Windenergie

Inleiding Windenergie is altijd belangrijk geweest voor Nederland. In onze geschiedenis betekende de wind een onmisbaar hulpmiddel om ons over het water voort te bewegen. De machtige zeilvloten werden voortgestuwd door deze onuitputtelijke bron van energie. Wind werd ook gebruikt om land te winnen; een aanzienlijk deel van Noord- en Zuid-Holland is met behulp van windmolens drooggemalen om al het water weg te krijgen. Windenergie is al langere tijd bekend. In Nederland, maar ook in andere landen. Al eeuwen lang bewegen wij ons over het water voort met behulp van wind. Zonder die uitputtelijke bron van energie had Odysseus zijn reizen niet kunnen maken en had Columbus Amerika nooit ontdekt. Dus al eeuwenlang varen zeilboten en draaien windmolens door de beweging van de lucht. Wind verplaatst wolken, zodat het ook ver in het binnenland kan gaan regenen. In steden verdrijft de wind de uitlaatgassen van het verkeer. Af en toe blaast de wind woestijnzand uit de Sahara naar ons land. Het waait niet overal even hard op aarde. Boven open zee of uitgestrekte vlakten waait het harder dan boven stad of bos. Obstakels zoals bomen, huizen of gebouwen remmen de wind af, maar dit effect is minder merkbaar op grotere hoogte. Daarnaast hangt de hoeveelheid wind er ook vanaf. Nederland ligt wat wind betreft vrij gunstig. Windrijke “ stormen” ontstaan boven de Atlantische oceaan en de Noordzee en trekken via een zuidwestelijke stroming regelmatig over ons land. Bovendien zijn met name de kustprovincies erg vlak en open. Nederland blijkt bijzonder geschikt om energie in de vorm van elektriciteit op te wekken met windturbines. Met een beetje moeite kunnen we de wind dus als energiebron gebruiken. Energie hebben we nodig om onze huizen te verwarmen, om te reizen en om elektriciteit te maken. De meeste energie halen we uit olie, kolen en gas. Deze fossiele brandstoffen raken langzamerhand op. Daarom zijn we op zoek naar nieuwe energiebronnen. In dit geval dus windenergie. Waarom windenergie? Het broeikaseffect beheersen: In Nederland en in veel andere landen is de elektriciteitsproductie grotendeels gebaseerd op verbranding van kolen, gas en olie. Een belangrijk nadeel daarvan is, dat bij verbranding van deze fossiele brandstoffen koolstofdioxide (CO2) in de lucht komt. Ieder jaar is dit wereldwijd zo’n 19 miljard ton CO2. De Nederlandse elektriciteitsproducties goed voor een uitstoot van bijna 40 miljoen ton per jaar. De natuurlijke kringlopen kunnen deze enorme hoeveelheden CO2 niet meer verwerken. Met als gevolg dat de concentratie ervan in de atmosfeer stijgt. Dat versterkt het broeikaseffect. De atmosfeer houdt dan net als een deken, teveel warmte vast. De temperatuur op aarde gaat omhoog en het klimaat dreigt op grote schaal in de war te raken. Om dit te voorkomen moet de uitstoot van CO2 sterk worden afgenomen. Alle landen ter wereld moeten daar een steentje aan bijdragen. Dat kan op twee manieren: energie besparen en andere energiebronnen gebruiken, zoals zonne- en windenergie en waterkracht.
