McLaren Performance-engineeringteam (van de Formule 1-raceroem) heeft toegewijd aan de productie van het prototype van twee megawatt. Als onderdeel van het 10-jarige contract zal Linamar ook marktklare turbines produceren, waarschijnlijk vanaf 2011. Nayef zegt dat er al gewerkt wordt aan ontwerpen van vijf megawatt en 7,5 megawatt, gericht op de offshore windmarkt en afgelegen onshore sites waar eenvoudig onderhoud een belangrijk verkoopkenmerk wordt.