Tijdens het congres “70 jaar klimaatactief” gaf Joannes Laveyne, onderzoeker aan de Universiteit Gent, een lezing over de zin en onzin van kleine windturbines. Kris Somers van Dialoog was een aandachtige toehoorder en schreef de belangrijkste inzichten en adviezen voor ons neer.
Wat zijn kleine windturbines?
‘Kleine windturbines’ hebben een maximale ashoogte van 15 meter en een vermogen van ten hoogste 10 kW. Staat de as hoger dan 15 meter en is het vermogen maximaal 300 kW, dan hebben we het over middelgrote windturbines. Grote turbines hebben een vermogen van meer dan 300 kW. De ashoogte meten we trouwens van aan de voet van de turbine. Dat is belangrijk, want als een turbine met een ashoogte van 15 meter bijvoorbeeld op een 10 meter hoog dak staat, hebben we het nog steeds over een kleine windturbine; ook al staat de turbine zelf dan op 25 meter hoogte. De opbrengsten van kleine windturbines kunnen erg verschillen, afhankelijk van het type.
Wie bepaalt of je een kleine windmolen mag plaatsen?
Wie bevoegd is voor de vergunning voor het plaatsen van een turbine, hangt onder andere af van het type. Voor kleine windturbines is enkel de gemeente bevoegd. Met plannen voor een middelgroot exemplaar moet je ook langs de provincie passeren, en voor grote turbines zijn er drie beleidsniveau’s bevoegd: de gemeente, de provincie en het gewest.
Worden er veel particuliere windmolens geplaatst in België?
Niet echt. De gemeenten krijgen maar enkele tientallen aanvragen per jaar. Daarvan worden er nog minder effectief vergund. De meeste werden gewoon geweigerd met als reden dat ze het dorpsgezicht verstoren en/of een gevaar voor vogels zijn.
Hoeveel energie kan wind leveren?
Wat wind precies is, is niet makkelijk in een definitie te vatten. Het is een beweging van luchtmassa, met een bepaalde kinetische energie. Die energie willen we graag vangen met een windmolen, zodat de we kinetische energie kunnen omzetten naar bruikbare elektrische stroom. Naarmate de windsnelheid toeneemt, stijgt de kinetische energie spectaculair (tot de derde macht), en dus ook het op te nemen vermogen.
Het vermogen bepalen we dan weer door de (kinetische) energie per tijdseenheid te bekijken. 25% meer windsnelheid zorgt bijvoorbeeld al gauw voor een verdubbeling van het vermogen. Verdubbelen we de windsnelheid, dan neemt het vermogen met een factor acht toe. Samengevat: grote windsnelheden zijn erg energierijk.
Bij lage windsnelheden werkt de formule in het nadeel. De derde macht van een klein getal blijft een relatief klein getal. Anders gezegd: de vermogens die we kunnen oogsten bij lage windsnelheden zijn vrij laag. Een typische startsnelheid (van de wind) van 4 meter per seconde levert ons een vermogen van 39 W/m². Verlagen we de windsnelheid tot 2 meter per seconde, dan keldert het vermogen tot 4,9 W/m². Lage windsnelheden zijn met andere woorden de moeite niet.
Kan een particuliere windmolen genoeg energie leveren?
Een windmolen heeft dus hoge windsnelheden nodig om genoeg energie te leveren. In theorie kan dat met een kleine windmolen ook wel, maar de ene wind is de andere niet. Zo krijgen kleine windturbines vaak te maken met turbulentie. Obstakels maken een laminaire windstroming – wanneer de luchtlagen zich parallel ten opzichte van elkaar bewegen – turbulent. Turbulente wind kan wel aanvoelen alsof het hard waait, maar dit type wind bevat geen enkele bruikbare energie. Ze werkt zichzelf tegen.
Voor windturbines is alleen laminaire wind nuttig en daarvoor moeten we de hoogte in, want obstakels verstoren de wind en wrijving met een oppervlakte (de grond, een dak, …) vertraagt hem. Windturbines moeten dus een stuk hoger staan dan de dichtstbijzijnde obstakels om naar behoren te kunnen presteren.
Hoe werkt een windturbine?
Wanneer de wind langs de turbine passeert, zet de turbine ene deel van de kinetische energie, en dus van de snelheid, om in elektriciteit. Jammer genoeg kunnen we dus niet alle energie uit wind opvangen. Er zijn altijd verliezen.
Even technisch:
Volgens de wet van Betz, ontwikkeld door de Duitse fysicus en pionier op het gebied van windmolens en windturbines Albert Betz (1885 – 1965), is er een theoretisch maximale hoeveelheid energie die een rotor (de wieken van een windturbine) aan een stromend fluïdum (de wind) kan onttrekken.
