Bladloze windturbines: De toekomst van schone energie

Onderzoekers van de Universiteit van Glasgow onderzoeken actief manieren om de kracht van bladloze windturbines (BWT’s) te vergroten. Hiervoor bieden ze inzichten verkregen uit computersimulaties¹ van deze turbines, waarbij ze de meest efficiënte ontwerpen voor toekomstige modellen identificeren.

De onderzoekers zeiden:

“De bevindingen kunnen de sector voor hernieuwbare energie helpen om BWT’s, die zich nog in een vroeg stadium van onderzoek en ontwikkeling bevinden, van kleinschalige veldexperimenten naar praktische vormen van energieopwekking voor nationale elektriciteitsnetten te brengen.” 

Bladloze windturbines zijn een zich ontwikkelende vorm van windenergieopwekking die voornamelijk door onderzoekers wordt bestudeerd. Ze trekken echter snel de aandacht, en hun markt groeit even even snel.

In 2022 werd de wereldwijde marktgrootte van bladloze windturbines geschat op ongeveer $60.5 billion en wordt verwacht dat deze tegen 2030 meer dan $116 billion zal bedragen, gedreven door de stijgende vraag naar hernieuwbare energie wereldwijd.

In tegenstelling tot gewone windturbines zijn bladloze windturbines (BWT’s) stiller en nemen ze minder ruimte in beslag. Ze passen zich ook sneller aan veranderingen in windrichting aan, waardoor ze zeer nuttig zijn in stedelijke omgevingen met turbulente wind.

Een ander groot voordeel van BWT’s is dat ze de milieu-impact verminderen, vooral wat betreft de fauna. Voor vogels verhogen turbines met bladen het risico op botsingen omdat de snel draaiende bladen een waas kunnen vormen of helemaal onzichtbaar zijn. Bladloze turbines bewegen aanzienlijk minder, waardoor dieren zoals vogels ze gemakkelijker kunnen ontwijken. 

Het lage gewicht en het lagere zwaartepunt van BWT’s verminderen ondertussen de behoefte aan funderingen, waardoor de installatie van bladloze turbines wordt vereenvoudigd.

Het eenvoudigere ontwerp van deze turbines vereist bovendien minder onderhoud dan normale turbines, waardoor hun levensduur wordt verlengd.

Klik hier om te ontdekken of windenergie de wereld echt kan aandrijven.

Wat zijn bladloze windturbines en hoe werken ze?

Afkomstig van natuurlijke bronnen die zichzelf aanvullen, is hernieuwbare energie de sleutel tot de overgang naar minder koolstofintensieve en duurzamere energiesystemen.

Hernieuwbare energiebronnen omvatten wind, zonlicht, regen, golven, getijden, thermische energie en biomassa. Deze bronnen zijn cruciaal, niet alleen om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen, maar ook om klimaatverandering tegen te gaan. 

Onder de hernieuwbare energiebronnen is windenergie een snelgroeiende bron. In 2024 leverden hernieuwbare energie en kernenergie samen bijna 41% van de wereldwijde elektriciteitsopwekking. Onder de hernieuwbare bronnen leverde zonne‑energie de grootste bijdrage, gevolgd door windenergie, die groeide tot 8.1% van de wereldwijde elektriciteit.

Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) wordt verwacht dat zonne‑PV en wind 95% van alle toevoegingen aan hernieuwbare capaciteit zullen uitmaken tot 2030.

Om windenergie te benutten worden doorgaans windturbines gebruikt, die de mechanische energie van de wind omzetten in elektrische stroom. Een alternatieve manier om windenergie te gebruiken is via energie‑opslagontwerpen die gebaseerd zijn op aero‑elastische trillingen van flexibele structuren. 

In de afgelopen decennia heeft aero‑elastische energie‑opslag veel aandacht gekregen, met een bijzondere focus op vortex‑geïnduceerde trillingen (VIV) van cilindrische, niet‑gestroomlijnde lichamen. VIV‑technologie heeft aanzienlijke interesse gewekt, wat heeft geleid tot diverse numerieke modelleringen en experimenteel onderzoek.

Vortex‑geïnduceerde trilling wordt veroorzaakt door het afwisselend afwerpen van wervelingen van beide zijden van niet‑gestroomlijnde lichamen. Dit leidt tot regelmatige lift‑ en sleepkrachten evenals grote dwars‑oscillaties in structuren. 

