home  

discl. / ©, lid NVJ

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z


windenergie, windturbine

 

1. windenergie, windmolen, windturbine
Windenergie is een vorm van groene stroom (milieuvriendelijk opgewekte elektriciteit): de wind drukt tegen de rotorbladen (meestal wieken) van de windmolen waardoor de as in een draaiende (roterende) beweging komt, die door een generator wordt omgezet in elektriciteit.
De windturbine zet de energie (blaaskracht) van de wind om in een draaiende beweging; belangrijke onderdelen zijn de rotorbladen (windturbinebladen, wieken) en de as (draaias). 
De rotordiameter is iets meer dan tweemaal de rotorlengte. 
De generator zet de draaiende beweging om in elektriciteit (gelijkstroom).
Overbrenging van rotoras naar de generator gebeurt vaak via tandwielen e.d., maar kan ook op een meer directe manier (direct drive).
De gondel is de kop van de windmolen (met windturbine en generator).
De ashoogte is de hoogte van maaiveld tot midden van de gondel.
De mast is de staander waarop de gondel met de rotorbladen is geplaatst.
De windmolen is het geheel aan mast, draaias, rotorbladen/wieken, turbine en generator.
Veel windmolens bij elkaar wordt een windmolenpark of windpark genoemd.

Windmolenparken op zee zijn ideaal wat betreft windsterkte, geluidshinder en ruimtebeslag (beschikbare locatie). 
Over het algemeen geldt, vooral op het land: een windpark heeft de voorkeur boven veel maar verspreid staande, losse windmolens.

De combinatie van windmolenparken op zee met pv-panelen op zee lijkt een gunstig huwelijk, wat betreft ruimtebeslag (oppervlakte) en diversiteit van energiebron.
(Voor pv-panelen op zee zie bijvoorbeeld Oceans of Energy.)
Tegen windturbines op land is echter behoorlijk wat weerstand: veel omwonenden hebben last van het ergerlijke, vaak ook nog pulserende geluid van de enorme wieken (zie bijvoorbeeld Windwiki).

Er zijn verschillende typen "windmolens":

 

 

  • Normale windmolens met een horizontale as, de meest voorkomende soort ("Horizontal-Axis Wind Turbine HAWT"). De stand van de kop van de windmolen is afhankelijk van de wind (de rotorbladen of wieken zijn op de wind gericht). Al eeuwen geleden ook in Nederland toegepast; de draaiende beweging werd bijvoorbeeld gebruikt voor het malen van meel en het persen van olie uit zaden.
    Als de rotor 2 keer zo lang wordt, wordt er 4 keer zoveel groene stroom opgewekt. Hoe hoger de mast, hoe hoger de windsnelheid. Twee redenen om steeds groter en hoger te bouwen.
    Omdat deze windmolens grote tot zeer grote vermogens hebben, worden ze vaak toegepast.

  • Normale windmolens met een verticale as ("Vertical-Axis Wind Turbine VAWT"). De VAWT-windmolens nemen veel minder ruimte in dan de "normale" windmolens met wieken. Komt nog uitsluitend voor in lagere vermogens.

  • De "omhulde turbine" is een specifieke versie van de windmolen met horizontale as en schijnt efficiŽnter te zijn dan die traditionele windmolens. Komt nog uitsluitend voor in lagere vermogens.

  • Een geheel ander type is de venturi-windmolen, op basis van het Venturi-effect. Bovenin een toren bevindt zich een constructie waardoor de wind geleid wordt naar een grote buis. Deze buis vernauwt zich waardoor de windsnelheid aanzienlijk toeneemt. In de buis bevinden zich kleine windturbines die energie opwekken. Wordt ook windversneller genoemd. Afbeelding rechts toont een fraai futuristisch model. Helaas zijn er nog niet veel installaties van.

