Windenergie is energie die gewonnen wordt door de bewegingsenergie van lucht (wind) om te zetten in een bruikbare vorm, bijvoorbeeld in elektriciteit.

GESCHIEDENIS

Opwekking van mechanische energie[bewerken]

Windenergie heeft via de zeilvaart een belangrijke bijdrage aan transport gegeven, maar zeilschepen worden tegenwoordig voornamelijk nog gebruikt voor de pleziervaart. Er zijn echter plannen en experimenten om ook vrachtschepen wederom uit te rusten met zeilen^[1][2] De eerst beschreven windmolen was die van Heron van Alexandrië in de 1e eeuw.^[3][4] In zijn beschrijving maakte hij gebruik van een door wind aangedreven wiel om lucht door een orgel te blazen. Uit andere bronnen is te halen dat er in het 4e-eeuwse China en Tibet al een type gebedsmolen voorkwam dat door wind werd aangedreven.^[5]

Waarschijnlijk is het dat sinds de 12e eeuw het gebruik van de windmolen in West-Europa opgang maakte. De oudste nog bestaande molen van de Lage Landen dateert uit 1183 en werd gebouwd in het graafschap Vlaanderen te Wormhout. Belangrijke toepassingen van windmolens waren het malen van graan, het pompen van water en ook het zagen van hout. Het gebruik van windenergie heeft in Nederland een grote vlucht genomen met de inpoldering en de droogmakerijen in de 17e eeuw. Dankzij het werk van deze windmolens kreeg Nederland zijn huidige aanzien.

Neergang[bewerken]

Bosman-molentje

Met de uitvinding van de stoommachine aan het eind van de 18e eeuw had men een krachtig en betrouwbaar hulpmiddel dat kon worden ingezet zonder afhankelijk te zijn van de wispelturigheid van de wind. Daardoor verdwenen windmolens langzamerhand uit het landschap. Alleen voor kleinschalige toepassingen bleef het gebruik van windenergie tot ver in de 20e eeuw gehandhaafd, uit Amerika kwam de windmotor en uit Piershil het Bosman-molentje. Deze laatste molenpomp, ook bekend als opbrengertje, was lang beeldbepalend in de Nederlandse polders.

Opwekking van elektriciteit[bewerken]

Met de ontwikkeling van de elektriciteit in de negentiende eeuw werden ook pogingen ondernomen om elektriciteit te winnen met behulp van windenergie. Door de hoge investeringskosten was elektriciteitsproductie door windenergie alleen op kleine schaal economisch in gebieden waar nog niet was geïnvesteerd in infrastructuur van elektriciteitstoelevering. In het Belgische Gistel liet de burgemeester Alfred Ronse in 1933 achter zijn kasteel Ter Waere een molen bouwen (de Meerlaan) die vooral bedoeld was om elektriciteit op te wekken. Met behulp van riemen over de conische gedeelten slaagde men er effectief in om elektriciteit te produceren. Ulrich Hütter bouwde, in 1957 in Duitsland, een 100 kW horizontaleaswindturbine met aerodynamisch gevormde glasfiber vleugels met hoekverstelling (zie Windturbine-aerodynamica), het oermodel van de moderne windturbine.^[6] De jaren 60 en 70 van de twintigste eeuw kenmerkten zich door veel kleine particuliere initiatieven. Eenvoudige windmolens met generatoren van enkele kW tot enkele tientallen kW verrezen in polders op plaatsen waar behoefte was aan elektriciteit. Dankzij subsidiëring waren sommige experimenten zelfs rendabel. Pas na het doemscenario van de Club van Rome en de oliecrisis van 1973 begon het besef te groeien dat fossiele energie eindig is en dat te zijner tijd alternatieven zullen moeten worden gebruikt. De overheid stelde subsidies ter beschikking en er werd geëxperimenteerd met alternatieve bronnen van energie. In Tvind, Denemarken, verrees in 1977 de eerste Europese megawatt windturbine.^[7] Nieuwe verticaleaswindturbines als de Darrieus- en de Savoniusrotor werden onderzocht maar de vermogen/gewicht verhouding bleek laag in vergelijking met de horizontaleas-windturbine.

Verschillende landen startten projecten om op grotere schaal elektriciteit te winnen. In 2003 was het vermogen mondiaal opgelopen naar 31 GW, tegen 2 GW twaalf jaar daarvoor.

Eind 2016 stond in de wereld 487 gigawatt (GW) windcapaciteit opgesteld. Daarvan stond 169 GW in China, 154 GW in de Europese Unie en 82 GW in de Verenigde Staten.^[8]

Opgewekte hoeveelheid elektrische energie[bewerken]

De opbrengst van een windturbine hangt af van het type, de windsnelheid, het nominaal vermogen van de windmolen (bepaald door de generator), de tijd die een windmolen kan draaien en het rendement van de omzetting van windenergie naar elektriciteit door de windmolen. De totale hoeveelheid beschikbare wind op jaarbasis wordt uitgedrukt door een indexcijfer die de wind in dat jaar aangeeft ten opzichte van 'normale' jaren, deze index heet de Windex.