Wanneer de frequentie van vortex‑afstoting overeenkomt met de natuurlijke frequentie van de structuur, leidt dit tot onstabiele bewegingen en oscillaties met een zeer grote amplitude. Dit gedrag staat bekend als het lock‑in‑fenomeen.

Een innovatief concept om windenergie te benutten door gebruik te maken van de hoge‑amplitudetrillingen van structuren in aanwezigheid van VIV en lock‑in, zijn bladloze windturbines (BWT).

Een BWT gedraagt zich effectief als een niet‑gestroomlijnd lichaam dat in een vloeistofstroom wordt geplaatst, waardoor wervelingen ontstaan door stromingsscheiding aan het oppervlak. Op deze manier toont BWT een enorm potentieel voor energieopbrengst binnen een specifiek bereik van windsnelheden. Het ontwerpen van bladloze turbines met een sterkere oscillatiemagnitude kan zowel hun energieopbrengst als het bereik van operationele windsnelheden gelijktijdig verhogen.

Gezien het potentieel van BWT’s bij het winnen van hernieuwbare energie, worden inspanningen geleverd om VIV te benutten voor elektriciteitsopwekking op kleine vermogensschalen, van 1 tot 100 W.

Er zijn ook studies uitgevoerd om de relatie tussen de energieopbrengst van BWT en ontwerpparameters zoals mastlengte, gewicht en windsnelheid te evalueren. Bovendien onderzoekt onderzoek het operationele windsnelheidsbereik van BWT’s via een afstemmingssysteem. Maar we hebben nog geen duidelijkheid over de efficiëntie van bladloze windturbines.

Aangezien wind geen eindige hulpbron is, is het belangrijk te bepalen of maximale efficiëntie leidt tot maximale BWT‑energieopbrengst.

Het is echter nog niet bekend of de uitgangsenergie kan worden verhoogd bij constante invoerwindenergie. Bovendien is er een gebrek aan fluid‑structure interactiemodellering van bladloze windturbines, die gemakkelijk kan worden gebruikt om de parameters van deze turbines te verkennen en antwoorden te krijgen op hun efficiëntie.

Daarom heeft de nieuwste studie van onderzoekers van de Universiteit van Glasgow als doel de lopende initiatieven te versnellen om bestaande BWT-modellen, die momenteel kleinschalig zijn, op te schalen voor grootschalige toepassingen op offshore locaties.

Dit onderzoek behandelt vragen over de efficiëntie en energieopbrengst van bladloze windturbines door een eenvoudig numeriek model te ontwikkelen om het fysieke mechanisme van VIV’s veroorzaakt door BWT’s te onderzoeken. De onderzoekers hebben een uitgebreid analytisch kader geleverd, dat de kritieke uitdaging aanpakt om BWT’s te optimaliseren voor maximale energie‑extractie terwijl de structurele integriteit behouden blijft.

Kunnen bladloze windturbines concurreren met traditionele turbines?

Conventionele windturbines met bladen zijn al lange tijd een populaire manier om wind om te zetten in elektriciteit. Deze turbines zetten de kinetische energie van de wind direct om in roterende bladbeweging, die vervolgens een generator aandrijft om elektriciteit te produceren.

Bladloze windturbines, of BWT’s, werken volgens een ander principe dan bladturbines. Het kernprincipe hier is VIV, en in plaats van bladen gebruiken deze turbines hoge, slanke, cilindrische masten die in de wind trillen of zwaaien. 

Om bladloze windturbines (BWT’s) voor maximale efficiëntie te bouwen, voerde het onderzoeksteam van de Universiteit van Glasgow duizenden simulaties van BWT-ontwerpen uit.

Dit stelde hen in staat om het meest optimale punt te vinden dat de energieopwekking maximaliseert zonder de sterkte van de structuur negatief te beïnvloeden. Volgens Dr. Wrik Mallik van de James Watt School of Engineering:

“Wat deze studie voor het eerst aantoont, is dat tegenintuïtief de structuur met de hoogste efficiëntie voor energie‑extractie niet de structuur is die de hoogste energieopbrengst levert. In plaats daarvan hebben we het ideale middenpunt tussen de ontwerpparameters geïdentificeerd om de mogelijkheid van BWT’s om energie te genereren te maximaliseren, terwijl hun structurele sterkte behouden blijft.”