Voordelen van windenergie en bepaalde typen windmolens
- Wind is een onuitputtelijke bron van energie. Net als zonne-energie maakt windenergie ons veel minder afhankelijk van leveranciers van fossiele olie en gas, vooral die uit politiek minder stabiele gebieden.
- Windenergie is schoon. Zij vervangt aanvoer en verbruik van fossiele brandstoffen. Er is geen water- en luchtverontreiniging; bijvoorbeeld geen uitstoot van fijnstof zoals bij kolen-, olie- en gascentrales. Er is geen aanvoer en verbranding van grote levende bossen (biomassa). De verontreinigingen bij de productie, aanleg e.d. van windmolens is in korte tijd "terugverdiend" omdat windenergie fossiele brandstoffen vervangt (3 tot 6 maanden?). Vrijwel de gehele windmolen kan worden gerecycled. Windenergie is duurzaam.
- De opbrengst van een windmolen wordt bepaald door het vermogen van de molen en door de hoeveelheid wind die de molen vangt (ook weer afhankelijk van de windsnelheid natuurlijk). Toch is een bruikbare regel dat een windturbine van 8 MW gemiddeld ca. 17.500 MWh/jaar levert. In dat geval heeft de windmolen 2200 zogenoemde vollast-uren gedraaid, dus vergelijkbaar met 2200 uur draaien op maximaal vermogen. Uitgaande van een verbruik van 3500 kWh/jaar voor ťťn gemiddeld huishouden, worden ca. 5.000 huishoudens bediend en dat is eigenlijk niet eens zo veel. (Korte berekening opbrengst in Excel-sheet.)
- Specifieke voordelen van windturbines op zee t.o.v. windturbines op land zijn: 
(a) boven zee waait vrijwel altijd een hardere wind dus meer opbrengst
(b) het lawaai van windmolens (zoeven, bulderen) en de schaduw van de steeds bewegende wieken vormen geen hinder voor mensen in de buurt (c) er zijn geen huizen in de buurt die minder waard worden door de windturbines
(d) in de omgeving van de windturbines op land kan niet veel gebouwd worden (niet alleen door geluidhinder, ook door gevaar van afbreken van een wiek e.d.)
(e) de procedures (milieu-effectrapportages e.d.) duren waarschijnlijk niet zo lang als bij een windmolen op land. 
De grootste windturbine is een Siemens Gamesa met 14 MW (situatie 2020), en die levert gemiddeld voldoende elektriciteit voor ca. 5000 huishoudens.
- Windmolens op zee zijn wellicht iets duurder dan op land, maar de ruimte die een windmolen op het land inneemt (incl. een redelijk niet-bewoonbaar gebied eromheen) is zeer groot. Wanneer die kosten worden meegenomen in berekeningen, zal windenergie op zee voordeliger zijn.
- Specifieke voordelen van windturbines met verticale as (VAWT) hebben als voordelen:
(a) Installatie ťn onderhoud zijn gemakkelijk (eenvoudig ontwerp, elektromotor/turbine kan op de grond i.p.v. op ca. 100 m hoogte). 
(b) De windrichting is onbelangrijk voor dit type molens (dus altijd goed op de wind).
(c) Neemt veel minder ruimte in (dus in een windmolenpark veel meer windmolens te plaatsen). 
(d) In een windmolenpark hebben ze minder hinder van elkaar
(e) Wellicht is de levensduur langer omdat de krachten van de wind beter verdeeld worden over de gehele windmolen.
(f) Bij vrijwel elke windsnelheid te gebruiken, ook hoge windsnelheid (windmolens met horizontale as werken niet bij lagere en ook niet bij hogere windsnelheden). 
(g) Vermoedelijk beter voor vogels en insecten.
(h) Nauwelijks slagschaduw.
Geen voor- of nadeel, maar wel noodzaak: helixvormige rotorbladen zijn nodig i.v.m ongelijke windsnelheden en daardoor ongelijke belastingen laag en hoog boven de grond.
De zogenoemde rotorzeilen, of Flettner-rotoren, op sommige schepen zijn in feite draaiende verticale cilinders, die voor energiebesparing zorgen en waardoor deze schepen voor een deel weer windschepen worden. Het zogenoemde magnus-effect zorgt ervoor dat zijwaartse wind toch een naar voren gerichte voortstuwing geeft.
- Specifiek voordeel van de combinatie op het dak van kleine windmolens en pv-panelen zoals IbisNest van IbisPower is duidelijk: zowel wind- als zonne-energie wordt opgewekt. Nagegaan moet worden: (a) is de combinatie economisch haalbaar en aantrekkelijk (b) veroorzaken de kleine windmolens op het dak niet teveel trillingen in het gebouw. Testresultaten zijn noodzakelijk maar (nog) niet aanwezig (situatie februari 2021)!
- Voordeel van windmolens met direct drive turbines ten opzichte van de molens met overbrenging via tandwielen e.d.: minder slijtage, minder storing, koeling met buitenlucht, minder onderhoud. Een molen met direct drive is als een enorme fietsdynamo waarbij alleen de wieken en de as van de molen bewegen. Kijk eens op Lagerwey wind.
- Specifieke voordelen van de "omhulde turbine" (windmolen met een horizontale as):
(a) Vangt meer wind (door de trechtervorming kan meer wind op de rotorbladen komen).
(b) Richt zich meestal gemakkelijk op de wind.
- Specifieke voordelen van de echte Venturi-windmolens schijnen onder meer te zijn: 
(a) De rotorbladen van de kleine turbine, die zich in de vernauwing van de buis bevinden, kunnen veel kleiner zijn.
(b) Er kunnen meer kleine turbines achter elkaar worden geplaatst, waardoor de windkracht vrijwel volledig wordt benut.
(c) De ontwerpvrijheid voor de architect (bij een normale windmolen zijn de enorme rotorbladen beeldbepalend; een Venturi-windmolen kan allerlei vormen aannemen). 
Toch komen Venturi-windmolens nauwelijks voor.

