Windmolen vermogen

Ik vraag me al een tijd het volgende af: Produceert een windmolen meer vermogen als het harder waait?

Een hardere wind, zorgt voor een snellere omwenteling van de wieken. In zo'n windmolen zit een versnellingsbak, wat de omwentelingen in de rotor constant zou moeten houden (tenminste ik neem aan dat deze op 50hz zou moeten zitten?).

Een hardere wind is meer vermogen (ik bedoel, ga maar eens in windkracht 10 staan, dan voel je letterlijk het vermogen). Hoe wordt hardere wind dan omgezet in meer elektrisch vermogen?

Op vrijdag 13 september 2024 22:33:45 schreef Nickname:
Ik vraag me al een tijd het volgende af: Produceert een windmolen meer vermogen als het harder waait?

Een hardere wind, zorgt voor een snellere omwenteling van de wieken. In zo'n windmolen zit een versnellingsbak, wat de omwentelingen in de rotor constant zou moeten houden (tenminste ik neem aan dat deze op 50hz zou moeten zitten?).

Een hardere wind is meer vermogen (ik bedoel, ga maar eens in windkracht 10 staan, dan voel je letterlijk het vermogen). Hoe wordt hardere wind dan omgezet in meer elektrisch vermogen?

Ik heb me er nooit in verdiept, maar ik kan me voorstellen dat er gewoon spanning naar stroom conversie plaats vindt.

Ja meer wind is meer vermogen.

Hoe wordt hardere wind dan omgezet in meer elektrisch vermogen?

Eigenlijk precies hetzelfde als bij zonnepanelen.

Er zit een schakeling in de windmolen die steeds het maximale vermogen uit de generator probeert te halen.
In het kort gaat de schakeling steeds meer stroom proberen te trekken tot het punt waar de spanning in elkaar zakt. Als de spanning te veel zakt word er teveel stroom gevraagd en moet het dus iets minder.

In zo'n windmolen zit een versnellingsbak, wat de omwentelingen in de rotor constant zou moeten houden

In een hele grote windmolen zit dacht ik wel zo een variabele transmissie. Maar ik de kleintjes zit er gewoon een converter.

Een windturbine is uitgelegd, ontworpen voor een maximaal vermogen. Dat maximale vermogen draait ie bij een zekere hoeveelheid windkracht. Alstie daarboven komt schakelt ie af. Een windturbine draait daardoor maar een zeer laag percentage van de bedrijfstijd volle kracht.

Zal het eens vragen aan Vinnie.. ;)

Ja, als er meer energie in gaat dan komt er meer energie uit.
Nee, er zit niet in alle windturbines een versnellingsbak ("nou gaat die bries stevig, Jaap, zet hem maar in zijn vijfde" is het dus echt niet :) )

Kleinere windturbines maken eerder gelijkstroom met bv. een dynamo/alternator uit een auto of vrachtwagen, waarmee dan batterijen geladen worden.

[Bericht gewijzigd door Paulinha_B op (21%)]

Dit is een mooi flimpje met uitleg.

https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=bfXc_bEq2ew

Ha Nickname,

Volgens mij is het is niet de snelheid, maar de consistentie van de wind die de meeste windenergie produceert.
Ik denk dat bij windkracht 6 het maximum ligt dat is rond de 45 km/h.
Wat ik wel zeker weet is dat bij windkracht 10 (zware storm) ze allemaal uit staan.....

Groet,
Henk.

Dus er zit iets van een elektronische schakeling in die meer vermogen trekt naarmate het harder waait?

Maar hoe werkt dat dan? Betekent dat, dat de veldwikkelingen van de stator voor meer magnetische weerstand zorgt naarmate er meer vermogen gevraagd wordt, en dat een hardere wind dan voor meer mechanische kracht zorgt om dat vermogen te geven?

Als je 800kW aan windkracht aanbied, kun je daar nooit 1MW uithalen.
Ben dus wel nieuwsgierig naar die schakeling die het maximale vermogen eruit gaat halen..

Maar zoals ik eerder zei, zal het een dezer dagen aan de specialist vragen.

[Bericht gewijzigd door mvdk op (20%)]

Maar hoe werkt dat dan?

Zoals hieronder

Maximum Power Point Tracking (MPPT) wordt al lange tijd gebruikt voor fotovoltaïsche (zonne-)energie. Het is recenter voor windturbines. Wat MPPT doet, is de windturbine altijd precies goed belasten, zodat deze bij elke windsnelheid de meeste energie levert.

https://www-airvoltaics-com.translate.goog/mppt-wind-turbines-inverter…

Dus er zit iets van een elektronische schakeling in die meer vermogen trekt naarmate het harder waait?

