Windturbines

Een windturbine is een moderne windmolen. Er bestaan windturbines van 1,5 Mw, maar 1,5 tot 2 Kw is al genoeg om een huishouden van stroom te voorzien. Stroom die over is kan worden geleverd aan het elektriciteitsbedrijf. Windturbines produceren schone energie, maar veroorzaken wel geluidsoverlast en landschapsvervuiling.

Net zoals de zon is wind een gratis energiebron die met moderne windturbines economisch kan worden geëxploiteerd. Een windturbine wekt rechtstreeks elektrische energie op die voor eigen gebruik kan worden aangewend en kan worden teruggeleverd aan het elektriciteitsnet. Het principe van een windmolen is al eeuwen bekend en werd vroeger gebruikt voor aandrijving van bijvoorbeeld een waterrad of een molensteen. We kunnen echter ook rechtstreeks een generator (grote dynamo) aandrijven, die rechtstreeks elektriciteit opwekt. De afgelopen jaren heeft de ontwikkeling van de windmolen niet stilgestaan en de windmolen, nu vaak windturbine genoemd, wordt momenteel gezien als belangrijkste kandidaat voor opwekking van schone elektriciteit op grote schaal. Door de lage olieprijzen was windenergie niet altijd rendabel te exploiteren, maar inmiddels is er veel veranderd. De Nederlandse overheid investeert al meer dan 20 jaar mee in de verdere ontwikkeling van de windturbine en het plaatsen van windturbines. Eind 1997 zijn er in Nederland 1145 turbines opgesteld met een geïnstalleerd vermogen van 325 mW. Het voornemen van de Nederlands overheid om in het jaar 2000 bij elkaar 1000 mW geplaatst te hebben, lijkt dus ver weg. Toch heeft windenergie recentelijk een impuls gekregen doordat de plaatsing van turbines door fiscale maatregelen aantrekkelijker is geworden en doordat de terugleververgoeding werd verhoogd.

Windturbines zijn er voor huishoudelijk en industrieel gebruik. De overheid richt zich qua stimulering van de techniek voornamelijk op de ontwikkeling van grotere windturbines (d.w.z. een vermogen groter dan 500 kW) en op het terugdringen van de prijzen van windturbines door nieuwe technieken voor de windturbine of de productie van de windturbine toe te passen.

Hoe werkt een windturbine?

De belangrijkste onderdelen van de windturbine zijn de rotor, de gondel, de tandwielkast, de generator (grote dynamo) en de toren. De rotor van de windturbine kan bestaan uit één, twee of drie bladen. Hoe minder bladen des te sneller zal de windturbine draaien op het moment dat de rotor in de wind wordt gedraaid. De windvaan geeft een signaal aan de kruimotor en zo zorgen ze er beiden voor dat de windturbine optimaal in de wind wordt gedraaid. De rotor gaat vervolgens door de wind draaien en drijft een generator aan, die elektriciteit opwekt die voor eigen gebruik kan dienen of kan worden teruggeleverd aan een energiedistributiebedrijf.

De windturbine is tevens beveiligd tegen zeer hoge windsnelheden door middel van verstelbare bladen, een windrem of de mogelijkheid de molen uit de wind te draaien. Dit gebeurt volautomatisch, maar als extra beveiliging kan dit ook handmatig worden gedaan.

Windturbines worden steeds groter en turbines van 1,5 mW zijn al op de markt. Echt veel groter zullen de windturbines vermoedelijk niet meer worden omdat een grotere turbine weliswaar tot de tweede macht meer energie levert, maar tot de derde macht zwaarder geconstrueerd moet worden. Men loopt dus tegen de beperkingen van de constructie aan. De recentste ontwikkelingen op het gebied van windturbines zijn de transmissieloze windturbine en de windturbine met flexibele rotorbladen.

Omdat de overheid het produceren van duurzame energie stimuleert en de energiedistributiebedrijven verplicht om vanaf het jaar 2000 minimaal 3,2% van hun energie-inkoop duurzaam in te kopen, zien wij inmiddels steeds meer windturbines verschijnen. We zien ook vaker windturbines bij elkaar staan zodat we spreken van windturbineparken voor de opwekking van duurzame energie.

Welke typen windturbines zijn er op de markt?

Windturbines zijn te verkrijgen met vermogens van 1 kW tot 1500 kW. Dat wil zeggen dat deze windturbines per uur maximaal 1-1000 kW kunnen opwekken. Het opgewekte vermogen is wel van de wind afhankelijk. Een windturbine van 1 kW kan op jaarbasis 1500-3000 kWh opwekken. Ter vergelijking : een gemiddeld Nederlands huishouden gebruikt 3500 kWh. Om economische redenen zijn grotere windturbines interessanter dan kleine windturbines. Door de voortschrijdende techniek zijn er inmiddels naast windturbines met tandwielkasten ook windturbines zonder tandwielkasten.


