Windmolens: Van Oud-Persië tot Moderne Hernieuwbare Energie

Achtergrond

Een windmolen is een apparaat dat windenergie benut door draaiende, instelbare wieken. Historisch aangedreven graanmolens en waterpompen, en vandaag de dag vormen ze de basis van moderne windturbines die schone elektriciteit leveren.

Geschiedenis

Menschen gebruiken wind al eeuwenlang, aanvankelijk om zeilboten voort te drijven. Het eerste gedocumenteerde windmolenontwerp dateert uit Perzië (500-900 n.Chr.) en was oorspronkelijk een verticale-as waterpompmachine voordat het aangepast werd voor graanmalen. Hoewel vroege Chinese windmolens dateeren uit 1219 n.Chr., wordt Perzië de eer toegeschreven voor het vroegst gedocumenteerde gebruik.

Na de Kruistochten verspreidde het concept zich naar Europa, waar de vroegste bewaarde ontwerpen (1270 n.Chr.) horizontaleassen hadden, waarschijnlijk geïnspireerd door de bestaande waterradtechnologie en voor grotere efficiëntie. Europese molenaars, met name de Nederlanders en Engelsen, verfijnden het ontwerp, wat leidde tot de torenmolen, meerverdiepings smockmolens, en geautomatiseerde besturingen.

Windmolens dienden als de 'elektromotoren' van pre-industriële Europa, aangedreven zagerijen, textielverving, en tabaksverwerking. De opkomst van stoomkracht in de 19e eeuw, gecombineerd met de intermittente aard van wind, leidde tot een afname in grote windmolens, hoewel kleinere waaier-typemolens gedijden—vooral in Amerika waar meer dan zes miljoen tussen 1850 en 1970 werden gebouwd.

Ontwerp

Windmolens worden gecategoriseerd in horizontale-as en verticale-astypen. De eerste, inclusief postmolens, smockmolens, torenmolens en waaiermolens, is dominant geworden door hogere efficiëntie.

Postmolens hebben een enkele oprechte paal die de hele structuur ondersteunt, wat de molen toelaat om te draaien om de wind aan te lopen. Smockmolens verbeteren dit door een vast lichaam en een draaiende kap te hebben, wat grotere wieken en robuustere constructie mogelijk maakt. Torenmolens breiden dit concept verder uit met een permanente, vaak ronde, steen of baksteen toren die superieure weerbestandheid biedt.

Waaier-typemolens—compacte, individuele units—bestaan uit een mast, een wiel, een staartmontage, en een pomp. Masten variëren van 10 tot 15 voet (3-4,5 m) hoog, met wieken tussen 6 en 16 voet (1,8-4,9 m) in diameter.

Grondstoffen

Postmolens zijn primair houten, met lichtgewicht balsa voor wieken en steviger hardhout voor het frame, afgewerkt met verf of hars. Smock- en torenmolens gebruiken hout, bakstenen, en steen. Waaier-typemolens hebben verzinkte staal voor de toren, lichtgewicht staal of aluminium wieken, en brons of messing pompen om bevriezing te weerstaan. Leer of synthetische polymeren worden gebruikt voor ringetjes en O-ringetjes.

Het Productieproces

Windmolens worden op locatie gebouwd uit voorgefabriceerde componenten. De volgende outline beschrijft de constructie van een waaier-typemolen:

Maken van de Torenonderdelen

• Verzinkte staalspoelen worden gestrekt, gesneden, en waar nodig gelast. Afgeronde stukken worden met precisie gaten geboord en gecoat voordat ze verpakt worden.

Maken van de Tandwielkast

• Gietgetandwielen, assen, en rotoren worden handmatig gemonteerd in een weerbestendige behuizing die het wiel en de staartmontage ondersteunt.

Maken van de Waaier

• Een staalrand wordt in een ring gerold, geboord, en voorzien van een centrale as en spaken. Wieken, gesneden uit plaatmetaal, worden gebogen en met bouten en klemmen aan de rand bevestigd.

Voorbereiden van de Locatie

• Zoek een locatie met een heersende wind van minimaal 15 mph (24 km/u). Ruim hinderpaal, en verhoog de fundering met een betonnen plaat of heuvel om de luchtstroom te verbeteren.

Finale Montage

• Monteer de toren op de grond, til hem dan verticaal. Bout de toren aan de basis, spaan blijkstay's an, en test stabiliteit. Bevestig de tandwielkast, hoofdas, waaier, staart, en pomp in volgorde om de molen operationeel te maken.

Kwaliteitscontrole

Visuele inspecties op elk productiestadium vangen defecten op. Op-locatie constructie vereist zorgvuldig vakmanschap; regelmatig onderhoud zorgt voor langetermijnefficiëntie.

De Toekomst

Terwijl traditionele windmolenontwerpen grotendeels onveranderd blijven, vormen vooruitgang in materialen en turbinetechnologie de industrie om. Regeringsinvesteringen in windparken—vooral in Californië—tonen een verschuiving naar grootschalige, netwerkgekoppelde turbines die een duurzame alternatief voor fossiele brandstoffen bieden.

Waar Meer Te Leren

Boeken

Baker, T. Lindsay. North American Windmill Manufacturers' Trade Literature. University of Oklahoma Press, 1998.

Clegg, Alan John. Windmills. Horseshoe Publications, 1995.

Hills, Richard L. Power from Wind: A History of Windmill Technology. Cambridge University Press, 1994.

Hooker, Jeremy. In Praise Of Windmills. Circle Press Pubns, 1990.

Watts, Martin. Water and Wind Power. Shire Publications, 2000.