Nogmaals: niet veralgemenen, aub. Er is een wereld van verschil tussen de giganten die de grote producenten opzetten, al dan niet in heelder parken al dan niet in de Noordzee, en het molentje van 5 of 10 meter dat een nieuwsgierige experimenteerder op het dak van het tuinhuis schroeft.

Over de eerste heb ik niets te vertellen, de laatste produceren ruwweg een kilowatt als het goed waait, en dat kan dus perfect met een dynamo uit een auto of vrachtwagen. Zoals @benleentje al aangaf kan men daar nuttig gebruik maken van MPPT (maximum power point tracking) waarbij men het veld zodanig aanstuurt dat de geproduceerde spanning en stroom een maximum aan vermogen opleveren, althans als de belasting daarom vraagt. Het is een redelijk complexe materie, er zijn geen simpele verhalen of antwoorden.

Op vrijdag 13 september 2024 22:47:59 schreef revado:
Dit is een mooi flimpje met uitleg.

https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=bfXc_bEq2ew

Leuk filmpje, maar het geeft geen antwoord op mijn vraag ;)

Op vrijdag 13 september 2024 23:03:28 schreef benleentje:
[...]

Zoals hieronder

[...]

https://www-airvoltaics-com.translate.goog/mppt-wind-turbines-inverter…

MPTT ken ik idd van zonnepanelen. Maar hoe werkt dat dan feitelijk. Hoe wordt de stator meer belast door de omvormer? Dat kan toch niet anders dan meer magnetische weerstand denk ik?

Ik maak de connectie namelijk even niet tussen omwenteling snelheid (frequentie) en vermogen.

In een simplificatie kan ik me voorstellen, dat zonder versnellingsbak de wieken harder gaan draaien en hoe harder deze draaien het voor een hogere frequentie zorgt. Deze hogere frequentie is meer vermogen. Maar als hier een versnellingsbak tussen zit die de frequentie aan de rotorzijde (redelijk) constant houdt, mis ik even de link tussen dit en het vermogen.

[Bericht gewijzigd door Nickname op (34%)]

niet veralgemenen, aub. Er is een wereld van verschil tussen de giganten die de grote producenten opzetten, al dan niet in heelder parken al dan niet in de Noordzee, en het molentje van 5 of 10 meter dat een nieuwsgierige experimenteerder op het dak van het tuinhuis schroeft.

Ik denk toch dat er ding is die alle molens doen en dat is het maximale vermogen eruit halen want waar heb je de molen anders voor?

Maar een schakeling is dan wel iets te algemeen daar heb je wel gelijk in. Ik denk dat er bij de hele grote molen er eerder een halve computer in zit om als de regelen.

Ik denk toch dat er ding is die alle molens doen

Ook jij niet veralgemenen, waarde vriend! Er kunnen best situaties zijn waar er voldoende energie kan geoogst worden zonder MPPT, er zijn erg veel variabelen in het spel.

Wel ga ik graag met u mee: hoe groter de molen, hoe zwaarder de investering, en dus wordt het belangrijker om er het maximale rendement uit te halen. Of er daarvoor dan een Cray supercomputer nodig is durf ik nochtans te betwijfelen :) , ik zie alle kans dat een Arduino het best zou kunnen redden. ZO complex is het tenslotte ook weer niet, voor een gegeven fysische opstelling, met als enige variabelen richting en snelheid van de wind, en de energiebehoefte aan de afnamekant.

Op vrijdag 13 september 2024 22:47:59 schreef revado:
Dit is een mooi flimpje met uitleg.

https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=bfXc_bEq2ew

Leuk filmpje zeker!

Over de elektriciteit zijn ze helaas niet heel uitgebreid.

Het is een 7MW molen van 250m rotortip hoogte. De versnellingsbak is vast, 120x, doorgaans 10rpm van de molen wordt 1200 rpm in de generator, dat wordt 950V, dan een omvormer, dan een trafo.

Ik denk inderdaad dat die omvormer in het ideale geval zo'n 70A zal trekken, lukt dat niet dan wordt de rotor teveel geremd, gaat te langszaam draaien. Op dat moment wordt de weerstand elektronisch verhoogd in de omvormer. 70A wordt bijvoorbeeld 50A, as en rotor gaan makkelijker en weer sneller draaien alleen nu met 5MW. Dit regelen zal wel duizenden keren per seconde worden bijgesteld.