Windsnelheid[bewerken]

Het windvermogen is evenredig met de derde macht van de windsnelheid. Vergelijk de luchtweerstand van een auto die ook meer dan evenredig toeneemt met de snelheid.

De windsnelheid wordt bepaald door:

• de plaats van de windmolen: aan de kust en vooral boven open zee waait het meestal harder dan diep landinwaarts;
• de hoogte van de turbine: op grotere hoogte waait het doorgaans harder, maar landinwaarts is de windsnelheid overdag onder ongeveer 90 meter gemiddeld hoger dan daarboven.
• de tijd van de dag: boven land waait het overdag tot een hoogte van ongeveer 90 meter gemiddeld harder dan 's nachts;
• het seizoen: in de winter waait het gemiddeld harder dan in de zomer.
• de temperatuur van de lucht. Warmere lucht is ijler en bevat dus minder energie.
• al dan niet variabele windrichtingen in combinatie met de snelheid waarop de turbinebladen zich op de windrichting kunnen instellen. Dit is meestal het geval bij nagenoeg windstil weer wanneer de opbrengst dus sowieso al erg laag is.

Het jaargemiddelde van de windsnelheid op een bepaalde plaats en ashoogte is redelijk in te schatten. De selectie van locaties gaat in eerste instantie via eenwindatlas, en in een latere fase via windmetingen.

Tijd die een windmolen kan draaien[bewerken]

• het deel van de tijd waarin de turbine kan draaien: een windmolen gaat draaien vanaf windkracht 2–3 en wordt stilgezet boven windkracht 10 tot 12 (afhankelijk van het type) om overbelasting te voorkomen.

Turbinevermogen en opbrengst[bewerken]

7,5 MW turbines E126Windturbinepark Estinnes op 10 oktober 2010, voltooid

Zie Windturbinevermogen voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De energie-opbrengst van een windturbine is evenredig met het kwadraat van de rotordiameter en de derde macht van de gemiddelde windsnelheid.

Moderne windturbines worden ontworpen op ca 3000 vollasturen per jaar. Dat betekent dat de opbrengst op die plaats met wisselende wind, even groot is als wanneer de turbine 3000 uur op vol vermogen zou draaien. Dit is een economisch optimum. Met grotere vleugels op een hogere mast kan de turbine met dezelfde generator meer energie leveren, maar dat kost onevenredig meer. Een vuistregel voor de opbrengst in MWh/a (megawattuur per jaar) is dus: turbinevermogen in MW maal 3000 vollasturen per jaar. Dat aantal vollasturen is wel gestegen, 10 jaar geleden was het nog ca 2000.

Een standaard windmolen met 2 of 3 wieken, met een diameter van 40 m en een masthoogte van 50 m, kan bij een optimale windsnelheid (windkracht 6) 500–750kW leveren. Een grotere windmolen met een rotordiameter van 60 m en een masthoogte van 70 m kan een vermogen hebben van 1 tot 1,5 MW. Bij zeer grote rotordiameters neemt de efficiëntie niet af, maar wordt de windmolen ontworpen voor een lager toerental. De snelheid van de uiteinden van de wieken moet hooguit ongeveer 75 m/s worden, omdat daarboven geluid een probleem wordt. In de periode 1980–2008 is de "standaard" windmolen steeds groter geworden. Als "meest verkocht model" als standaard wordt gehanteerd, dan is dat anno 2008 een windmolen met een masthoogte van 70 tot 108 m en een generator vermogen van 2 tot 3 MW. De rotordiameter van een windmolen hangt af van het generatorvermogen, de masthoogte en het windregime ter plaatse. Aan de kust waait het op 100 m hoogte wat harder dan in het binnenland. Daardoor hebben windmolens verder weg van de kust een hogere mast en/of langere wieken.

Situatie in Europa[bewerken]

Om de eerste grens van 10 GW te halen had men 20 jaar nodig. 13 jaar erna rondde men de kaap van 100 GW.

De mijlpaal van 100 GW geïnstalleerd vermogen (vergelijkbaar met 39 kerncentrales) werd overschreden in 2012,^[9] waarmee ongeveer 57 miljoen huishoudens van elektriciteit kunnen worden voorzien. In 2011 lag het nog op 94 GW. De helft of 50 GW werd pas in 2006 gehaald volgens cijfers van het EWEA.^[10] Het grootste offshore windmolenpark ter wereld, London Array, bevindt zich in het Theems-estuarium.

Situatie in Nederland[bewerken]

In Nederland worden in de westelijke en noordelijke kustgebieden vermogens gerealiseerd van 800–1200 kWh/jaar per m² rotoroppervlak (dat wil zeggen, ongeveer 100 watt per m²). 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)%.^[11] De lage productiefactor wordt veroorzaakt door het verschijnsel dat het meestal niet hard genoeg waait om windturbines op volle toeren te laten draaien.