De bevindingen van de studie geven inzicht in hoe de afmetingen van de mast, inclusief breedte en hoogte, niet alleen de hoeveelheid geproduceerde energie beïnvloeden, maar ook de structurele integriteit van deze turbines.

Dit onthulde een nog onbekende afweging: terwijl het vergroten van de diameter van de mast zowel de efficiëntie als de energie‑extractie verbetert, worden een piekefficiëntie van 6% en een maximale energie van 600 Watt bereikt via verschillende geometrische configuraties.

Echter, configuraties die alleen op energieopbrengst zijn geoptimaliseerd, overschrijden vaak de structurele veiligheidslimieten, terwijl die welke de efficiëntie maximaliseren een suboptimale energieopbrengst leveren.

Dus is het ideale ontwerp een mast van 31,4 inch (80 cm) met een diameter van 25,4 inch (65 cm), volgens de studievindsten gepubliceerd in Renewable Energy.

Zo’n optimale balans tussen vermogen en robuustheid kan veilig een indrukwekkende 460 watt leveren, een prestatie die beter is dan de huidige real‑world prototypes die rond de 100 watt pieken.

“In de toekomst zouden BWT’s een onschatbare rol kunnen spelen bij het opwekken van windenergie in stedelijke omgevingen, waar conventionele windturbines minder bruikbaar zijn.”

– Dr. Malik

De bevindingen van de studie kunnen een belangrijke rol spelen bij het waarborgen van de veiligheid van de structuur bij windsnelheden tussen 20 en 70 mijl per uur (mph). Volgens de onderzoekers zou hun methodologie het mogelijk kunnen maken om bladloze windturbines op te schalen voor het genereren van 1.000 watt (1 kilowatt) of meer.

Met dit onderzoek is het idee om de industrie aan te moedigen nieuwe prototypes van bladloze windturbines (BWT’s) te ontwikkelen door duidelijk het meest efficiënte ontwerp voor BWT’s aan te tonen.

“Het wegnemen van een deel van het giswerk bij het verfijnen van prototypes kan helpen om BWT’s dichter bij een bruikbare rol in de wereldwijde toolbox voor het bereiken van netto‑nul via hernieuwbare energie te brengen.” 

– Professor Sondipon Adhikari, James Watt School of Engineering

Volgens Adhikari zijn de ingenieurs van plan hun begrip van BWT‑ontwerp verder te verfijnen en te onderzoeken hoe ze de technologie kunnen opschalen om energie te leveren over een breed scala aan toepassingen.

Ze zijn ook “enthousiast” over het verkennen van speciaal ontworpen materialen, metamaterialen genaamd, die nauwkeurig zijn afgestemd om hen eigenschappen te geven die in de natuur niet voorkomen, met het oog op hoe ze de effectiviteit van BWT’s in de komende jaren kunnen verbeteren.

Nieuwe ontwerpen en materialen voor de volgende generatie BWT’s

In een andere studie², uitgevoerd door onderzoekers van de Alexandrië Universiteit eerder dit jaar, werden twee nieuwe mechanismen geïntroduceerd om BWT’s te ontwerpen om operationele beperkingen van bladloze windturbines aan te pakken, die worden veroorzaakt door het lock‑in‑fenomeen, waardoor ze beperkt blijven tot een klein bereik nabij de natuurlijke frequentie van de structuur. 

De geïntroduceerde mechanismen waren het afstemmingsmassamechanisme en het elastisch afstemmingsmechanisme, die een werking over een breed windsnelheidsbereik van 2 tot 10 m/s mogelijk maken.

De studievindsten tonen ook aan dat het gebruik van de equivalente massa van de mast en het polaire massamoment van traagheid aan het vrije uiteinde van de cantileverbalk belangrijk is bij het ontwerpen van de turbine en het waarborgen dat deze aan lock‑in‑voorwaarden voldoet.

Het doel van de studie is de ideale prestatie te behouden door de natuurlijke frequentie van de turbine te regelen via de implementatie van de mechanismen.

Er werd ook een wiskundig model gebouwd om de natuurlijke frequentie aan te passen zodat deze overeenkomt met de afstotingsfrequentie bij de opgegeven windsnelheid. De validatie van het model toonde een hoge nauwkeurigheid.