Deze prestatiecoëfficiënt Cp heeft een theoretisch maximale waarde van 0,593. Een absoluut fysische limiet die wil zeggen dat een turbine maximaal 59,3 % van de kinetische energie van de wind nuttig kan gebruiken. Als we het over een theoretisch maximum hebben, wil dat zeggen dat werkelijke waarden doorgaans een stuk lager liggen. Dat is hier niet anders. De werkelijke Cp van windturbines ligt dan ook tussen 0,28 en 0,4. Een eind verwijderd van de theoretische limiet. Wonderoplossingen bestaan niet.
Claims die buitengewone prestaties beloven (x2, x3, …) , mogen dus meteen de prullenbak in. Ze kloppen gewoonweg niet. Klassieke ontwerpen met drie rotors blijken bovendien de beste adelbrieven voor te kunnen leggen en zijn het meest efficiënt.
Concentrators: kan er elektriciteit opgewekt worden met het venturi-effect?
Een andere ‘wonderoplossing’ die niet werkt, is het gebruik van wat men concentrators noemt. Die gaan uit van het feit dat wind versnelt in een versmalling: een soort van trechter, zeg maar. Die trechter wekt het zogenaamde venturi-effect op: door de versmalling gaat de wind er harder doorheen. En dat klopt: die hogere windsnelheden klinken als muziek in de oren. Maar helaas: zo’n versmalling zorgt voor drukopbouw in de trechter waardoor de wind langs de trechter gaat stromen en niet erdoorheen. De zoekt gewoon de weg met de minste weerstand. Daarmee waait onze verhoopte winst helemaal weg. De effectieve diameter blijft - met of zonder concentrator - gewoon hetzelfde.
Welke kleine windmolen moet je kiezen?
Klassieke driebladige ontwerpen (zoals bij grote windturbines) werken uiteindelijk het beste. Maar de opbrengsten van kleine windturbines zijn al bij al beperkt, ook voor de best presterende toestellen. Je hebt een behoorlijke dosis idealisme nodig om de investering te overwegen. Alle andere ontwerpen zijn, ondanks de soms ronkende claims, veel minder of zelfs helemaal niet efficiënt. Het zijn soms mooie designobjecten, maar absoluut niet praktisch.
Uiteindelijk bepalen 4 factoren grotendeels de prestatie van een windturbine: de dichtheid van de lucht, de windsnelheid, de efficiëntie van de windturbine en de diameter van de rotor die het oppervlakte bepaalt waarlangs de wind passeert. Enkel op de 2 laatste factoren hebben zelf invloed.
Ook de locatie van de (kleine) windturbine is cruciaal. Enkel in ‘onverstoorde’ wind zit bruikbare energie. Kom je te dicht bij gebouwen, bomen of andere obstakels, dan is dat ronduit catastrofaal voor de opbrengst. De 15 meter ashoogte, zoals bepaald in de wetgeving voor kleine winturbines, is gewoon te laag. De toegelaten masthoogte verhogen tot 25 meter zou al een heel verschil maken.
Hebben kleine windturbines wel potentieel in de toekomst?
Zijn er - los van een grotere ashoogte - andere mogelijkheden die het lot van de kleine windturbine kunnen verbeteren? Laveyne ziet er toch een aantal: een professionalisering van de sector, die momenteel vaak bevolkt wordt door de betere hobby-amateur, biedt misschien soelaas. Een groter installatiegemak, minder materiaalgebruik, een hogere betrouwbaarheid en betere ontwerpen met minder onderdelen kunnen de prijs wellicht drukken. Ook het vergunningenbeleid kan beter. Turbines moeten vrij kunnen staan, want als ze te dicht bij gebouwen staan zijn ze onrendabel. Bovendien is 15 meter simpelweg te laag voor behoorlijk windaanbod.
Dit artikel kwam tot stand via Dialoog vzw.
Dit is een ingekort artikel van een oorspronkelijk artikel dat in De Koevoet verscheen. Vraag hier uw gratis proefnummer aan!
Bronnen:
- Kleine en middelgrote windturbines: In welke richting waait de beleidswind?, Verlee A., 2010
- Kleine windturbines: feiten & mythes, Joannes Laveyne, Elektrisch Energielaboratorium, Universiteit Gent. Gebaseerd op een presentatie van Dr. David Laino.
- Windkracht 13: Het potentieel van kleine en middelgrote windturbines in kaart gebracht, Ecotips 2014 | 5.
- Wikipedia.org
