WINDENERGIE

Windmolens zijn molens die de bewegingsenergie van de lucht (wind) omzetten in rotatie-energie van de wieken, die dan nuttig kan worden gebruikt, bijvoorbeeld voor het opwekken van elektriciteit, het malen van graan of het verplaatsen van water.
In dit kader spreken we verder alleen over molens die elektriciteit opwekken.

Er zijn twee types molens:

  • HAT-turbines (Horizontal Axis Turbines), deze hebben een horizontale as. Deze worden het meest toegepast;
  • VAT-turbines (Vertical Axis Turbines), of ‘Darrieus’ molen, deze hebben een vertikale as. Vanwege hun vorm wel aangeduid met ‘roomklopper’ of ‘wokkel’.

hat-windmolen darrieus
Opbrengsten

In Nederland worden in de westelijke en noordelijke kustgebieden vermogens gerealiseerd van 800–1200 kWh/jaar per m² rotoroppervlak. Meer landinwaarts is de opbrengst lager: 500–800 kWh/jaar per m². Dit gemiddelde vermogen per m² is afhankelijk van de hoogte van de mast van de molen, en zal daarom nog wel toenemen de komende jaren omdat de trend is dat molens steeds hoger worden; op grotere hoogten waait het immers meer. In de afgelopen jaren is het vermogen van windmolens blijven toenemen omdat het rotoroppervlak ook steeds groter werd. Anno 2007 had de standaard windmolen een vermogen van 3 MW.
De gemiddelde productiefactor (de verhouding van geleverd vermogen en nominaal vermogen) van een windturbine in Nederland bedroeg over de afgelopen jaren 21 (±30)%. De lage productiefactor wordt veroorzaakt door het verschijnsel dat het meestal niet hard genoeg waait om windturbines op volle toeren te laten draaien.

Beperkingen bij het plaatsen van windmolens

windmolen montageOnderlinge afstand en grootte
Windturbines moeten op een bepaalde minimale afstand van elkaar staan. Een vuistregel voor de onderlinge afstand is vijf keer de diameter van de rotor. Een kleinere onderlinge afstand heeft tot gevolg dat de turbines niet optimaal profi­te­ren van de wind: ze staan dan bij sommige windrichtingen in elkaars luwte.
Grotere windmolens moeten verder uit elkaar staan, maar een park met grotere molens is toch efficiënter omdat deze wind op grotere hoogte kunnen benutten. In de praktijk blijken parken met grote molens ook economisch efficiënter. Parken met veel molens kunnen bovendien bepaalde schaalvoordelen bieden, zodat grote parken met grote molens het meest voordelig uitpakken.

windparkRegelgeving
Voor het plaatsen van wind­turbines moet een bouwvergun­ning en een milieu­ver­gun­ning worden verleend, hierin wordt beoordeeld of de bouw in het bestemmingsplan past.
In Nederland worden de milieu­effecten gereguleerd via de AMvB (Algemene Maatregel van Bestuur) “Besluit Algemene Regels voor Inrichtingen Milieubeheer”. In dit Besluit zijn geluidnormen opgenomen die ruimer zijn bij toenemende windsnelheid. In het algemeen geldt dat in landelijke gebieden bij specifieke windrichting en windsnelheid de windturbine goed hoorbaar is terwijl aan de geluidsnormen wordt voldaan. Verder is in een aantal speciaal aangewezen gebieden de Europese Vogel- en Habitatrichtlijn van toepassing.

Milieu- en hinderaspecten van windturbineparken
Windmolens kunnen vogels doden, scheepvaart hinderen, geluids- en schaduwhinder geven voor de omwonenden, het microklimaat verstoren, en het landschap ontsieren.

Energiegebruik
Tijdens de levenscyclus van een windturbine wordt niet alleen energie geproduceerd maar ook verbruikt voor winning van de benodigde grondstoffen, productie, onderhoud, regelelektronica en afbraak. Daarnaast bevat een windturbine onderdelen van uit aardolie afgeleide kunststof. Een windturbine verdient dit energieverbruik in een periode van 3 tot 6 maanden terug.

Radar
Windturbines kunnen storingen op radarbeelden veroorzaken. Plaatsing in de buurt van radarstations is daardoor meestal niet mogelijk. Er wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om de rotor van windturbines te voorzien van een radarstralingabsorberende laag (zoals bij stealthvliegtuigen) en naar de mogelijkheid om radarstations uit te rusten met software die de radarreflecties van windturbines kan wegfilteren.
Sinds 2005 blijkt het mogelijk om te overleggen met het ministerie van Defensie en afspraken te maken, ook als zij vroeger ergens maximale bouwhoogtes eisten.