Windturbine met tandwielkast

Bij dit type windturbine zorgt een tandwielkast voor het juiste toerental voor de generator. Een generator heeft vaak een optimum toerental waaronder een maximaal rendement wordt verkregen. Veelal hebben windturbines met tandwielkasten een generator die geschikt is voor twee of drie verschillende standen zodat bij lagere windsnelheden toch een optimaal rendement wordt gehaald.

Inmiddels heeft dit type windturbine zichzelf al bewezen door zijn lange levensduur en dit ondanks het feit dat de tandwielen aan slijtage onderhevig zijn. De economische en technische levensduur van dit type liggen doorgaans op 20 jaar.


Transmissieloze windturbine

Dit type windturbine heeft het voordeel dat door het ontbreken van een tandwielkast er minder onderdelen onderhevig zijn aan slijtage. Dit type is echter nog niet goedkoper hoewel er minder onderdelen in verwerkt zijn. Een ander voordeel is dat onder alle windsnelheden de generator optimaal presteert. Dit betekent in de praktijk een 3-5% hogere opbrengst. Bijkomend voordeel in verband met mogelijke geluidshinder is dat dit type molen ‘s nachts langzamer kan draaien.

De levensduur van dit type windturbine moet wel nog bewezen worden, maar te verwachten valt dat ook dit type turbine een economische en technische levensduur heeft van 20 jaar.

Wat brengt een windturbine op?

De opbrengst van een windturbine hangt samen met de grootte van de windturbine, de gemiddelde windsnelheid op locatie en de aanstroming van de wind.

De afmetingen

Voor de afmetingen van de windmolen zijn de diameter, de ashoogte en het vermogen van belang. Zij bepalen de maximale prestatie van de windturbine.

Men drukt het vermogen van de windturbine vaak uit met de volgende formule:

Vermogen = Constante x Oppervlakte beschreven door de rotor (_/4 x D2) x windsnelheid3

Om een idee te geven van het vermogen geven we het volgende rekenvoorbeeld:

Constante	0,1-0,3
Diameter	50 m
Gem. windsnelheid	6,0 m/s
Gemiddeld vermogen	0,3 x _/4 x 502 x 6,03 = 127 kW

Bij een diameter van 40 m levert de dezelfde turbine slechts 81 kW oftewel 34% minder vermogen.

De gemiddelde windsnelheid

Zoals uit bovenstaande formule blijkt, speelt ook de windsnelheid een belangrijke rol. Op onderstaande windkaart zien we de gemiddelde windsnelheid in Nederland. Hieruit blijkt dat, hoe dichter we bij de kust een locatie vinden, hoe beter.

Windkaart van Nederland. Klik op het plaatje voor een vergrote versie.

Wanneer de gemiddelde windsnelheid daalt van 6,0 m/s naar 4,0 m/s dan daalt het gemiddeld vermogen naar 30 kW oftewel 70% minder vermogen.

Aanstroming wind en ashoogte

Hoe vlakker het landschap en hoe hoger de turbine wordt geplaatst, hoe hoger het opgewekte vermogen. Het heeft allemaal met de windsnelheid te maken, want de windsnelheid neemt toe naarmate we hoger gaan. Wanneer het landschap niet verstoord wordt met obstakels kan de wind beter aanstromen en een hogere snelheid bereiken.

Dit wordt uitgedrukt door de volgende formule:

Windsnelheid op hoogte 2 = Windsnelheid op hoogte 1 x (hoogte 2/hoogte 1)

Ruwheidsconstante

De ruwheidsconstante varieert tussen 0,12 (kust of open vlak land) en 0,24 (bebost of stedelijk gebied).

Wanneer de gemiddelde windsnelheid in een stedelijk gebied 4,0 m/s is, dan zal de gemiddelde windsnelheid in een vlakke streek op 50 m hoogte 6,5 m/s bedragen.

De prestaties van een windturbine

De prestaties van een windturbine worden vaak uitgezet in een PV-curve. Enerzijds kan het maximaal vermogen bij een bepaalde windsnelheid worden uitgezet of de gemiddelde jaaropbrengst bij de gemiddelde jaarlijkse windsnelheid.

Zelf een windturbine plaatsen

Wat krijgt u voor elektricteit die u teruglevert?

Momenteel zijn er drie componenten die een rol spelen bij de bepaling van de terugleverprijs.

1. Teruglevergoeding

   In Nederland wordt er momenteel Fl. 0,08 per kWh terugleververgoeding betaald.

2. Regulerende Energie Belasting

   De overheid geeft momenteel particulieren of bedrijven Fl. 0,0295 per kWh voor zelf duurzaam opgewekte energie. Dit is een belasting die wordt betaald door iedereen die niet duurzaam opgewekte energie koopt.