Ik schat dat dan boven 8-9bft er teveel vermogen voor handen is. Je zag in het filmpje dat ze met die rotorbladen de kracht kunnen regelen die uit de wind naar de rotor wordt gebracht. De rotoren worden dan zo geroteerd om hun eigen as dat ze minder wind vangen en het aantal toeren weer richting die 10rpm zakt. Energetisch is natuurlijk 'zonde' maar je wil niet alles op 10MW bouwen (qua rotorsterkte, lagers, dynamo, kabels, financiele investering etc) terwijl je dat maar een paar uur per jaar haalt.

Zo'n molen is misschien te vergelijken met een zeilboot. Die bouw je zodat je lekker snel kan zeilen bij 2-7bft. Het verschil tussen 2 en 11 bft is mechanisch zo groot dat je niet zomaar een boot of molen kan bouwen die efficient werkt in beide situaties.

En omdat het veel vaker 2-7bft is wordt zo'n molen daar op geperfectioneerd.

Ik heb ze overigens ook gewoon zien draaien bij 9-10bft.

[Bericht gewijzigd door K7Jz op (20%)]

In een simplificatie kan ik me voorstellen, dat zonder versnellingsbak de wieken harder gaan draaien en hoe harder deze draaien het voor een hogere frequentie zorgt. Deze hogere frequentie is meer vermogen. Maar als hier een versnellingsbak tussen zit die de frequentie aan de rotorzijde (redelijk) constant houdt, mis ik even de link tussen dit en het vermogen.

Nogmaals, hoe het er in die mastodonten aan toe gaat dat zou ik echt niet weten, en complex en subtiel zal het er wel aan toe gaan. Maar staar u niet blind op dat toerental. Aan de mechanische kant gaat meer windsnelheid meer toerental opleveren, jawel, en daarmee gaat het "inkomende" vermogen op de turbineas ook toenemen. Maar elektrisch kan men alle kanten uit, inderdaad kan de veldwikkeling meer of minder worden gevoed, maar evenzeer kan men aan de afnamekant schakelend regelen. Voor het beetje zicht dat ik op die wereld heb.

https://www.youtube.com/watch?v=-HljEywnEf0 uitleg over verschillende type opwekkingseenheden in windmolens.

De huidige windmolen werkt nog steeds op hetzelfde principe als de oude gezeilde windmolen. Is er weinig wind, dan werden de wieken maximaal gezeild. Bij meer wind werden de zeilen gedeeltelijk opgerold. Bij zeer veel wind werd de molen uit de wind gedraaid om schade te voorkomen. Vandaag gaat het niet anders. Bij weinig wind worden de wieken zo gedraaid dat ze maximaal wind vangen. Bij toenemende wind draaien de wieken zich zodat er minder oppervlakte wind vangt.

Een bezoek aan zo een molen is wel eens interessant. Spijtig genoeg mochten we niet naar boven.

Deze gaat redelijk diep in op de 'double fed induction generator'
https://youtu.be/WUusbzyyg3U?feature=shared

https://youtu.be/UL1gl2-2A9w?feature=shared

Type 3 uit het filmpje van Peter112

[Bericht gewijzigd door K7Jz op (14%)]

Op vrijdag 13 september 2024 22:33:45 schreef Nickname:
Een hardere wind, zorgt voor een snellere omwenteling van de wieken.

Niet noodzakelijk. Er is ook een wind-technische "versnellingsbak". Door de invalshoek te verlagen, kan je de molen "meer kracht, minder snelheid" laten geven.

De modernste molens schijnen een "direct drive" generator te hebben. De as van de molen is direct de as van de generator. Geen versnellingsbak, geen verloren vermogen, geen onderhoud.

Daarna hebben ze een AC-AC omvormer om er 50Hz voor het net van te maken. Net als zonnepanelen.

Bij weinig of geen wind worden de wieken traag aangedreven door de generator als motor te laten fungeren ter bescherming van de rollagers .

Op vrijdag 13 september 2024 23:14:58 schreef Nickname:
[...]
...

In een simplificatie kan ik me voorstellen, dat zonder versnellingsbak de wieken harder gaan draaien en hoe harder deze draaien het voor een hogere frequentie zorgt. Deze hogere frequentie is meer vermogen. Maar als hier een versnellingsbak tussen zit die de frequentie aan de rotorzijde (redelijk) constant houdt, mis ik even de link tussen dit en het vermogen.

