Houten windmolens tegen trillingen
Trillingen van windturbines kunnen de metingen van de Einstein Telescope verstoren. Voorlopig wordt uitgegaan van een veilige turbinevrije zone van ongeveer tien kilometer rond de telescoop, maar het gebruik van houten masten voor de molens in plaats van beton zou weleens voor lucht kunnen zorgen. Achim Stahl, directeur van het Physikalisches Institut van de RWTH in Aken, is na eerste onderzoek optimistisch. Het Oostenrijkse Hasslacher Green Tower werkt aan een prototype.
De meeste windturbines zijn opgebouwd uit een mast van beton en staal en staan op een betonnen fundering. Als de kunststof rotorbladen draaien, ontstaan trillingen die de Einstein Telescope, 250 meter onder de grond, bereiken. “Storing is mogelijk als ze binnen ongeveer tien kilometer staan, wijst onderzoek uit”, aldus Achim Stahl. “Het veiligst zou dus zijn om die marge van tien kilometer aan te houden. Politiek ligt dat echter gevoelig en we begrijpen goed dat windenergie ook in deze regio een optie is.”
Voordelen van hout
Nu is er een ‘bufferzone’ van ongeveer tien kilometer. Onderzocht wordt of er op lange termijn een veel kleiner of misschien wel helemaal geen windmolenvrij gebied nodig is in de omgeving van de telescoop.
“We weten dat hout veel minder trillingen doorgeeft dan metaal en beton. Een houten mast zou dus één van de oplossingen kunnen zijn. Hout is ook nog eens lichter waardoor het anders gefundeerd kan worden én het is duurzamer dan staal en beton. Allemaal extra voordelen.”
Via een ander onderzoeksproject bij de RWTH in Aken kwam Achim Stahl in contact met het Oostenrijkse Hasslacher, wereldleider in houten gelamineerde balken voor houten constructies in onder meer bruggen, huizen, kantoren appartementsgebouwen. “Hasslacher werkt al langer aan een alternatief voor beton en staal in windmolens. Sterker, verschillende opties zijn al in een vergevorderd stadium. We zijn in gesprek geraakt en nu onderzoeken we of een constructie van hout inderdaad voor minder vibraties in de bodem zorgt. De eerste conclusies, onder meer op basis van simulaties, stemmen optimistisch.”
Veel ervaring
Carlo Schröder wil namens Hasslacher vanuit Oostenrijk graag een toelichting geven. “We werken inderdaad al een aantal jaren aan een alternatief voor de betonnen masten van windmolens. Twee ontwerpen zijn al goedgekeurd door keuringsinstantie TÜV. Samen met de RWTH sleutelen we nu aan een derde digitaal prototype, speciaal voor installaties van 160 meter en hoger. Technisch gezien niet zo ingewikkeld. We hebben veel ervaring met allerlei toepassingen van hout in bouwconstructies. Wij denken zeker dat het een geschikt materiaal is voor windmolens, voor ons een nieuwe markt met perspectief. Daarom werken we ook graag samen met de RWTH. We komen meer te weten over de duurzame aspecten en over het dempen van trillingen. En het zou natuurlijk fantastisch zijn als we indirect kunnen bijdragen aan de bouw van de Einstein Telescope vlakbij Aken.”
Vier frames
De ingenieur van Hasslacher deelt cijfermateriaal en een serie beelden over het prototype waaronder een animatie van een windmolen in het landschap. Een constructie van vier taps toelopend houten frames (net zoals het oude vakwerk) met daarop een stalen buis waaraan de drie rotorbladen bevestigd worden. “In totaal 200 meter hoog als je bladen meetelt. Negentig procent van de constructie bestaat uit hout, inclusief de holle schacht in het midden met ruimte voor alle kabels en de onderhoudslift. We zijn inmiddels vergevorderd in de virtuele testfase. Deze constructie is solide en kan absoluut concurreren met de bestaande molens van beton en staal. Alleen is die van hout lichter en kan er anders gefundeerd worden, op vier punten namelijk met minder beton.”
Vooral dat laatste is relevant voor de trillingen, weet Achim Stahl na uitgebreid onderzoek. “Exacte cijfers hebben we nog niet, we willen straks ook in de praktijk kunnen testen. De simulaties zijn echter veelbelovend. Ik denk echt wel dat de windmolenvrije zone rondom de Einstein Telescope straks veel kleiner zou kunnen.” Carlo Schröder knikt, maar waagt zich niet aan cijfers. “Wij weten meer van het hout en wat je er allemaal mee kunt. Je kunt de torens bouwen met hout uit speciale kweekbossen. Duurzaam dus. Voor het nieuwe type windmolen is 400 à 500 kuub van dat hout nodig. Dat betekent 400 à 500 ton CO2-opname. Verder gaat hout heel lang mee, zeker de twintig jaar levensduur zoals die nu voor de molens aangehouden wordt. Daarna is het hout makkelijk herbruikbaar voor andere toepassingen.”
Maatschappelijke impact
Vergelijk dat eens met het gebruik van beton en staal, vult Achim Stahl aan. “De productie hiervan is energie-intensief en verre van circulair. Natuurlijk is ons eerste belang in dit onderzoek de Einstein Telescope, maar er is méér. Duurzaamheid dus, minder CO2-uitstoot onder meer, én andere toepassingen. De huidige generaties windturbines storen ook andere seismologische metingen zoals die van mogelijke aardbevingen. De maatschappelijke impact is dus een stuk groter dan alleen die mooie telescoop.”
Hasslacher is in gesprek met Europese en Chinese producenten van windmolens over de mogelijkheden van houten constructies. “Uitdaging is om de kostprijs ónder die van de huidige modellen te krijgen”, zegt Carlo Schröder. “Dat moet lukken, temeer omdat de houten constructies makkelijker neer te zetten zijn tegen hellingen en andere moeilijke plekken. Dat is toekomstmuziek. Eerst willen we nog vóór de zomer van volgend jaar een prototype bouwen waarmee we definitief uitsluitsel krijgen over trillingen.” Waarmee het consortium van de Einstein Telescope misschien weer een vraag beantwoord ziet.