Het eerste mechanisme kan een toename van 99,2% in mechanische efficiëntie bij 7 m/s bereiken, maar om hogere buig‑ of flexuurmoduluswaarden te verkrijgen, moet het tweede mechanisme worden geïntegreerd om de totale grootte van de turbine te verkleinen. De geïntegreerde aanpak verbetert de efficiëntie met 55,7%.

Naast afstemmingsmechanismen is het kiezen van geschikte materialen voor de flexibele componenten van de turbine cruciaal, volgens de studie, om voldoende sterkte en prestaties te waarborgen, aangezien ze de algehele stijfheid van de structuur beïnvloeden. Hierdoor wordt de natuurlijke frequentie van de structuur beïnvloed, wat op zijn beurt alle BWT‑prestaties beïnvloedt.

De studie meldde dat koolstof‑ en glasvezels de beste materialen zijn voor het vervaardigen van de hoofdcomponenten van BWT’s.

De mechanische eigenschappen van composietmaterialen kunnen, zo stelde de studie verder, worden beheerst door hun fabricageparameters te wijzigen, zoals het aantal lagen en hun oriëntatie, waardoor de sterkte, stijfheid en andere kenmerken kunnen worden aangepast aan specifieke eisen voor verschillende toepassingen.

Hoewel de technologie zich nog in een zeer vroeg stadium van ontwikkeling bevindt en beperkt is tot experimentele en laboratoriumomgevingen, begint ze ook tekenen van toepassing in de echte wereld te vertonen.

Eind vorig jaar begon de BMW Group met proeven voor de bladloze windenergie‑eenheid. De Duitse autofabrikant installeerde de bladloze windenergie‑eenheid van Aeromine Technologies in zijn MINI‑productiefaciliteit in Oxford.

Deze fabriek zal dienen als testlocatie voor de technologie, waarbij de potentie van de eenheid wordt geëvalueerd om de energie‑efficiëntie te verbeteren op de locaties van het bedrijf wereldwijd en in bedrijfscomplexen in het VK.

De windenergie‑eenheid van Aeromine is geïnstalleerd op de rand van een gebouw, gericht op de wind. De verticale luchtprofielen van de eenheid, die op vleugels lijken, creëren een vacuumeffect, waarbij lucht achter een interne propeller wordt onttrokken om schone en groene elektriciteit te genereren.

“Onze ‘bewegingsloze’ windenergietechnologie is ontworpen om naadloos samen te werken met zonnestelsels, waardoor de hernieuwbare energieopbrengst van daken wordt gemaximaliseerd, terwijl uitdagingen zoals geluid, trillingen en impact op de fauna worden aangepakt. We zijn enthousiast om te zien hoe deze eerste installatie kan leiden tot bredere toepassingen bij de wereldwijde faciliteiten van BMW.”

– Claus Lønborg, managing director at Aeromine Technologies.

Klik hier om meer te leren over bewegingsloze windenergie 

Investeren in windenergie

In de windenergiesector is General Electric (GE.TO ) (GE ) een van de grootste fabrikanten van windturbines via haar dochteronderneming GE Vernova (GEV ), een wereldwijd energiebedrijf dat technologieën ontwerpt, produceert en levert om een duurzaam elektrisch energiesysteem te creëren. Haar segmenten omvatten Power, met focus op waterkracht, gas, stoom en kernenergie; Wind, met onshore en offshore windturbines en bladen; en Electrification, met stroomomzetting, netoplossingen, zonne‑energie en opslagoplossingen.

Het bedrijf heeft ongeveer 120 gigawatt (GW) aan geïnstalleerde energie verspreid over haar vloot van 57.000 windturbines die wereldwijd meer dan 4 miljard uur operationeel zijn.

GE Vernova (GEV ) 

Met een marktkapitalisatie van $132,9 miljard worden GEV‑aandelen momenteel verhandeld tegen $486, een stijging van meer dan 48% jaar‑tot‑datum. Het heeft een EPS (TTM) van 6,94 en een P/E (TTM) van 70,18, terwijl het dividendrendement 0,21% bedraagt.

