UT Dallas ingenieurs pionieren diepzeewindturbinebladen

Dr. Todd Griffith, associate professor mechanische engineering, demonstreert zijn bladontwerp voor een offshore drijvende windturbine. Griffith leidt een team van UT Dallas onderzoekers en medewerkers om een prototype te bouwen voor de turbine. Bron | Universiteit van Texas in Dallas

University of Texas at Dallas (UT Dallas) associate professor mechanische engineering Dr. Todd Griffith en zijn team hebben een $3,3 miljoen subsidie ontvangen van de U.S. Department of Energy om een prototype te ontwikkelen van hun drijvende offshore windturbineontwerp voor het omzetten van diepzee winden in elektriciteit.

De nieuwe subsidie is onderdeel van een $26 miljoen Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) award die 13 projecten financieren om drijvende offshore windturbine technologieën te versnellen via het Aerodynamic Turbines, Lighter and Afloat, with Nautical Technologies and Integrated Servo-Control (ATLANTIS) programma.

Het Department of Energy schat dat staats- en federale wateren langs de VS kusten en de Grote Meren tweemaal zoveel energie kunnen genereren als alle landelijke elektriciteitscentrales gecombineerd. Een van de grootste barrières voor het oogsten van die energie is de hoge kosten van het plaatsen van windturbines in dieper water, waar drijvende platforms vereist zijn. Griffith’s project streeft ernaar de kosten te verlagen en uitdagingen met installatie en verbinding met bestaande energienetten met onderzeese kabels te overwinnen.

Griffith’s verticale as windturbineontwerp, in tegenstelling tot traditionele drie-blads horizontale as windturbines, roept verticale bladen op die rechtop staan op een platform dat deels boven de oceaanoppervlakte en deels eronder zit. Het platform is verbonden met de zeebodem met kabels, in plaats van direct geankerd aan de zeebodem, op oceaandiepten van minimaal 200 voet. 

Volgens het ontwerp zouden de turbinebladen tussen 600 en 700 voet boven de oceaanoppervlakte rijzen, maar kunnen zo hoog als 900 voet bereiken. 

Griffith begon in 2009 met het onderzoeken van verticale as windturbineontwerpen toen hij een principal member of the technical staff was en offshore technical lead bij Sandia National Laboratories’ (Albuquerque, N.M., VS) Wind Energy Technologies Department. Hij trad toe tot UT Dallas in 2017.

Onder de nieuwe subsidie zal het UT Dallas team promoveren, postdoc-onderzoekers en Dr. Mario Rotea, de Erik Jonsson Chair en hoofd van mechanische engineering, die de besturingssystemen duw van het project zal leiden. Via een proces genaamd control co-design, zei hij dat hij zal werken aan het ontwikkelen van de subsysteem vereist om de meeste kracht te onttrekken met de minste inspanning van de turbine, wat het beheren van krachten op de bladen en de turbine’s snelheid in veranderende weersomstandigheden omvat.

Het onderzoek is kritiek voor het uitbreiden van het gebruik van windenergie in de Verenigde Staten, vooral in kustgebieden, volgens Rotea. De natie’s enigste commerciële offshore windproject, dat online kwam in 2016, is de Block Island Wind Farm ongeveer 4 mijl uit de kust van Block Island, Rhode Island.

UT Dallas onderzoekers werken samen met de Universiteit van Illinois op Urbana-Champaign en bedrijfspartners Aquanis Inc., VL Offshore en XFlow Energy. 

“Voor mij is dit een kans om geweldig onderzoek te doen met een geweldig multidisciplinair ingenieursteam,” zegt Griffith. “We brengen structureel ontwerp, aerodynamica, besturingssystemen, drijvende systemen, economie en installatieprocedures samen. Het is een echte systems-level engineering uitdaging. Ik ben gewoon opgewonden om dit ongelooflijke team te leiden om al deze technologie samen te brengen om de visie van het ATLANTIS programma te realiseren.”