Hoe werkt een windmolen eigenlijk?
We zien ze vaak langs de weg of in het landschap, en hopelijk binnenkort aan de Noorder IJplas: grote, indrukwekkende windmolens. Maar hoe werkt zo’n imposante machine eigenlijk? Laten we eens een kijkje nemen in het hart van deze krachtpatsers!
De kracht van de wind
Windmolens gebruiken de energie van de wind om elektriciteit te maken. De wind zelf ontstaat door temperatuurverschillen op aarde. Warme lucht stijgt op, koele lucht stroomt ernaartoe, en zo ontstaat wind. Deze natuurlijke beweging van lucht bevat veel energie, en een windmolen kan die energie omzetten in iets wat we dagelijks gebruiken: stroom!
De mast: het skelet van de windmolen
De mast, of toren, van de windmolen is misschien wel het meest opvallende onderdeel. Deze hoge structuur houdt alles omhoog en zorgt ervoor dat de wieken hoog in de lucht zitten, waar de wind vaak sterker en constanter is. De mast is meestal gemaakt van staal en is hol van binnen. Binnen in de mast vind je een ladder of lift waarmee technici naar de top kunnen klimmen voor onderhoud. De mast is tussen de 60 en 120 meter hoog, vaak gemaakt van staal en heeft een diameter tussen de twee en zeven meter.
De rotorbladen: van wind naar beweging
Een windmolen heeft grote wieken (ook wel rotorbladen genoemd) die door de wind worden rondgedraaid. Deze wieken zijn zo ontworpen dat ze de wind maximaal opvangen. Zodra de wieken beginnen te draaien, zetten ze de windenergie om in bewegingsenergie. Denk aan een fietswiel dat begint te draaien als je trapt. De rotorbladen zijn gemaakt van kunststof, maar kan ook carbon delen bevatten. Pas vanaf windkracht 2, dat is ongeveer 3 m/s, kan een windmolen elektriciteit produceren. Voor elke verdubbeling van windsnelheid werkt een windturbine achtkeer zo veel stroom op. Het maximaal vermogen wordt bereikt bij windkracht 5-6.Wanneer het harder waait dan windkracht 10 dan wordt de molen uitgeschakeld omdat er anders kans is op schade.
De rotoras: de verbinding met de wieken
De wieken van de windmolen zijn bevestigd aan de rotor, die draait wanneer de wind de wieken in beweging zet. De rotor is verbonden met een as, de rotor-as, die de draaibeweging van de wieken naar de generator in de nacelle overbrengt.
De nacelle: het hart van de windmolen
Helemaal bovenaan de mast zit een groot, kastachtig onderdeel dat de nacelle wordt genoemd. Dit is het hart van de windmolen, waar de magie echt gebeurt. In de nacelle zitten de belangrijkste onderdelen die de bewegingsenergie van de wieken omzetten in elektriciteit. Van afstand lijkt deze nacelle misschien klein maar de ruimte is zo groot als een woonkamer!
Figuur 1: de binnenkant van de nacelle (bron: VU Brussel)
De tandwielkast: meer toeren maken
Hoewel de wieken snel kunnen draaien, is de snelheid meestal niet hoog genoeg om direct veel elektriciteit op te wekken. Daarom zit er tussen de rotoren de generator een soort versnellingsbak: de tandwielkast. Deze versnellingsbak werkt net als in een auto: hij verhoogt de snelheid van de draaiende as zodat de generator efficiënter elektriciteit kan produceren.
De generator: van beweging naar stroom
In de generator gebeurt de daadwerkelijke omzetting van beweging naar elektriciteit. De draaiende as zet een elektromagneet in beweging binnen de generator. Dit zorgt ervoor dat er elektriciteit wordt opgewekt. De stroom die hieruit komt, kan vervolgens via kabels naar buiten worden geleid, waar het verder wordt verwerkt en verspreid.
De transformator: stroom klaar maken voor gebruik
Niet in alle windmolens, maar in sommige zit ook een transformator in de nacelle. Deze transformator zorgt ervoor dat de spanning van de opgewekte stroom wordt aangepast zodat deze geschikt is voor het stroomnetwerk. In andere gevallen gebeurt dit buiten de windmolen.
De kruimmotor: altijd de juiste richting
Om optimaal te werken, moet een windmolen altijd naar de wind gericht zijn. In de nacelle zit een slim besturingssysteem dat continu de windrichting meet en de hele nacelle draait, zodat de wieken altijd in de juiste richting staan. Dit systeem wordt aangedreven door kleine elektromotoren.
Koeling en smeersystemen: voor een soepel werkende molen
Omdat er in de nacelle veel bewegende onderdelen zijn, kan het er warm worden. Daarom hebben windmolens vaak een koelsysteem om de generator en andere componenten op de juiste temperatuur te houden. Daarnaast zorgen automatische smeersystemen ervoor dat alles soepel blijft draaien, zonder dat er te veel slijtage optreedt.
Remsystemen: veiligheid voorop
Een windmolen kan niet zomaar eindeloos doordraaien. Bij te harde wind, teveel slagschaduw of wanneer er onderhoud nodig is, moet de windmolen veiligkunnen stoppen. Daarvoor zijn er remsystemen ingebouwd, zowel voor de rotor alsvoor de wieken. Deze remmen kunnen de wieken stilzetten of vertragen om schadete voorkomen.
Zoals je ziet, zit er heel wat techniek in de binnenkant van een windmolen. Elk onderdeel speelt een cruciale rol in het proces van het omzetten van wind in bruikbare elektriciteit. Dankzij deze slimme systemen kunnen we op een duurzame manier stroom opwekken en bijdragen aan een groenere toekomst. Het is fascinerend om te bedenken dat al deze technologieën samenwerken in wat aan de buitenkant zo’n eenvoudige, elegante structuur lijkt.
In deze video van Weet je dat ook weer laten ze zien hoe de binnenkant er uit ziet!