Vogels
Vogels kunnen schade ondervinden van windturbines door botsingen met windturbines en door verdringing van het leef- en broedgebied. Wanneer er in Nederland 1500 MW aan windturbines wordt opgesteld zal dit naar schatting 30.000 directe vogelslachtoffers per jaar maken. Ter vergelijking: het verkeer maakt jaarlijks twee miljoen vogelslachtoffers, de jacht anderhalf miljoen en hoogspanningsleidingen één miljoen. Het effect van verdringing van de biotoop is minder duidelijk.

Scheepvaart
Windturbines op zee vormen potentieel een obstakel voor de zeevaart. Hoewel windmolens, alleen al omwille van economische redenen, geplaatst worden op zandbanken of ondiepe plaatsen, kan plaatsing in de buurt van drukbevaren routes risico’s opleveren. Hierbij kan worden gedacht aan situaties met slecht zicht en zwaar weer, als schepen van hun ankers lopen of problemen ervaren bij het handhaven van de voorgeschreven koers. Plannen voor plaatsing van windturbineparken op de Noordzee, zoals op de Thorntonbank, zijn daardoor niet onomstreden. Ondertussen zijn in België toch de nodige vergunningen afgeleverd voor een windmolenpark op de Thorntonbank.

Schaduwhinder
Wanneer de zon schijnt werpt de rotor van een windturbine een bewegende slagschaduw. Dit stroboscopisch effect kan men als vervelend ervaren. Afstand speelt een grote rol bij hinder van slagschaduw. Bij grotere afstanden is er minder hinder, doordat de wiek dan niet de hele zonneschijf kan bedekken en er geen volle schaduw meer valt. Ook de frequentie is belangrijk. Door de langzame draaiing van de molens van tegenwoordig is dat steeds minder geworden. De slagschaduw is merkbaar in een vlindervormig gebied. De slagschaduw verplaatst zich in de loop van de dag van west naar oost. In de zomer, als de zon hoog staat, is het gebied uiteraard kleiner dan in de winter.
Als in de omgeving van een windturbine de slagschaduw als hinderlijk wordt ervaren, dan kan de betreffende windmolen even worden stilgezet tijdens het passeren van de slagschaduw. Van tevoren is precies te voorspellen in welk gebied rond een te bouwen windmolen slagschaduw hinderlijk zou kunnen worden.

Microklimaat
Door de turbulentie (wervelingen) achter een draaiende windturbine worden hogere en lagere luchtlagen met elkaar gemengd. Dat veroorzaakt vooral ’s nachts een hogere windsnelheid (tot enkele m/s) en hogere temperatuur (in de ordegrootte van een graad) op grondniveau.

Landschap
Zeker met de toenemende masthoogtes zijn windturbines sterk in het landschap aanwezig. In de beginperiode van windenergie werden vooral individuele windturbines geplaatst wat een “rommelig” effect gaf. Tegenwoordig worden windturbines voornamelijk geplaatst in lijn- en clusteropstellingen die meer aansluiten bij bestaande elementen in het landschap zoals wegen en kanalen. Desondanks worden windturbine(parken) door velen als storend of lelijk ervaren. Men spreekt dan van horizonvervuiling of landschapsvervuiling. Zo werd een gepland windmolenpark voor de kust van Knokke uiteindelijk verplaatst naar een dieper in zee gelegen zandbank, de Thorntonbank, onder andere vanwege het horizonvervuilende aspect op de kustplaats. Zie ook hierboven bij ‘Scheepvaart’.
Deze perceptie is subjectief. De indruk is bijvoorbeeld anders als omwonenden mede-eigenaar van de windmolen zijn. Of als een rij windmolens een algemeen erkende grens markeren, zoals de Peelrand breuk of een dijk aan de kust. Op Kreta is een windmolenpark halfweg tussen Matala en Knossos een toeristische trekpleister vanwege het panoramische uitzicht.

Doordat er steeds grotere turbines op de markt komen, bestaat er een trend dat windmolens steeds verder uit elkaar komen te staan en dat projecten ook meer molens gaan omvatten. Daarbij kan volgens de betrokken landschapsarchitecten dan een grootser en mooier landschappelijk ontwerp worden gemaakt.
Windmolens kunnen goed worden “verstopt” in bossen. Doordat tegenwoordig de mast ver boven de gebruikelijke hoogte van bomen uitsteekt vangt hij toch voldoende wind. De molens zijn in het bos niet te zien en vlak bij het bos staan ze achter de hoge horizon van de bosrand.

