Wat als je de as van een windturbine niet horizontaal, maar verticaal plaatst? En wat als je de bladen dan actief laat mee bewegen in de windstroom? Vooral de uitvoering van dat laatste idee leverde Vernhout een 10 voor zijn masterscriptie op.
‘Opgelet: een windturbine is niet hetzelfde als een windmolen’, legt Vernhout uit. ‘Een turbine heeft schoepen of bladen en zet wind om in draaiing, maar het heet pas een molen als er iets mechanisch mee gedaan wordt, bijvoorbeeld papier of meel vermalen of hout zagen.’
Energietransitie
Vernhout is erg gedreven om iets te doen voor het klimaat en de transitie naar hernieuwbare energie. Voor zijn studie werktuigbouwkunde kwam hij daarom in de onderzoeksrichting Energy & Flow terecht, waar het gaat over energieopwekkende systemen. Hij stortte zich op een aerodynamische uitdaging bij windturbines.
Het probleem: vaste bladen en één windrichting
‘Het idee van een liggende windturbine die om een verticale as draait was op zich niet nieuw’, legt Verhout uit. ‘Het werd alleen niet gedaan omdat het per saldo in vergelijking met een rechtopstaande windmolen te weinig stroomwinst oplevert. Een turbineblad dat door de windkracht rond de as geblazen wordt, komt na een halve omwenteling diezelfde wind weer tegen, waardoor het systeem zichzelf afremt. Zelfs modernere varianten van zo’n turbine kampen met een vergelijkbaar probleem, en leveren maar zo’n 35 procent stroomkracht op, tegenover zo’n 50 procent van rechtopstaande windmolens.’ Maar ook die zijn volgens hem niet populair, omdat het veel kost om ze te bouwen, zeker op zee. Terwijl de EU wil dat tegen 2050 het grootste gedeelte van de Europese stroomvoorziening uit hernieuwbare bronnen komt.
De oplossing: bladhoekverstelling
Maar wat als die bladen in de turbine zich halverwege de omwenteling een paar graden bijdraaien, zodat ze het laatste stuk als een vliegtuigvleugel of surfzeil door de wind laveren? Of nog beter, wat als die bladen continu goed naar de wind gericht worden? Dat is het principe dat Vernhout voorstelt in zijn masterthesis. Hij ontwikkelde er ook een app bij, waarmee de turbine bestuurd en prestaties van de windtunnel gemonitord kunnen worden.
Het bouwen ging niet vanzelf. ‘De eerste versie die ik zelf in elkaar knutselde, hield het niet in de windtunnel. Ik had toen, met al het natuurkundige rekenwerk en de simulaties vooraf, de conclusie kunnen schrijven dat dat eerste idee niet werkte en meer onderzoek nodig zou zijn. Maar ik wilde iets maken dat ook echt een probleem oplost, dus ben ik gaan verbeteren tot het idee wél werkte. Ik denk dat dat uiteindelijk de 10 opleverde.’
De voordelen: meer stroom, minder overlast
De eerste tests in de windtunnel leverden direct al resultaat: de turbine presteert beter dan huidige windmolens. ‘Als je ze in een windpark verzamelt, kunnen de turbines dichter bij elkaar staan en behaalt het geheel zelfs drie tot vijf keer zoveel energiewinst’, vertelt hij. Bijkomend voordeel: de Vernhout-turbine hoeft niet honderden meters, maar kan ook slechts een paar meter hoog zijn, maakt nagenoeg geen geluid en levert nauwelijks slagschaduw op. Een bijkomend probleem dat Vernhout hiermee wist op te lossen is de positie van de generator. ‘Een traditionele windmolen is topzwaar. Dat is niet handig, zeker niet op drijvende windparken op zee.’ Met zijn idee zit de generator aan de onderkant, waardoor monteurs er ook nog eens makkelijker bij kunnen voor onderhoud.
‘Daarbij vind ik duurzaamheid ontzettend belangrijk. Die traditionele dingen zijn een grote ecologische uitdaging, je kunt ze niet recyclen. Dankzij de constructie kan mijn oplossing bijvoorbeeld van aluminium of zelfs hout gemaakt worden’, legt Vernhout uit. Ook ziet hij al voor zich hoe ze in kleinere vorm op individuele bedrijventerreinen gebruikt kunnen worden om het lokale stroomnet te ontzien, of bijvoorbeeld voor laadpalen bij tankstations.
Unilever Research Prize
En dat leverde hem dus de Unilever Research Prijs op. Naast brede aandacht krijgt hij ook een geldbedrag van 2500 euro. Unilever’s criteria draaien vooral om vergroening en duurzaamheid. Innovaties moeten bijdragen aan het behalen van de Sustainable Development Goals van de World Health Organisation. ‘Die van mij past bij doel 7; betaalbare en schone energie.’
Horsttoren
Hoewel het volgens hemzelf toch behoorlijk wat meer werk was dan vooraf gedacht, wil Vernhout het concept aan de UT verder uitwerken. De vakgroep Engineering Fluid Dynamics van Kees Venner steunt hem hierin. Tegelijk is hij van plan een startup op te richten, zodat hij het op kleine schaal al kan vermarkten. Zijn droom? ‘Het zou echt tof zijn om er een op de Horsttoren te kunnen plaatsen.’
