Energiebalans: de Archimedes windmolens

De Archimedes windmolen, die als urban windmill in de markt wordt gezet, lijkt ideaal voor jachten, omdat hij veel windenergie weet om te zetten in elektrische energie. Hij is dus efficiënt. De windmolen kan lichter worden gebouwd dan de meeste. Dat is voordelig voor de stabiliteit, dus is minder massa onderin het schip als contragewicht nodig en durven we ook een klein exemplaar in de grote mast te zetten. Deze molen wordt heel effectief, want een zeiler weet: de wind zit boven. Het plaatje van de wind gradiënt laat dat goed zien.

Dit is ook een van de redenen waarom er een kleine achtermast staat. Dit is niet meer dan een apparatenpaal (Er kan ook een zeiltje op, maar die in de zeilberekening nog niet eens is meegenomen.) De wind in een omgeving zoals een haven, wordt gebroken tot zo’n 5 a 6 meter. Daarboven neemt de windsnelheid sterk toe. Dus is deze ‘windmast’ hoger dan 6 meter. De molen die erop staat is een stuk groter en heeft een piekvermogen van 400 Watt.

De Archimedes windmolen is een nieuwe uitvinding. Hij wordt december dit jaar geproduceerd in Zuid-Korea. Tegelijkertijd wordt gestart met het ontwerp van de jachtversies, waarvan het Duurzaam Jacht de eerste exemplaren op de masten zal hebben.

Zorgpunt bij een windmolen is altijd het geluid. Hiernaar is onderzoek verricht. Berekeningen wijzen uit dat de molen geluidsarm is. Dit komt vooral doordat ten opzicht van de conventionele ‘wieken-molen’ dat de grootste snelheid (de tipsnelheid) van de Archimedes kleiner zal zijn bij gelijke opbrengst. Ander voordeel van deze molen is dat er met de lage windsnelheden, die bij ons in het zeilseizoen het meest voorkomen, er al wat meer opbrengst zal zijn.

Er is nog een fenomeen dat aandacht verdient. Een zeiljacht wil wel eens gaan ‘rollen’. Zit je op de boot zelf, dan is de beweging klein. Maar de mast zal bovenin flink kunnen zwaaien, als een vaandel  van een vendelzwaaier. Telkens als de richting verandert, verandert ook de windrichting daar ter plaatse en moet de windmolen zich omdraaien. Dat doet hij niet zomaar. De technische term hiervoor is de gyroscopische kracht. Vooral windmolens met lange wieken passen zich traag aan de nieuwe windrichting aan. Ze draaien dus minder, dus genereren minder stroom. Maar zij houden wel de windweerstand! Op de Archimedes windmolen, met zijn kleine diameter en lichte constructie, is de gyroscopische kracht kleiner en zal deze molen zich veel sneller met de windrichting mee kunnen draaien. De molen zal dus minder stilvallen en meer elektriciteit kunnen produceren.

In de energiebalans staan de twee windmolens genoemd die aan boord van het Duurzaam Jacht komen. De kleine in de grote mast  heeft een maximum vermogen van 100 Watt en de grote windmolen op de lage mast 400 Watt piek. De piekvermogens zeggen weinig. Schone Golf heeft een jaar gemeten met een conventionele windmolen van 400 Wp die net boven de bebouwing uit kwam. Daarvan bleek het gemiddelde vermogen 45 Watt. Dit is zo’n 10% van het piekvermogen en dat lijkt erg weinig. De oorzaak is dat het eigenlijk weinig waait met een windsnelheid groter dan 10 knopen (windkracht 4), waarin de molen echt wat gaat leveren. Nu zal de Archimedes  molen met deze wind waarschijnlijk meer opbrengen, maar we houden het in het Duurzaam Jacht project conservatief, op basis van reeds bestaande en bewezen technologie.

Eerder zeiden we al dat het hogerop wel goed waait. De windmolen in de grote mast zal daarom continu wel voldoende wind hebben en dus veel meer effectieve draaiuren maken. Wel is deze veel kleiner. Hier schatten we het gemiddelde in op 30 Watt. In de energiebalans staat dus het volgende:

De windmolens zullen in vergelijking met de zonnepanelen en de schroeven, de kleinste leveranciers zijn. Maar het prettige is dat ze mooi complementeren met de schroeven en met de zonnepanelen. Als de zon lang niet schijnt, kunnen ze een zeer welkome aanvulling zijn om de batterijen bij te vullen.