Windmolens

Nederland zet fors in op windenergie
Windmolens zijn reeds eeuwenlang toegepast om energie te leveren. Voor waterpompen, graan malen, drooglegging, zagen van hout etc.. Na de ontwikkeling van met fossiele energie aangedreven machines is het belang van de windmolen teruggedrongen. Nu zijn ze weer in opmars met voor- en tegenstanders.

Windmolens bederven het landschap, maar zijn vooral "zinloos" zegt landschapsarchitect Han L
örzing. "Windmolen staat meestal stil". Windmolens zijn een uitermate onbetrouwbare energiebron waarvan de leveringsgaten moeten worden gedicht door het bijstarten van niet duurzame gas-, olie- en kerncentrales. "Daar schieten we dus niets mee op"
L
örzing heeft gelijk, zolang er geen goedkope manier is gevonden voor grootschalige opslag van stroom. Het is dan een kip en ei probleem. Niets doen is geen optie. Er wordt hard gewerkt aan het ontwikkelen van opslagsystemen.
Lees het volledige artikel….

Windmolens worden steeds hoger gebouwd. De nieuwste generaties op zee produceren een kWh voor minder dan 5 cent gerekend over 25 jaar afschrijving. Deze molens kunnen zonder subsidie geëxploiteerd worden, als de marktprijs op de op de beurs hoger is dan 5 cent. Wel levert de overheid gratis aansluiting op het net en gratis vergunningen, op het land niet. Dat kost 2,3 cent per kWh, die we als belastingbetaler via de Energieblasting en opslag Duurzame energie betalen.
NOS - nieuws 19 maart 2017
Stacks Image 19

Windenergie in Nederland



Nederland 2017:
Windenergie productie 9,6 gWh. (opgesteld vermogen 4,2 MW; de molens leveren dus 26% van hun topvermogen)

Landelijke behoefte 2017: 120 gWh. (Opgesteld vermogen 18,6 gW; de centrales draaien gemiddeld op 74 % van hun topvermogen.)

Landelijke behoefte 1950: 7 gWh.

1 kW opgesteld windmolen vermogen produceert gemiddeld 2.300 kWh

Bron CBS
Vanwege het feit dat alle windmolens subsidie per kWh ontvangen weet het CBS precies hoeveel molens produceren.

De potentie van windmolens:

Emissievrij, onvoorspelbare productie, levensduur 20 - 30 jaar .

Molens halen 25 - 35 % uit de potentieel in te vangen wind op jaarbasis.
Netaansluiting kostbaar. Periodiek onderhoud noodzakelijk.
Eenvoudig kengetal voor windmolens:

Hoeveelheid kWh /m2 doorstromend oppervlak

Varieert anno 2018 van 200 kWh tot 1.100 kWh per m2 per jaar


Maximaal theoretisch haalbaar aan onze kust 2.300 kWh per m2 per jaar.


Toekomstperspectief windmolens

Prestatie van huidige windmolens op land en op zee is te vinden op de website van het CBS
Prestatie van windmolens op land. ( let op kental kWh per jaar per m2 rotoroppervlak )

Land gemiddelde 900 kWh per m2 rotor oppervlak;- kleine molens ruim 500 kWh/ m2 en de grootste 1.000 kWh

Huidige windmolens 2018 met subsidie
VermogenInvesteringProductieInvesteringOnderhoudInkomsten Euro/ kWh payout
kWEuro/kWkWh/jaar€/kWh€/kWhmarktSDE+jaren
10 € 4.205 35.000 € 1,20 € 0,015 0,0450,041 16,9
1000 € 1.400 2.300.000 € 0,61 € 0,015 0,0450,041 8,6
Investering
Windmolens worden nog steeds wat goedkoper. Bouwers krijgen steeds meer ervaring in de verhouding prefab en bouwen op locatie. De ontwerpen zijn steeds beter en we kunnen door ervaring in veld met minder materiaal grotere molens bouwen. Voor de kleinere molens mag verwacht worden dat deze zeker nog een factor 40% goedkoper kunnen worden en de grote molens 20%.

Over investeringen op zee horen we vaak lovende berichten; echter er moet hierbij aangetekend worden dat de stroomaansluiting en het transport naar het netwerk op het vaste land door de overheid wordt betaald. Dit in tegenstelling tot windmolens op land locaties. Voor grote windmolens zijn daar zeer grote bedragen mee gemoeid die van vele tonnen tot meer dan een miljoen Euro kunnen bedragen.

Productie
De productie in kWh per jaar van een molen is een functie van:
  • de cut-in speed (na 4 m/s levert een verlies op van minder dan 1%)
  • de shut-down speed (25 m/s) en vermogensbeperking boven 11 m/s levert een verlies op van 17%
  • het stroming technisch ontwerp van de wieken (15 - 20%)
  • de mechanische verliezen (2 - 4%)
  • de verliezen in de sterkstroom installatie (3 - 5%)
  • De windsnelheid. Omdat de opbrengst van een molen een 3-de machtsfunctie is van de windsnelheid, worden molens op steeds grotere ashoogtes gebouwd.