Nadelen van windenergie (opgewekt door normale windmolens)
- Voornaamste nadeel van windenergie: bij windstilte wordt geen energie opgewekt. Zolang elektriciteit niet massaal goedkoop opgeslagen kan worden, zullen centrales op kolen/olie/gas stand-by moeten zijn. Wanneer onbenutte stroom gebruikt wordt voor bijvoorbeeld het oppompen van water in een enorm reservoir of het omzetten van water naar waterstof, kan deze "potentiŽle energie" weer in stroom worden omgezet in tijden van windstilte. Hiermee schep je een buffer en kan windenergie toch meer of minder continu elektriciteit leveren. Zonder een vorm van buffering heeft windenergie eigenlijk betrekkelijk weinig nut. Het in werking of "afwachtend" houden van andere energiecentrales zorgt voor een enorme verlaging van de feitelijke besparing aan energie die windmolens leveren.
- Niet altijd kan de door de windmolens opgewekte energie aan het elektriciteitsnet worden geleverd, bijvoorbeeld bij omvangrijke productie van elektriciteit zonder (extra) vraag. Met dit probleem wordt wel rekening gehouden door het maximale vermogen van de windturbine al bijvoorbeeld bij windkracht 5 te laten plaatsvinden waardoor minder grote pieken in de productie van elektriciteit ontstaan. In zijn algemeenheid geldt echter: niet altijd zal het elektriciteitsnet de door windmolens en pv-panelen opgewekte energie kunnen doorgeven. Ook in dat geval is omzetten van de ene energiebron (elektra uit wind of pv-panelen) in de andere te overwegen (omzetten naar waterstof of naar potentiŽle energie door oppompen water). 
Gewerkt wordt aan een smart grid. Ook kan internationaal een oplossing gezocht worden zoals in Denemarken, dat een veel groter aandeel windenergie heeft dan Nederland: "Is er te veel wind, dan wordt stroom naar Noorwegen gestuurd en draaien de waterkrachtcentrales wat minder hard, of de stroom wordt verhandeld in Zweden.").
- Er is steeds meer weerstand tegen het plaatsen van windmolens (op land). Op het land vindt men windmolens niet alleen horizonvervuilend, maar tot ver in de omgeving hoort men het gezoef en gebrom van de wieken. De geluidsnorm eist dat een windmolen minimaal 300 m verwijderd is van een woning, terwijl dat in veel andere landen 800-1000 m is. Die 300 m is waarschijnlijk sterk verouderd, omdat windturbines heel veel hoger en breder zijn geworden. Een idee is dat de afstand tot een woning minimaal 10 maal de ashoogte moet zijn (beter is 10 maal de totale hoogte). Verder hebben velen hinder van de schaduw: wanneer de wieken tussen de zon en de waarnemer instaan, dan is de steeds terugkerende en bewegende schaduw van de draaiende wieken (slagschaduw) zeer vervelend. Ik heb zelf een keer in de zon gezeten bij een auto-garage en een half uur lang kwam elke paar seconden een langgerekte en snel bewegende schaduw langs; dat was irritant maar ik hoefde er niet elke dag uren in te zitten (red. Joost de Vree). Overigens, de windmolen moet blijkbaar stilgelegd worden wanneer "gemiddeld meer dan zeventien dagen per jaar gedurende meer dan twintig minuten per dag slagschaduw kŠn optreden". Er zijn automatische deuren die zelfs steeds weer uit zichzelf open en dicht gaan wanneer de slagschaduw passeert (elke paar seconden kan dat gebeuren wat steeds de deur schijnt te triggeren om open en dicht te gaan). Zie de factsheets onderaan de pagina (situatie 2017; let op: regelgeving kan veranderen; kijk bijvoorbeeld op Rijksdienst voor Ondernemend Nederland onderdeel Windenergie op land).