De zure regen tegen gaan: Windturbines wekken elektriciteit op zonder uitstoot van de luchtvervuilende stoffen zoals zwavel- en stikstofoxiden. Deze stoffen zijn medeverantwoordelijk voor zure regen. Spreiding van afhankelijkheid: De energiemarkt wordt sterk beïnvloed door politieke ontwikkelingen ergens anders in de wereld. Steeds opnieuw wordt dat duidelijk. Hoe meer verschillende energiebronnen we gebruiken, hoe minder gevoelig onze energievoorziening is voor zulke onberekenbare factoren. Ook daarvoor is de toepassing van windenergie nodig: het verkleint de eenzijdige afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. De energievoorzieningen veilig stellen: Het gebruik van brandstoffen neemt jaar op jaar toe. Eindige voorraden worden in een steeds hoger tempo aangesproken en uitgeput. Willen we onze energievoorziening ook op lange termijn zeker stellen, dan zullen we een andere weg moeten kiezen. Dan moeten we naar een duurzame energievoorziening toe. Ook dat is een reden om de toepassing kracht bij te zetten. Lokale effecten van windenergie Het gebruik van windenergie kan plaatselijk hinder veroorzaken. Zorgvuldigheid tijdens het planproces kan deze hinder tot een minimum beperken. Bij het selecteren van locaties dient men dan ook zorgvuldig te werken en zijn vaak veel partijen betrokken. Vogels kunnen tegen windturbines aanvliegen of door de wervelingen achter de rotor gegrepen worden. Onderzoek heeft inmiddels aangetoond dat de risico's voor botsingen relatief klein zijn. Naar schatting zou het aantal 'aanvaringsslachtoffers' bij een geplaatst windvermogen van 1000 megawatt 20.000 bedragen. Dit is één procent van het geschatte aantal vogels dat jaarlijks in het verkeer omkomt, en zo'n vijf procent van het zogeheten 'afschot' in het kader van faunabeheer. Ook kan er verstoring van het leefgebied optreden. Veel vogels raken aan windturbines in hun omgeving gewend, maar er moet aandacht worden besteed aan eventuele verstoring van kwetsbare vogelsoorten. Dit kan alleen per locatie worden beoordeeld. Van windmolen naar windturbine Rond 1900: De Hollandse molens verdwijnen uit het landschap. Elektriciteit en de stoommachines nemen het werk van de windmolens over. Er wordt nog wel geprobeerd met de oude windmolens elektriciteit op te wekken. In plaats van molenstenen wordt een dynamo aangedreven en de opgewekte elektriciteit wordt opgeslagen in accu’s. Het houten binnenwerk van de Hollandse molen is niet sterk genoeg. In Denemarken worden nieuwe stalen windmolens ontwikkeld, speciaal voor de productie van elektriciteit. Samen met dieselaggregaten worden deze molens gebruikt als kleine elektriciteitscentrales. In 1918 staan op het Deense platteland 120 van dergelijke installaties.
Na de Eerste Wereldoorlog: Met succes worden sneldraaiende windturbines ontworpen voor het opwekken van elektriciteit. De turbines hebben gestroomlijnde bladen die veel weg hebben van vliegtuigvleugels. Een bekend voorwerp uit de jaren dertig is de tweebladige “Wincharger” met een elektrisch vermogen van 200 Watt. Deze kleine turbine wordt soms op afgelegen plaatsen nog gebruikt voor het opladen van accu’s. Na de Tweede Wereldoorlog: Grote centrales wekken goedkope elektriciteit op met behulp van kolen, gas en olie. Windturbines kunnen daar niet tegenop en de ontwikkeling komt stil te liggen. Jaren vijftig: Door de sluiting van het Suezkanaal stagneert de olietoevoer naar Europa. De prijs van olie stijgt en dat geeft de ontwikkeling van windenergie een nieuwe impuls. Engeland, Frankrijk en Duitsland ontwikkelen grote windenergie met gestroomlijnde rotorbladen. In 1957 wordt in Duitsland de eerste windturbine met bladen van kunststof gebouwd. Twee jaar later bouwt een elektriciteits- bedrijf in Denemarken op de landtong bij Gedser een windturbine met een vermogen van 200 kilowatt. Jaren zestig: De olieprijs daalt opnieuw. Met mammoettankers wordt goedkope olie uit het Midden-Oosten aangevoerd. Windenergie kan de prijsslag niet aan. De ontwikkeling van windenergie komt opnieuw tot stilstand. Jaren zeventig: De oliecrisis van 1973 jaagt de olieprijzen weer omhoog. Windenergie komt wereldwijd in de belangstelling en zal dat nu blijven. Veel landen, waaronder Nederland, stellen programma’s op voor onderzoek en ontwikkeling van windenergie. Denemarken maakt een vliegende start. Deense fabrikanten specialiseren zich op de productie van turbines met een rotordiameter van rond de tien meter. De particuliere markt ontwikkelt zich snel onder invloed van aantrekkelijke subsidies en een goede prijs voor aan het net geleverde elektriciteit. Ook in Nederland wordt windenergie serieus genomen Jaren tachtig: De ontwikkeling van windenergie is niet meer gestopt, hoewel een oliecrisis, zoals die in 1973, niet meer is voorgenomen. Het belang van windenergie wordt nu vooral ingegeven door het grote milieuvoordeel ervan. Ook Nederland maakt zich op voor de toepassing van windenergie op grote schaal. Na jaren van onderzoek en ontwikkeling is de technologie zover ontwikkeld dat windturbines op een betrouwbare manier een deel van de elektriciteitsvoorziening voor hun rekening kunnen nemen.