In 2009 was volgens het CBS het totaal geïnstalleerd vermogen in alle centrales circa 25,3 GW (2004: 21,5).^[12] Duurzame energie droeg in 2009 voor 3,9% bij aan de totale energievoorziening in Nederland (2004: 1,8%).^[13] De doelstelling van de overheid is dat 16% van alle verbruikte energie in Nederland in het jaar 2020 duurzaam opgewekt moet zijn.^[14] Als tussendoelstelling gold 5% in 2010.

VOOR-  EN NADELEN:

Voordelen van windenergie

Duurzaam:

Windenergie is een duurzame vorm van energie. Wind is onbeperkt beschikbaar en het gebruik ervan als energievorm benadeelt niet het milieu of toekomstige generaties. Daarmee vormt windenergie een structurele oplossing voor de energiehonger van de maatschappij. Een andere duurzame vorm van energie is bijvoorbeeld zonne-energie.

CO2-uitstoot:

Het opwekken van energie met behulp van fossiele brandstoffen (steenkool, aardgas, aardolie) gaat gepaard met een hoge CO2 uitstoot. Deze uitstoot heb je niet met het opwekken van windenergie waardoor windenergie een schonere manier van energie opwekken is en de uitstoot van CO2 verminderd.

Energieverlies:

Doordat windmolens in principe overal te plaatsen zijn worden de transformatieverliezen en transportverliezen van de opgewekte elektriciteit tot een minimum beperkt. Ook is lokale energieopwekking mogelijk waardoor de afhankelijkheid van het distributienetwerk afneemt.

Makkelijk en snel:

Het omzetten van windenergie in elektriciteit is relatief makkelijk. Daarnaast kunnen windmolens snel worden geplaatst. Een windmolenpark kan al binnen een paar maanden tot een half jaar worden geplaatst en in werking worden gesteld.

Nadelen van windenergie

Vervuiling:

Een van de meest aansprekende nadelen van windenergie is de landschapsvervuiling die een windmolen kan veroorzaken. Windmolens nemen veel ruimte in beslag nemen en zijn opvallend aanwezig in het landschap. Bij modernere windmolens wordt meer rekening gehouden met deze landschapsvervuiling door het ontwerp te verfraaien en de plaatsing zorgvuldig te kiezen.

Geluidsoverlast:

Geluidsoverlast van de windmolens een van de meest genoemde nadelen. Deze overlast ontstaat door de beweging van de rotorbladen (zoevend geluid) en door de generator. Het geluidsniveau vlakbij de turbine bedraagt ongeveer 96 decibel. Moderne windmolens zijn zodanig aangepast dat ze op een afstand van 250-300 meter bijna niet meer hoorbaar zijn.

Energieterugverdientijd:

Voor het produceren van windmolens is onder andere staal en kunststof nodig. Het vervaardigen van deze materialen heeft natuurlijk vervuiling tot gevolg. De hoeveelheid energie die nodig is om een windmolen te produceren is in ongeveer 6 maanden terug verdiend.

Vogels:

Vogels, eenden en vleermuizen zijn vaak het slachtoffer van de wieken van een windmolen. Jaarlijks sterven ongeveer 20.000 vogels als gevolg van de aanwezigheid van windmolens. Daarmee schaart de windmolen zich in het rijtje van snelwegen, gebouwen en hoogspanningslijnen, maar haalt lang niet dezelfde aantallen. Ter vergelijking: 30 miljoen vogels worden jaarlijks gedood door de katten in Nederland.

Kosten:

De kosten van windenergie zijn hoog. Momenteel wordt dit door subsidies opgevangen. De kosten van een energievorm worden uitgedrukt in eurocent per kilowattuur (kWh). Deze liggen voor windenergie op 8,8 - 10,3 eurocent per kWh, terwijl dit voor conventionele elektrische energie op 2,9 - 5,8 eurocent per kWh ligt. Voor- en tegenstanders van windenergie zijn het echter niet eens over de manier van kostprijs berekening. Zo pleiten voorstanders ervoor om bij conventionele energieopwekking ook de externe kosten, kosten die indirect het gevolg zijn van een manier van energie opwekken, mee te rekenen in de kostprijs.

Windenergie: ja of nee?

De meningen over windenergie zijn verdeeld en een objectief ja of nee vaststellen is niet mogelijk. Veel nadelen van windenergie worden door het gebruik van moderne windmolens grotendeels geneutraliseerd. Bezwaren als landschapsvervuiling zijn echter persoonlijk en worden door het moderniseren van windmolens niet opgelost. Het huidige overheidsbeleid in Nederland is erop gericht om in 2020 twintig tot dertig procent van de verbruikte energie duurzaam te laten zijn. In combinatie met de subsidie (SDE) op teruggeleverde (wind)energie en subsidie op de bouw van windmolens vormt dit een duidelijk ja van de overheid op windenergie.