- Acceptatie door bewoners: windmolens worden waarschijnlijk eerder geaccepteerd wanneer naburige bewoners in een zeer vroeg stadium bij de bouw worden betrokken. Ook een financiŽle participatie in het windmolenproject is positief voor de acceptatie, omdat een rendement van zelfs ca. 10 procent haalbaar lijkt. Het feit dat, vaak buitenlandse, ondernemingen de lusten hebben (subsidie en inkomsten) en alleen de omwonenden de lasten dragen, is niet bevorderlijk voor de acceptatie van de enorme windmolens op land. 
- De kleine verticale windmolentjes (zowel met horizontale als met verticale as) voor bijvoorbeeld een woning zijn duur, leveren weinig stroom en hinderen bewoners en vooral buren.
- Specifieke nadelen van windturbines met horizontale as (de windmolens die we nog het vaakst zien):
(a) Buiten werking bij lage en bij hoge windsnelheden. Vooral jammer dat er bij hoge windsnelheid geen elektriciteit wordt opgewekt. (In beperkte mate kan wel de snelheid worden afgeremd.)
(b) Nemen veel ruimte in door de omvang van de rotorbladen en omdat de windmolens elkaar beÔnvloeden.
(c) Installatie en onderhoud zijn complex.
(d) Slagschaduw wordt als vervelend ervaren.
(e) Vooral de molens met horizontale as zijn slecht voor vogels, vleermuizen en insecten. Het blijkt dat bij windmolens op land vleermuizen en roofvogels aanzienlijk schade ondervinden, terwijl dat voor raven en kraaien veel minder is. Bij windmolens op zee wordt wel enigszins rekening gehouden met trekvogels: vanwege de route van trekvogels mogen windmolens op zee niet binnen 3 mijl uit de kust worden gebouwd (met uitzondering van de Maasvlakte), nachtelijk stilleggen van windmolens bij lagere windsnelheden (< 5 m/s, omdat vleermuizen in dat geval meer schade ondervinden) en verder zijn er artikel-20-gebieden ("gebieden waar de toegang verboden is uit oogpunt van natuurbescherming"). Een mogelijke locatie voor een windmolenpark dient altijd getoetst te worden aan de Vogel- en Habitatrichtlijnen en de Natuurbeschermingswet. Er zijn speciale "vleermuisverjagers" (bat deterrent systems) die de oriŽntatie van de vleermuis lokaal verstoren waardoor deze, volgens de leverancier, voor het merendeel wegblijven.
Bij zachte en matige wind worden veel insecten door de rotorbladen geraakt.
(f) Bij een enorme storm breekt nog wel eens een rotor af wat plaatsing op zee minder risicovol maakt. Een windmolen pal aan een drukke snelweg is i.v.m. afbreken van een rotor dus eigenlijk niet veilig.
- Specifieke nadelen van windturbines met verticale as:
(a) Lagere vermogens (kleinere modellen). Wel zijn meer molens per oppervlakte mogelijk ťn is het plaatsen goedkoper. Als deze kleinere windturbines in bewoonde omgeving staan, is het niet waarschijnlijk prettig om steeds zo'n bewegend ding te zien of te horen. Het is dus wel de vraag of pakweg 200 of 1000 van die windmolentjes voor omwonenden gustiger is dan 1 windmolen van 3 MW.
(b) Het "wrikken" van de rotorbladen bij zeer grote hoogten van de as is opgelost door ander type rotorbladen (helixvorm), maar in hoeverre werkt dat bij toenemen van de hoogte?
(c) Stiller dan de reguliere windmolens, maar het geluid blijft waarschijnlijk toch wel een aandachtspunt.
- Specifieke nadelen van de "omhulde turbine" (windmolen met een horizontale as):
(a) Alleen lagere vermogens (kleinere modellen) bekend. 
(b) Geluid en beweging storend voor de buurt.
- Specifieke nadelen van de Venturi's:
(a) Het is de vraag of het principe sowieso beter werkt dan een aantal molens bij elkaar.
(b) Niet of nauwelijks gerealiseerde voorbeelden.
(c) De manier waarop wind wordt gevangen is moeilijk: een draaibare gigantische trechter is moeilijk te verwezenlijken. Wat wel kan werken is een Daar moet iets anders voor gevonden worden of wellicht dit.