In april rapporteerde het bedrijf de financiële resultaten van het eerste kwartaal van 2025, waaruit een omzet van $8 miljard, een nettowinst van $0,3 miljard en $1,2 miljard cash uit operationele activiteiten bleek. GE Vernova meldde ook een stijging van 8% in orders tot $10,2 miljard.

De kaspositie aan het einde van het kwartaal bedroeg $8,1 miljard. Ondertussen werd $1,3 miljard teruggegeven aan aandeelhouders.

“We leverden sterke resultaten in het eerste kwartaal en onze bedrijven bleven goed presteren. We hebben onze orderportefeuille voor apparatuur en diensten vergroot, de marges in elk segment aanzienlijk verbeterd, en we keren een aanzienlijk bedrag aan kapitaal terug aan aandeelhouders. Ik ben enthousiast over wat er komen gaat, want we staan nog maar aan het begin van de supercyclus van investeringen in elektriciteit.”

– CEO Scott Strazik

De windactiviteiten van GE Vernova lieten echter een gemengd resultaat zien, aangezien ze uitdagingen ondervinden in offshore wind, terwijl de onshore windactiviteit groei registreert.

Als gevolg hiervan nam de onshore levering toe, ondersteund door verbeterde prijzen, terwijl de offshore activiteiten krimpen. Hoewel het windsegment verliesgevend bleef, vertoont het tekenen van verbetering.

De orders voor de windactiviteiten van GE Vernova bedroegen $0,6 miljard, terwijl de omzet $1,8 miljard bedroeg. Het bedrijf investeerde gedurende de periode ook meer dan $100 miljoen om de prestaties van haar vloot te verbeteren.

Afgelopen maand kondigde GE Vernova aan dat ze nu de kracht van robotica en AI benutten om de kwaliteit van elk blad dat ze produceren, evenals de kwaliteit van grondstoffen vóór modellering en assemblage, te inspecteren. Op de lange termijn wordt verwacht dat de AI‑ondersteunde kwaliteitscontrole de levensduur van kritieke componenten verbetert en daardoor de levensduur van de turbines verlengt.

Laatste GE Vernova (GEV) aandelennieuws en ontwikkelingen

Slotbeschouwing: Zijn bladloze windturbines de toekomst?

Conventionele windturbines zijn essentieel voor het efficiënt benutten van windenergie, maar ze hebben enkele ernstige, inherente nadelen, zoals hoge initiële kosten, geluidsvervuiling, regelmatig onderhoud, visuele en milieueffecten, bouwbeperkingen in stedelijke gebieden, en efficiënte werking alleen bij hoge windsnelheden.

Al deze factoren hebben de ontwikkeling van alternatieve technologieën gestimuleerd, waarbij bladloze windturbines (BWT’s) een opkomend en spannend nieuw hoofdstuk in de technologie van hernieuwbare energie vertegenwoordigen.

In BWT’s genereert de beweging van de wind wervelingen, waardoor de hele structuur oscilleert, en wanneer de zwaaiende beweging overeenkomt met de natuurlijke trillingfrequentie van de structuur, wordt de beweging dramatisch versterkt. Die versterkte beweging of trilling wordt vervolgens omgezet in elektriciteit. Hoewel krachtig, bevindt de technologie zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium.

Met onderzoekers die ontwerpen optimaliseren die hogere opbrengsten en grotere structurele integriteit kunnen bereiken, kunnen BWT’s uiteindelijk waardevolle aanvullingen op energiediversificatie worden.

Naarmate de vraag naar schone energie blijft stijgen en lopend onderzoek helpt de innovatie op te schalen naar commercieel levensvatbare oplossingen, kunnen we onze reis naar een netto‑nul toekomst versnellen.

Klik hier voor een lijst van top windenergie‑aandelen.

Gerefereerde studies:

1. Breen, J.; Mallik, W.; Adhikari, S. Prestatieanalyse en geometrische optimalisatie van bladloze windturbines met behulp van Wake Oscillator Model. Renew. Energy 2025, 215, 123549. https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.123549

2. Mohamed, Z.; Soliman, M.; Feteha, M.; et al. Een nieuw optimale ontwerpbenadering voor bladloze windturbines rekening houdend met de mechanische eigenschappen van gebruikte composietmaterialen. Sci. Rep. 2025, 15, 1355. https://doi.org/10.1038/s41598-024-82385-9