Geluid
Het geluid van een windturbine heeft twee oorzaken: het mechanische geluid van de bewegende delen in de gondel en het zoevende geluid van het draaien van de rotorbladen. Bij moderne windturbines is de gondel goed geïsoleerd en is alleen de geluidsproductie van de rotorbladen van belang.
De geluidsproductie van een windturbine neemt toe met de windsnelheid. Voor een moderne windturbine ligt de brongeluidssterkte in het bereik tussen 91 en 104 dB(A). Dit is het zogenaamde brongeluid van de windturbine. Dit is een berekend geluidsniveau, alsof al het geluid vanuit één punt wordt uitgezonden. In werkelijkheid wordt het geluid vooral door de wieken veroorzaakt, over het hele rotoroppervlak, maar met een hoger geluidsniveau wanneer er een wiek bij de mast passeert. Dit laatste wordt veroorzaakt door de reflectie van het geluid op de mast.
Op een afstand van 250 meter bedraagt het maximale geluid van één solitaire windturbine ongeveer 40 tot 43 dB(A). Dit geluidsniveau wordt slechts bereikt als de windturbine op zijn maximaal vermogen draait. Dit komt overeen met een windsnelheid van ongeveer 8 m/s op 10 meter hoogte, wat maar circa 10% van de tijd het geval is. Verder is het geluidsniveau afhankelijk van het type windturbine en van de hardheid van de ondergrond tussen de windturbine en de meetplaats. Vegetatie heeft namelijk een sterk dempend effect.
Wanneer een tweede windturbine op eenzelfde afstand wordt gezet als de eerste, dan verhoogt het geluidsniveau met 3 dB(A). Dit komt doordat de schaal waarop decibel wordt uitgedrukt, een logaritmische schaal is, en geen lineaire schaal.
Een eerste verbetering bij windturbines, om het geluidsniveau te verminderen, was het vermijden van een tandwielkast. Door minder snel draaiende onderdelen wordt het geluidsniveau in de gondel sterk gereduceerd. Dit type windturbines is te herkennen aan een korte gondel. Bij moderne windturbines met tandwielkast wordt de gondel tegenwoordig zodanig van geluidsisolatie voorzien dat het geluidsniveau niet hoger ligt dan bij de windturbines zonder tandwielkast.
Een tweede verbetering is een ander wiekprofiel, dat is te herkennen aan (kleine) dwarsvleugeltjes aan de tips van de wieken. Daardoor wordt de luchtstroom langs de tip minder chaotisch, waardoor het geluid ook afneemt. De tip is de grootste lawaaibron omdat daar de luchtsnelheid het grootst is.
Afstand en sterkte spelen een rol bij de mate van hinder. Producenten van windenergie beweren dat als de afstand groter is dan 300 meter er bijna geen sprake meer is van geluidshinder. Onderzoek door Frits van den Berg van de Universiteit Groningen toont echter aan dat vooral het geluid tijdens de nachtperiode hinderlijk kan zijn, zelfs tot op een afstand van 2 kilometer. In de nacht gaat de wind op grondniveau vaak liggen, maar op grote hoogte kan het juist extra hard gaan waaien. De rekenmodellen voor geluid zijn vaak gebaseerd op de windsnelheden op 10 meter hoogte, terwijl een windturbine tot 80 meter hoog kan zijn. Door ontbreken van achtergrondniveau van wind en verkeer in de nacht is het geluid van de bladen van de turbines dan juist extra goed hoorbaar, met name omdat het geluid van de turbines over de tijd varieert (Van den Berg 2006).
De metingen die aan de basis liggen van deze studie zijn echter niet met de juiste procedures bekomen. Dit impliceert een grote onnauwkeurigheid in de meetresultaten. Er wordt kritiek geleverd op de meetprocedures die gebruikt worden om normoverschrijding vast te stellen zonder dat er vermelding wordt gemaakt van het vele onderzoek dat ten grondslag ligt aan deze procedures. Het betreffen hier genormaliseerde procedures die tot doel hebben elke situatie gelijk te kunnen beoordelen. Dat deze modellen daarom afwijken van de realiteit is onvermijdelijk, de afwijkingen blijven immers steeds binnen de bestudeerde perken. (Bron:LBPartners, ‘Beoordeling geluidrapport “Hoge Molens vangen veel wind”’, 13 februari 2003)

