Hoe door een ontwerpfout het WTC in Bahrein te weinig stroom opwekt

Het lijkt een geweldig idee: door windturbines in een wolkenkrabber te plaatsen kun je energie opwekken voor de bewoners. Het gebeurt in het 240 meter hoge Bahrain World Trade Center. Alleen werkt het niet, of niet goed genoeg, doordat de gebouwen verkeerd gedraaid staan, stelt hoogleraar bouwfysica Bert Blocken van de TU Eindhoven.

Het Bahrain World Trade Center.Beeld anp

Het Bahrain World Trade Center uit 2008 bestaat uit twee torens, waartussen drie windturbines zijn gehangen. Een wereldprimeur destijds. Het complex ontving na oplevering diverse duurzaamheidsprijzen. Maar er is niet goed over het ontwerp nagedacht, stelt Blocken.

De torens staan in de vorm van een trechter, zodat de wind tussen beide gebouwdelen wordt geperst. Daardoor waait het ter plekke harder en is de opbrengst hoger, zo was het plan. Maar de architect heeft te veel gevaren op zijn intuïtie en geen goede simulaties gemaakt. 'Men ging ervan uit dat door de trechtervorm het venturi-effect zou optreden', zegt Blocken. Dit effect, waarbij luchtstromen in een versnelling raken, werkt alleen in gesloten kanalen. In het geval van de Bahreinse torens kan de wind echter ook om of over het gebouw heen, wat in de praktijk gebeurt. Daardoor is de opbrengst lager. 'Wind neemt net als water de makkelijkste weg.'

Computersimulaties
Vóór de bouw zijn wel simulaties uitgevoerd om te kijken hoe een optimaal rendement gehaald kon worden. Men heeft de vorm van de torens aangepast, maar verzuimd te kijken wat het effect zou zijn als ze gedraaid zouden worden, zoals Blocken gedaan heeft. De hoogleraar heeft windtunnelmetingen en computersimulaties uitgevoerd, en daaruit kwam naar voren dat als de torens 180 graden gedraaid zouden worden, de jaaropbrengst van de turbines minstens 14 procent hoger zou zijn.

Het maximaal geleverde vermogen van de drie turbines wordt geschat op 1,1 gigawattuur per jaar. Waren de turbines meer naar achteren geplaatst, dan zou de meeropbrengst zelfs 31 procent zijn. Dit is constructief echter ingewikkeld en kostbaar. Het draaien van de torens was eenvoudiger geweest.

Het Bahrain World Trade Center.Beeld anp

Frustraties
Blocken ziet het vaker mis gaan. Ook bij de Londense Stratatoren. Daar draaien de drie ingebouwde turbines bijna nooit, en als ze dat wel doen, maken ze veel herrie. De Londense turbines zouden ongeveer 8 procent van de elektriciteitsbehoefte van de gebruikers moeten leveren. In de praktijk wordt dit getal bij lange na niet gehaald, tot frustraties van gebruikers.

Moeten gebouwen überhaupt gebruikt worden voor de opwekking van windenergie? Is het niet beter gewoon windmolens te plaatsen? 'Je zult in een gebouw nooit de rendementen halen als op zee', zegt Blocken. Maar het voordeel van toepassing in een gebouw is dat je de stroom opwekt waar deze gebruikt wordt. Windenergie van zee moet eerst naar land worden getransporteerd, wat kostbaar is. 'Je zult in een stedelijke omgeving nooit een rendement als op zee kunnen halen, maar je kunt bebouwing wel gebruiken om het te verhogen.' Door een slimme opstelling kunnen windmolens in gebouwen beter presteren dan wanneer ze op het dak worden geplaatst, aldus de hoogleraar.

Probleem is dat de afstemming tussen de turbines en de achterliggende elektromechanica vaak slecht is. Daardoor ligt het rendement van dit soort projecten vaak veel lager dan beloofd. Blocken leidt een Europese werkgroep die onderzoek doet hoe de opbrengst van geïntegreerde windenergie hoger kan. Veertien landen doen eraan mee en de resultaten worden over vier jaar gepubliceerd.

Het foutieve ontwerp van de torens in Bahrein komt aan bod in de eerste online colleges van de TU Eindhoven die maandag beginnen. In deze zes weken durende gratis colleges gaan studenten aan de slag met het toepassen van aerodynamica in gebouwen en sport.

Resultaten van de windsimulaties voor de twee configuraties van het Bahrain WTC. Links de situatie zoals het gebouw er nu bij staat, rechts de configuratie met de twee torens omgedraaid. Duidelijk is te zien dat op de plaats van de windturbines (de horizontale streep tussen de torens) op de rechterafbeelding de kleur veel roder is, wat duidt op een sterkere windstroom.Beeld Foto TU Eindhoven
Meer over