Waarom windmolens drie bladen hebben

Windmolens zijn de laatste jaren steeds groter geworden. En ze hebben tegenwoordig bijna allemaal drie bladen. Dat blijkt een weloverwogen keuze. Ze zijn geoptimaliseerd om zo veel mogelijk elektrische energie op te wekken. Formaat en aantal wieken hebben daar invloed op.

Amerikaanse windmolens die gebruikt worden om water omhoog te pompen, hebben baat bij veel wieken. Daardoor is de rotatiesnelheid lager, maar de momentum van de motor hoger.
Bron: Flickr, R. E. Collett

Een windmolen wekt energie op doordat de wind de wieken rondblaast. Die roterende beweging wordt door de generator omgezet in elektriciteit, net zoals bij een fietsdynamo.

Groter is beter

Om zo veel mogelijk wind om te zetten in energie worden er steeds grotere windmolens gebouwd. ‘Sinds de jaren tachtig zijn ze bijna tien keer groter geworden’, zegt Gerard van Bussel, hoogleraar windenergie aan de TU Delft. Er geldt: hoe groter hoe beter. Tot je tegen een technische grens aanloopt, waarbij de turbine te groot (en te zwaar) wordt om te bouwen. ‘Waar die grens ligt weten we nog niet’, zegt Van Bussel. ‘Er worden steeds weer nieuwe materialen en technieken bedacht om grotere turbines te kunnen bouwen.’

Eén manier om de windmolens efficiënter en goedkoper te maken is door het aantal bladen aan te passen.

Het aantal bladen bepaalt de relatie tussen de snelheid waarmee de motor draait en de kracht die elke rotatie van de motor levert. Als een molen vanuit stilstand gaat draaien, geeft elk blad het ronddraaiende gedeelte van de motor (de rotor) een zet. Hoe meer bladen, hoe meer kracht er aan de rotor wordt gegeven.

Meer bladen zorgt helaas ook voor meer luchtweerstand. Daardoor gaat de rotor langzamer draaien. Voor sommige doeleinden is dat niet erg. Amerikaanse windmolens (windmotors) die gebruikt worden om water omhoog te pompen hebben bijvoorbeeld baat bij veel wieken. De kracht van de rotor is daar belangrijker dan snelheid waarmee hij ronddraait.

Meer is niet altijd beter

Maar met de huidige windturbines wordt geen water gepompt maar elektriciteit opgewekt. Om die elektriciteit aan het net te leveren moet het een relatief hoge frequentie hebben van 50 Hz (in de Verenigde Staten 60 Hz). Windmolens hebben daarom een tandwielsysteem (een soort versnellingsbak) om de rotatiesnelheid te verhogen naar 50 Hz. Maar die versnellingsbak is een kwetsbaar en duur onderdeel.

Het zou handiger en goedkoper zijn als de rotor van je windturbine zelf al 50 Hz haalt. En dat kan. ‘Met minder bladen, heeft de turbine minder last van de luchtweerstand en haal het een hogere rotatiesnelheid’, zegt van Bussel. Daarom hebben windmolens geen vier of meer wieken, zoals vroeger, maar drie.

Maar waarom dan geen één of twee bladen? Een hoge rotatiesnelheid zorgt voor meer geluid. Minder bladen betekent dus meer herrie. Met één blad heb je bovendien een compensatiegewicht nodig. Dat kost extra materiaal en luchtweerstand. Twee of drie bladen is het beste compromis tussen een hoge rotatiesnelheid en niet te veel herrie.

En het oog wil ook wat. De meeste mensen vinden windturbines met drie bladen esthetisch mooier dan twee. Toch wordt er ook gewerkt aan varianten met twee bladen. Die worden vooral ontwikkeld voor op zee, waar niemand er last van heeft dat ze iets minder mooi zijn.

De bron voor dit artikel is een lezing tijdens natuurkundecongres Physics@Veldhoven dat op 23 en 24 januari plaatsvond.

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Over de auteur

Dorine Schenk

Dorine Schenk is freelance wetenschapsjournalist voor o.a. NRC en New Scientist. Ze studeerde (astro-)deeltjesfysica aan de Universiteit van Amsterdam. Daarnaast houdt ze van hardlopen. Volg haar op Twitter via @dorineschenk.



Plaats een reactie