P = C
p.η.1/2.A.ρ.v3[watt]

η = het rendement van een molen [%]
A = het doorstromend oppervlak [m2]
v = de inkomende snelheid van de wind [m/s]
ρ = de soortelijke massa van de lucht [kg/m3]

Cp is de prestatiefactor. Albert Betz heeft vast gesteld dat een het theoretisch maximum van de energie die men uit een fluïdum kan halen een functie is van de in- en uitstromende lucht;- de factor Cp is maximaal 16/27 (59,3%).



In theorie kan een molen maximaal 59,3% uit windenergie halen (Betz limiet).
De combinatie van alle verliezen van moderne molens in de praktijk bedraagt 59,3% x ,99 x 0,83 x 0,83 x 0,97 x 0,96 = 37,6 %. Maximaal 37,6% van de door de wind aangeboden energie wordt omgezet in elektriciteit.

Met een beter ontwerp van de wieken en een nog slimmere vermogens-sturing is maximaal 45% zo ongeveer het technisch maximum.

Onderhoud
De verwachting is dat het onderhoud nog 0,5 cent per kWh goedkoper zou kunnen en teruggebracht kunnen worden tot 1,5 cent tot 1 cent per kWh.

Subsidie en stroomprijs
Windmolens kunnen zonder staatssteun nog niet rendabel draaien. De kleine molens worden vaak op (boeren)bedrijven toegepast. Doordat dan tevens eigen stroom wordt gebruikt voor het bedrijf, wordt ook energiebelasting en ODE vermeden. Dat verhoogt de rentabiliteit, waarmee de terugverdientijden rond de 8 jaar komen te liggen.

We hebben de stroomprijs waar marktpartijen op bieden op 4,5 cent per kWh gezet.

Indien de subsidie zou worden opgeheven dan zal de ideale molen van de toekomst van 10 kW en 1000 kW, waar de technische verbeteringen maximaal zijn toegepast, presteren volgens onderstaande tabel.
Toekomstige super windmolens 2030 zonder subsidie
VermogenInvesteringProductieInvesteringOnderhoudInkomsten Euro/kWh Pay-out
kWEuro/kWkWh/jaarEuro/kWhEuro/kWhMarktSubsidieJaren
10 € 2.520 45.000 € 0,56 € 0,010 € 0,045 0 12,44
1.000 € 1.120 2.770.000 € 0,40 € 0,010 € 0,045 0 8,99
Gerelateerd aan het rendement op eigen vermogen is een terugverdientijd van 7 jaar een kritische grens. Windmolens zijn bij de geldende stroomprijzen daarom een twijfelachtig middel om ingezet te worden voor de energietransitie. Dit, omdat er nog geen reëel zicht is op een bevredigend rendement zonder subsidie.

Toch zien we wereldwijd een flinke groei van windmolens. Die groei is alleen mogelijk als deze met een grote hoeveelheid overheidsgeld worden gefinancierd. Vergroenen kost geld.

De stroomprijs heeft een doorslaggevende invloed op het rendement. Indien deze door markt bepaald wordt, dan winnen de fossiele centrales het nog decennia lang. Het marktmechanisme moet daarom gestuurd worden. Dat kan door accijnzen drastisch te verhogen op fossiele brandstoffen, zodanig dat de handelsprijzen op de beurs moeten verdubbelen. Uiteraard zal dit Europees afgesproken moeten worden.

Stacks Image 64

Opbrengstcurve van de Vetas 52 molen met 3 wieken en een rotordiameter van 52 m.
Deze molen haalt ruim 30% uit de beschikbare windenergie van gemiddeld 9 m/s op ashoogte

- Speed: 14 rd/min
- Maximum rotor speed: 31,4 rd/min
- Cut-in wind speed: 3 m/s
- Rated wind speed: 14 m/s (nom. vermogensopgave 850 KW)
- Cut-off wind speed: 25 m/s
- Manufacturer: Vestas


Optimaal ontwerp van rotor is rocketscience


UT-promovendus Arne van Garrel heeft een rekenmethode ontwikkeld om 150 x sneller en efficiënter windturbines te ontwerpen.
De vorm van de rotorbladen moet voor een optimale opbrengst aangepast worden aan het windprofiel van de locatie hoogte waar de molen geplaatst wordt.

Lees het gehele artikel …
Stacks Image 38

Complexiteit van de stroming; visualisatie van het oprollen van het zog bij de rotorbladen van een windturbine onder een kruihoek van dertig graden.


Het ontwerp van windparken vraagt wetenschappelijk topniveau. In Denemarken hebben ze heel wat expertise (wind energy expert Gregor Giebel van de Technical University of Denmark), maar er moet nog veel onderzocht worden voordat we echt snappen en kunnen voorspellen hoe wind zich gedraagt. Lees meer …


TUI heeft zuiniger en stiller vliegtuig gekocht


Ook op het gebied van vliegen is de ontwikkeling nog lang niet voltooid. Airodynamica is een ingewikkeld vakgebied.
De Boeing 737 MAX heeft een betere stroomlijn waarmee 14% energie wordt bespaard en tevens 40% geluidsreductie wordt bereikt.