Windmolen zonder wieken: oplossing voor nieuw probleem

Windturbines worden de ruggengraat van ons energiesysteem: in 2025 was windenergie goed voor meer dan 37% van de elektriciteitsproductie in de EU. Toch zijn ze enorm, lawaaierig en verstorend voor de natuur. Bladeloze windturbines proberen niet de conventionele modellen te overtreffen. Ze proberen juist op plekken te komen waar conventionele generatoren dat niet kunnen.

Bladeloze windturbines (BWT's) wekken elektriciteit op zonder draaiende bladen. In plaats van energie op te vangen door middel van rotatie, maken ze gebruik van verschillende aerodynamische verschijnselen om elektriciteit te produceren.

BWT's zijn meestal ontworpen als cilindrische masten. Met andere woorden, het zijn hoge cilinders van enkele meters hoog – de grootste modellen zijn 13 meter hoog – gemaakt van met hars versterkte koolstofvezel of glasvezel. De cilinder is met een stang in de grond verankerd. De buitenstructuur oscilleert, terwijl de basis vast blijft staan.

Zie ze als hoge lantaarnpalen die in de wind heen en weer zwaaien. Maar hoe wekken ze dan elektriciteit op?

Serie

Green Tech Decoded

Van revolutionaire windturbines tot futuristische materialen: er gebeurt veel op het gebied van groene technologie. Maar wat houden al deze technologieën precies in? En waarom zouden we ons hiermee bezighouden? In Green Tech Decoded leggen we uit hoe deze innovaties werken en waarom ze onze samenleving zouden kunnen veranderen.

Bekijk serie

De fysica achter windmolen zonder wieken

Wanneer wind langs een cilindrische structuur stroomt, ontstaan er aan weerszijden van de structuur luchtwervelingen. Deze wervelingen brengen de cilinder in trilling – een fysisch verschijnsel dat bekendstaat als vortex-geïnduceerde trilling (VIV) – die vervolgens via een alternator wordt omgezet in mechanische energie en vervolgens in elektriciteit.

BWT-ontwerpen zorgen ervoor dat de cilinder met dezelfde frequentie oscilleert als de door de wind veroorzaakte wervelingen, waardoor de energieopbrengst wordt gemaximaliseerd. Dit principe staat bekend als aero-elastische resonantie. In feite versterken de wind en de bladloze turbine elkaar in een terugkoppelingslus, waarbij de structuur bij een bepaalde windsnelheid met maximale amplitude oscilleert – omdat de frequentie van de wervelafscheiding overeenkomt met de natuurlijke frequentie van de structuur.

Concepten voor bladloze windturbines zijn ontworpen om ervoor te zorgen dat deze resonantie optreedt bij de meest voorkomende windsnelheden op de installatielocatie. Maximale trilling betekent maximale energieopbrengst.

Wat zijn de voordelen van bladloze windturbines?

Bladloze windturbines hebben een aantal voordelen ten opzichte van conventionele windturbines.

• Levensduur en onderhoud. Omdat ze geen bladen, tandwielen en draaiende onderdelen hebben, zijn bladloze windturbines minder gevoelig voor slijtage en mechanische storingen.
• Kostenefficiënt. Naast lagere onderhoudskosten zijn ze ook goedkoper te installeren en te bouwen, gezien hun inherent eenvoudigere ontwerp.
• Milieuvriendelijkheid. Deze generatoren bewegen minder, waardoor vogels ze gemakkelijker kunnen ontwijken dan bij conventionele turbines. Tegelijkertijd zijn ze stiller, wat geluidsoverlast vermindert.
• Geschiktheid voor stedelijke gebieden. Door hun lagere geluidsniveaus zijn ze potentieel geschikt om dichter bij stedelijke gebieden te worden geplaatst, waar energie nodig is. Tegelijkertijd kunnen ze zich aanpassen aan veranderende windrichtingen, wat handig is in stedelijke omgevingen met turbulente windstromen.
• Ruimtebesparing. In vergelijking met de turbines die vandaag de dag worden ingezet, nemen ze veel minder ruimte in beslag.