Zoek en lees eens wat de Lorentzkracht is en wat het doet.
Hoe meer mechanische kracht je nodig hebt hoe meer elektrisch vermogen je nodig hebt (werking motor), ook omgekeerd is het zo.

Eenvoudige omschrijving of poging tot...

Het spanningsnet kun je aanzien als een belasting van 0Ω (in theorie)
Elke 10de volt hoger dan het stroomnet maakt dat de generator een stroom moet leveren van I=U/R of 0.1V/0Ω = ∞ A. (oneindig) , dat is omgerekend een heel groot vermogen.

Als je maar weinig wind hebt zullen de wieken weinig stroom kunnen injecteren, omdat ze de generator niet hard genoeg kunnen aandrijven.
Bij meer wind zullen ze niet sneller draaien omdat de generator meer stroom levert en meer kracht nodig heeft.
Bij stormwind zou de generator verbranden wegens te hoge stroom als ze geen maatregelen nemen zoals de stand van de wieken en windmolen regelen.

Tot aan het max vermogen van de generator of instelling door de netbeheerders is toerental redelijk zelfregulerend.

Op zaterdag 14 september 2024 09:27:21 schreef Lead Acid:
Bij weinig of geen wind worden de wieken traag aangedreven door de generator als motor te laten fungeren ter bescherming van de rollagers .

d

Op zaterdag 14 september 2024 09:20:34 schreef rew:
[...]

De modernste molens schijnen een "direct drive" generator te hebben. De as van de molen is direct de as van de generator. Geen versnellingsbak, geen verloren vermogen, geen onderhoud.

Daarna hebben ze een AC-AC omvormer om er 50Hz voor het net van te maken. Net als zonnepanelen.

Dat van die rollagers en direct drive heb ik nog niet gezien (wel één vaste versnelling als je dat bedoelt).

In de twee films die als laatste noemde is het blijkbaar mogelijk met inductie generatoren om wisselende draaisnelheden toch 50Hz te laten genereren door het draaiveld anders te bekrachtigen (ik begeef me op glad ijs).

Soms wordt er ook kracht van het net naar de generator geleidt om per saldo er weer meer energie uit te krijgen.

Op vrijdag 13 september 2024 23:14:58 schreef Nickname:
[...]
MPTT ken ik idd van zonnepanelen. Maar hoe werkt dat dan feitelijk. Hoe wordt de stator meer belast door de omvormer? Dat kan toch niet anders dan meer magnetische weerstand denk ik?

Ik maak de connectie namelijk even niet tussen omwenteling snelheid (frequentie) en vermogen.

De frequentie heeft er helemaal niets mee te maken. In een direct gekoppelde generator wordt de frequentie gedicteerd door het europese distributienet. Het generatortoerental is in zo'n geval altijd hetzelfde, en de wieksnelheid dus ook. Alleen als er een variabele overbrenging is, dan kan de wieksnelheid veranderen.

Je kan alleen harder of minder hard er tegenaan duwen. Denk als vergelijking aan een heuvel opfietsen in dezelfde versnelling, met hetzelfde aantal slagen per minuut. Je MOET hoe dan ook dezelfde snelheid blijven fietsen. Ga je sneller of langzamer, dan ben je direct gediskwalificeerd.

Zit je op een vlakke weg, dan kost dat weinig kracht. Rijd je omhoog, dan zet je meer kracht als je dezelfde snelheid (vergelijk: net-frequentie) wil vasthouden.
Voor de molen geldt: hoe meer wind er is, hoe meer kracht er beschikbaar is om op dat zelfde toerental te blijven 'trappen'. De coördinatie van de nationale energievoorziening zorgt er voor dat de berg nooit zo steil wordt, dat de 'molenfietser' niet hard genoeg kan trappen om z'n snelheid vast te kunnen houden.
Hier komt ook net-stabiliteit de hoek om kijken. Duwen alle molens tegelijk heel hard tegen het lichtnet, dan versnelt het net uiteindelijk ook, en als dat te ver gaat, grijpen de beveiligingen in en krijg je grote problemen.

Bij een generator met omvormer regelt de omvormer hoe hard je tegen het net aanduwt en hoeveel vermogen je er in stopt. De generator mag van alles leveren, AC of DC, 50hz of 500hz - de omvormer regelt het allemaal wel.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op (11%)]