3. Groen label

   Omdat de overheid de energiedistributiebedrijven verplicht om steeds meer duurzame energie in te kopen, is er inmiddels een handel in groene labels ontstaan. Dit betekent dat voor ieder duurzaam opgewekte kWh de distributiebedrijven momenteel Fl. 0,05 per kWh betalen om in de toekomst aan hun verplichtingen te voldoen.
   Dit betekent dat u ongeveer 16 ct. kunt terugkrijgen voor ieder duurzaam opgewekte kWh met een windturbine.

Wat zijn de voor- en nadelen van een windturbine?

Inmiddels zijn windturbines zeer betrouwbaar geworden en zijn grotere turbines economisch exploiteerbaar geworden. In technisch opzicht kent de windturbine geen andere nadelen dan al genoemd bij de typen windturbines. Toch zijn er nadelen die het plaatsen van een windturbine in de weg staan :

• Door de afmetingen van de windturbine is een bouwvergunning en milieuvergunning vereist.
• De windturbine veroorzaakt geluid, wat in rustige streken storend kan zijn.
• Sommige mensen vinden de reflectie van de zon, veroorzaakt door de turbine, hinderlijk.
• Bij plaatsing van meerdere molens (> 20 mW) is een MER-rapport vereist.
• Er komt bij het plaatsen van een windmolen nogal wat kijken.

Het belangrijkste voordeel is natuurlijk dat u een bijdrage levert aan het milieu en ingeval u bv. een afgelegen vakantiehuis bezit en de windturbine combineert met accu’s, zorgt u geheel voor uw eigen energievoorziening.

Hoe groot moet een windturbine en accu voor eigen gebruik zijn?

Dit is afhankelijk van de elektrische behoefte. We gaan voor ons voorbeeld uit van een gemiddeld jaarverbruik van 3500 kWh. Omdat windstille perioden overbrugd moeten kunnen worden, gaan we ervan uit dat er minimaal 4 windstille dagen moeten worden overbrugd. Wanneer we de energie in accu’s opslaan van 12 V dan kunnen we de volgende formule gebruiken:

4 x gemiddeld jaarverbruik x 1000 / (12 V x 365 x accucapaciteit) = aantal accu’s

In ons rekenvoorbeeld geeft dit:

4 x 3500 kWh x 1000 / (12 V x 365 x 200 Ah) = 16 accu’s

Met een jaarverbruik van 3500 kWh zal de turbine een vermogen moeten hebben van 1,5 - 2,0 kW. Dit is doorgaans een turbine met een diameter van 4-5 m. Een correcte berekening kan worden gemaakt door een installateur (zie: www.energievisie.nl/installateurs/). Voor een correcte aansluiting op uw bestaande elektriciteitsinstallatie kunt u ook het beste contact op nemen met een installateur. Er moet immers een goede balans gezocht worden voor de opwekking van elektriciteit met een windturbine en de belasting van uw installatie. Wanneer u besluit om een grotere windturbine te plaatsen en aan het net terug te gaan leveren kan ook de installateur of het energiebedrijf u van informatie voorzien, ondermeer hoe zwaar de aansluiting moet zijn voor levering aan het net en welke voorzieningen nog getroffen dienen te worden.

Het is het overwegen waard om met meerdere mensen een grotere molen te exploiteren zodat het ook aantrekkelijk wordt om elektriciteit terug te leveren aan het net. De belangrijkste stappen die moeten worden gezet vindt onder projectrealisatie van een windturbine.

Projectrealisatie

Bij het plaatsen van een windturbine komt heel wat kijken. In Nederland zijn er heel wat bedrijven die zich bezig houden met het adviseren, leveren, plaatsen en onderhouden van windturbines. Het Landelijk Bureau Windenergie is een organisatie die gratis informatie geeft over windenergie en tevens overleg voert met gemeenten en provincies om windenergie te stimuleren.

Voor vragen kunt u terecht op de Windenergie Infolijn: +31-(0)30-6917760 (van maandag tot en met donderdag van 10.00 u. tot 14.00 u.).

De totale investeringskosten variëren in grootte-orde van 80 kW F 220.000,- tot 1mW F 2.200.000,-.

Opbrengsten

De totale opbrengsten van de windturbine zijn afhankelijk van de jaarlijks opgewekte kW’s, eigen gebruik en de aan het net teruggeleverde kW’s. De looptijd van het teruglevercontract met het energiebedrijf speelt een belangrijke rol bij het verkrijgen van een financiering. De financiële haalbaarheid wordt ook bepaald door de hoogte van de terugleververgoeding. Deze vergoeding is afhankelijk van de elektriciteitsprijs, de Regulerende Energie Belasting en het groene label.

Om zeker te zijn van het jaarlijks opgewekte kW’s is het raadzaam om de opbrengsten bij omliggende exploitanten na te vragen of om een windmeting te laten verrichten. In het laatste geval is het aan te bevelen om de locale bevolking op de hoogte te stellen.