Aspecten bij windenergie
- Hoge windmolens op zee of aan de kust profiteren meer van de wind dan minder hoge windmolens en windmolens verder landinwaarts. Molens op zee leveren dus meer energie, maar zijn aanzienlijk duurder. Kleine windmolens zijn relatief duurder dan zeer grote.
- Gezien de installatiekosten moet de bruikbare leeftijd, regelmatig gesteld op 20 jaar, eigenlijk omhoog.
- De vergoeding voor geleverde elektriciteit van windenergie is ooit gesteld op 0,07 euro/kW en een extra subsidie van 0,03 euro/kW omdat anders een windmolen economisch niet haalbaar/aantrekkelijk was. Er zijn echter al partijen die een groot windenergiepark bouwen en exploiteren zonder subsidie op de geleverde elektriciteit, hoewel dit nog een vrij fors risico lijkt (situatie 2018). Overigens zijn "subsidievrije" windmolenparken zeker niet vrij van overheidskosten; zo worden er bijvoorbeeld door Tennet transformatoren gebouwd en kabels aangelegd voor het transport van de elektriciteit naar het land (waarschijnlijk meer dan 1 miljard euro bij een groot park). Een ander aandachtspunt: een elektriciteitscentrale op gas kan, bij wijze van spreken, met een knop onmiddellijk aan of uit worden gezet en meer of minder elektriciteit leveren, afhankelijk van de vraag naar elektriciteit op een bepaald moment. Dat werkt helaas niet zo bij energie van zon en wind: bij uitval van wind of zon zal de noodzakelijke, enorme opslag van energie door de overheid moeten worden bekostigd? 
- Windmolens met twee wieken zijn op de een of andere manier minder fraai dan met drie wieken, maar geven meer geluidsoverlast. Bij een molen met twee of vier wieken kan bij sterke wind het wegvallen van de wind bij de "onderste" wiek stabilisatieproblemen geven (de wiek bevindt zich immers "achter" de staander terwijl de "bovenste" wiek zich op het hoogste punt bevindt). Voordeel van een molen met twee wieken: theoretisch goedkoper dan die met drie wieken. 
- Voor lokaal of privť gebruik zijn er kleine windmolens, zowel met een horizontale als een verticale as.
- Vooral bij kleine windmolens wordt door de leveranciers de capaciteit vaak sterk overdreven; bij testrapporten wordt vaak uitgegaan van de meest gunstige omstandigheden.
- Het is jammer dat de innovatie bij windenergie betrekkelijk langzaam gaat (in vergelijking met de enorme verscheidenheid en de sterke prijsdalingen bij zonnepanelen (pv-panelen). Toch zijn ook hier vorderingen of testsituaties, o.m.: 
. aandrijving puur elektromagnetisch (minder slijtage, minder onderhoud)
. flexibeler randen van de wieken (verhoogt blijkbaar het rendement)
. wieken met een haaienhuidstructuur (verhoogt het rendement)
. wieken met "pitch motion control", waarbij de hoek van de bladen zich aanpast bij hoge windsnelheid (de turbine hoeft dan niet uitgeschakeld te worden wat normaal gesproken gebeurt bij hoge windsnelheden).
- We moeten eigenlijk meer Nederlandse windmolens aanschaffen. De Denen en Duitsers doen dat beter: die kopen bijna uitsluitend windmolens van eigen bodem. Zo hou je de kennis, het vakmanschap ťn de innovatie in eigen hand.
- De meeste windmolens hebben 3 rotorbladen. Met 4 bladen is de molen iets efficiŽnter, maar de meerkosten van bouw en materiaal zijn blijkbaar aanzienlijk. (Onze bekende oude windmolens hadden 4 wieken; dat had te maken met boomstammen, windvang en wellicht een beter evenwicht.) Windmolens met 2 rotorbladen zijn eenvoudiger en goedkoper te bouwen, maar zijn gevoelig voor evenwichtsproblemen ("yawing", gieren) wat een extra belasting geeft op de turbine.