Ruimtebeslag
Een windturbinepark beslaat een grote oppervlakte. Van deze oppervlakte wordt echter slechts 1% ingenomen door de mastvoet en transformatorhuisjes. Hoge bebouwing van het gebied rond een windturbine (met een te korte mast) leidt tot een lagere opbrengst. Voor het overige kunnen windturbineparken met bijna alle activiteiten en landschapstypen worden gecombineerd, als dat gewenst is. Agrarische gebieden en industrieterreinen komen het meest voor. Maar omdat de commercieel beschikbare masthoogte ook toeneemt, komen ook bossen in aanmerking voor een windparklocatie. Daarin zijn ze bovendien voor de korte en middellange afstand visueel goed afgeschermd.

Het rendement

Financieel
Wanneer de gunstigste locaties het eerst worden gebruikt, kan de helft van het wereldwijde elektriciteitsverbruik voor 6 dollarcent per kWh of minder worden opgewekt. Voor 7 dollarcent per kWh of minder kan het hele wereldelektriciteitsverbruik worden geleverd. (Hoogwijk 2004). Uiteraard moet er dan wel technologie zijn om die energie op de gewenste manier over tijd en plaats te spreiden, omdat het niet altijd overal hard genoeg waait. Anno 2006 kost het opwekken van stroom door windenergie 8,8 tot 10,3 eurocent per kWh, afhankelijk van de locatie. Het opwekken van conventionele elektrische energie kost 2,9 tot 5,8 eurocent per kWh. In 2012 kost de productie van off-shore-windelektriciteit ongeveer 16 eurocent per kWh.
Voor- en tegenstanders van windenergie hebben hun eigen argumenten voor de kosten van windenergie en conventionele energie. Zo willen de voorstanders dat de vrijstelling van brandstofbelasting, bouwsubsidies voor conventionele centrales en externe kosten van fossiele energie, zoals de schade door uitstoot van CO2 en fijnstof verrekend worden. Anderen vinden dat ook de kosten voor de reserve conventionele centrales bij een tekort aan wind in de prijs van elektriciteit uit wind moeten worden betrokken.

Energetisch
De windenergiewet van Betz zegt dat onafhankelijk van de windsnelheid maximaal 59% van de kinetische energie aan een luchtstroom kan worden onttrokken. Dit is het theoretisch maximale rendement dat kan bereikt worden. Bij moderne windturbines bedraagt dit rendement ongeveer 50%. Het totale rendement van een windturbine wordt verder ook nog beïnvloed door het rendement van de generator, de tandwielkast en de transformator. Een windmolen kan door de variabele wind niet voortdurend het nominale vermogen leveren. De productiefactor is de verhouding van het gemiddeld geleverde vermogen en het nominale vermogen. Een moderne molen met een nominaal vermogen van 2 MW levert op land per jaar ca. 4,5 miljoen kWh; de productiefactor komt daarmee op ca. 22,5%. Zie ook Windturbinevermogen.

Vergelijking met andere energiebronnen
Windenergie wordt ook beoordeeld op de hoeveelheid CO2-uitstoot die ermee wordt vermeden. Reductie van de CO2-uitstoot draagt vermoedelijk bij aan het afremmen van een toename van het broeikaseffect. Dit is de belangrijkste reden dat de regering vanuit het Kyoto klimaatverdrag de bouw van windparken stimuleert.
De redenering is dat kolen- en gascentrales minder hoeven te produceren en de daarbij behorende CO2-uitstoot dan ook minder is. Die berekening is arbitrair: kolencentrales geven bij dezelfde energieproductie bijvoorbeeld meer CO2 dan centrales op aardgas.
Inzet van windenergie maakt een land onafhankelijker van de leveranciers van fossiele brandstoffen. Het belang hiervan neemt toe naarmate fossiele brandstof schaarser wordt, waarmee de aanvoer onzekerder en duurder wordt. Dat geldt overigens ook voor kernenergie waar grondstoffen nodig zijn zoals uranium of thorium. Daarom is naast het rendement van een windmolen ook het hernieuwbare karakter van belang.

Horst Glasker Aero Art

Horst Glasker had decided to not just acknowledge the windmill’s environmental contribution but celebrate it by painting the ho-hum white turbines fantastical colors and patterns that are impossible to ignore. Read more: Horst Glasker Transforms Drab Wind Turbines Into Inspiring Works of Art | Inhabitat – Green Design Will Save the World

Sites:

 

 

 

bij de afbeelding:

Niet alleen de milieubijdrage erkennen maar het ook vieren…!