Wat zijn de nadelen van bladloze windturbines?

Naast deze voordelen zijn er ook enkele belangrijke nadelen.

• Lager vermogen. Bladloze windturbines zijn niet zo hoog als conventionele turbines, die tegenwoordig zo’n 100 meter hoog zijn, waardoor ze minder stroom opwekken. Ze produceren ongeveer 30% minder elektriciteit omdat ze geen toegang hebben tot sterkere, constantere winden. Dit is een belangrijk nadeel, waardoor BWT’s een aanvullende rol spelen in de windenergie.
• Structurele belasting. De trillingen waarmee bladloze windturbines energie opwekken, kunnen de fundering belasten. Ingenieurs moeten nog verder werken aan het verfijnen van de manier waarop de cilinders hogere trillingssnelheden kunnen weerstaan.
• Gevoeligheid voor atmosferische omstandigheden. Veranderingen in het weerpatroon kunnen de energieproductie beïnvloeden. Geavanceerde trillingsbeheersingssystemen zijn nodig om de prestaties onder verschillende atmosferische omstandigheden te maximaliseren.
• Ontbrekende regelgevingskaders. Omdat het een relatief nieuwe technologie is, zijn er geen gestandaardiseerde protocollen om deze te testen.

Hoe staat het momenteel met deze technologie?

Zoals je waarschijnlijk al hebt afgeleid, moet de technologie van bladloze windturbines zich nog bewijzen en zal deze de conventionele windturbines niet vervangen. Maar wie boekt de grootste vooruitgang?

Het Spaanse bedrijf Vortex Bladeless wordt gezien als een van de belangrijkste spelers op dit gebied. Zij hebben een kegelvormige windturbine ontwikkeld die gebruikmaakt van wervelingen. Ze ontwikkelen momenteel modellen in verschillende maten. Hun Vortex Nano-model, 85 centimeter hoog, is door de niet-gouvernementele organisatie Birdlife geselecteerd om de impact van de turbine op het leven van vogels te bestuderen.

Het Amerikaanse Aeromine Technologies ontwikkelt een concept voor een bladloze windturbine die op gebouwen kan worden geplaatst. Ze zijn pioniers op het gebied van een ander soort ontwerp. In plaats van een mast bestaat hun concept uit twee vleugelvormige panelen. Wanneer er luchtstroom tussen deze panelen stroomt, ontstaat er een lagedrukzone die zuigkracht genereert. Via een gesloten kanaal wordt een propeller aangedreven die elektriciteit opwekt.

Het Texaanse bedrijf is een samenwerking aangegaan met de BMW Group om de technologie in de VS te testen. Het bedrijf betrad de markt in 2025 en plant de eerste installaties in 2026 in Europa en Noord-Amerika.

Het ontwerp van de bladloze windturbine van Aeromine - © Aeromine Technologies

Een onderzoek uit 2025 van de Universiteit van Glasgow heeft een optimaal BWT-ontwerp vastgesteld dat een piekvermogen van maximaal 460 watt levert, waarmee het beter presteert dan de best presterende bestaande concepten, die maximaal 100 watt opleverden. Hun ideale ontwerp is een mast van 80 cm met een diameter van 65 cm.

Wat kunnen we verwachten?

BWT's zijn er in verschillende uitvoeringen en kunnen dienen als aanvullende energiebron op daken ter aanvulling op zonne-energie, maar ook in stedelijke omgevingen of op afgelegen locaties.

Ze zijn echter niet op weg om conventionele windparken te vervangen. Door het concept op grotere schaal toe te passen, ontstaat er nog een andere oplossing voor het opwekken van groene energie op daken, in stedelijke omgevingen en op afgelegen locaties. Ze kunnen worden ingezet op plaatsen waar de 100 meter hoge generatoren niet kunnen komen.