een paar kenmerken van een windmolen; rotordiameter, rotorblad (wiek), draaias, ashoogte, mast:


een fors windmolenpark op zee:


windmolen met
direct drive, model l100, rotordiameter van 100 m, levert 2,5 megawatt (lagerwey):


de turbine met direct drive van het model l100 van lagerwey:


let op: andere dan de horizontale-as-windmolens hebben helaas nog uitsluitend kleine vermogens:

windturbines met een
verticale as nemen minder ruimte in dan de "normale" windmolens;
ze leveren ca. 47 watt/m2 terwijl normale windturbines ca. 3 watt/m2 genereren (caltech;
klik op de afbeelding voor een youtube-filmpje):


windturbine met verticale as (kirklees; zie vooral fairwind):

windturbine met "
omhulde turbine" (halo energy):



windturbines met een verticale as
atlas 2.0 kw (tesup):

windturbine met een verticale as, harolddol, 600 w (amazon):



artist's impression van wat men venturi-windmolens / windtorens noemde in stedelijke omgeving (eigenlijk meer windmolens met verticale as zo te zien):


windenergie in combinatie met pv-panelen (
powernest van
ibispower):


Documentatie
- Kosten en baten windpark op land (van Pondera Consult)

- De mooie opbrengst van windmolen Amstelvogel in Ouderkerk aan den IJssel

- Resultaten van een aantal windturbines 2008-2012

- "Alles in de wind" van Jos Beurskens en Gijs van Kuik

- Meer voorbeelden van windmolens met een verticale as op Youtube 

- Factsheet Veiligheid en Windturbines (van RVO)

- Factsheet Geluid en Windturbines (van RVO)

- Factsheet Slagschaduw en Windturbines (van RVO)


Afb. o.m. Ingov, Dorp, Stad en Land, California Institute of Technology.


Zie ook Windpower Engineering & Development en Nederlandse Windenergie Associatie (NWEA).
Zie eventueel verbruik elektra en gas in een woonhuis
Verg. windtoren, windmolen (traditioneel oud model).

Eng. wind energy, windpower


2. windenergie via een vliegtuigje aan een kabel (airborne wind energy system)

In de hogere luchtlagen is meer wind dan laag bij de grond. Wanneer we die wind benutten door een zweefvliegtuigje aan een kabel door de wind voort te laten bewegen, dan kan die energie omgezet worden in elektriciteit. Een dergelijk systeem wordt wel een airborne wind energy system genoemd; airborne heeft hier de betekenis van "bewegen in de wind".
Ook deze vorm van windenergie is een vorm van groene stroom
Voor meer info zie Ampyx Power.


klik op de afbeelding voor een kort fimpje (ampyx power):