Jaren negentig: Begin negentiger jaren wordt een nieuwe mijlpaal gepasseerd: in Nederland staan dan 500 windturbines met een totaal vermogen van honderd megawatt. De energiebedrijven komen met een investeringsplan voor de bouw van 250 megawatt windturbinevermogen. Besturen van provincies en gemeenten gaan de plaatsing van grote aantallen turbines in streek- en bestemmingsplannen voorbereiden. Ook de technische ontwikkeling van windturbines gaat door. Windturbines worden groter, stiller en technisch beter. De windturbine: Poldermolens voor het bemalen van polders zijn er in ons land niet veel meer. Waterpompen en maalmachines hebben een elektromotor. Die gebruikt geen wind, maar elektriciteit. Elektromotoren kun je ook gebruiken als het niet waait. Als het wel waait, kunnen we met windturbines elektriciteit maken. De windturbine op de foto is 46 meter hoog. De wieken moeten recht op de wind staan. Omdat de wind van richting kan veranderen, moet de molen steeds op de wind worden gezet. Dat doet een computer. De uiteinden van de wieken kunnen draaien. Als het hard waait remmen ze de wieken af. Bij een storm mogen de wieken niet te snel rondgaan want dan kunnen ze breken
Bij een oude molen kan de molenaar de stand van de wieken een beetje veranderen om de wieken met een goede snelheid rond te laten gaan. Hoe werkt een windturbine? Het belangrijkste onderdeel van een windturbine is het rotorblad; door de uitgekiende vorm van het blad wordt de energie van de langsstromende lucht omgezet in een draaiende beweging. De rotorbladen zitten vast aan de hoofdas of naaf, waarvan de draaiende beweging wordt versneld in een tandwielkast. De sneldraaiende, uitgaande as van de tandwielkast drijft op zijn beurt een generator aan die elektriciteit opwekt -vergelijkbaar met de werking van een fietsdynamo. Assen, tandwielkast en generator zijn ondergebracht in de gondel bovenop de mast. Tegenwoordig worden er ook windturbines geproduceerd zonder tandwielkasten. Deze direct drive turbines hebben speciale vermogenselektronica en een grote ringgenerator, die bij het relatief lage toerental van de rotor elektriciteit met de gewenste netfrequentie levert. De windvaan op de gondel meet de windrichting. Zodra de windrichting verandert, zorgt een kruimotor ervoor dat de gondel weer recht op de wind wordt gericht. Grootte De energieopbrengst neemt toe naarmate de rotordiameter toeneemt. Ook neemt de opbrengst toe naarmate de hoogte van de turbine toeneemt. "Hoge bomen vangen veel wind", luidt het gezegde en dat geldt ook voor windturbines. De grootte van een windturbine kan met behulp van verschillende kenmerkende afmetingen worden aangeduid. De rotordiameter is de middellijn van de cirkel die de uiteinden van de rotorbladen beschrijven. De ashoogte geeft de hoogte aan van de hoofdas ten opzichte van de grond. Ook het elektrisch generatorvermogen van de turbine wordt gebruikt om de grootte van de windturbine aan te duiden. De ontwikkeling is dat windturbines steeds groter worden. In 1988 was het vermogen van de gemiddelde windturbine nog zo'n 100 kilowatt met een rotordiameter van 20 meter en een ashoogte van 30 meter. Momenteel worden veel projecten gepland waarbij de turbine een vermogen heeft van rond de 1.500 kilowatt (= 1,5 megawatt). De bijbehorende rotordiameter is 60 tot 70 meter en de ashoogte kan oplopen tot wel 100 meter. Geluid Windturbines produceren geluid. De rotor maakt een zoevend geluid en ook de generator en de tandwielkast kunnen hoorbaar zijn. Zorgvuldig ontworpen rotorbladen, een niet al te hoog toerental en een goede geluidsisolatie van tandwielkast en generator zorgen voor beperking van de geluidsemissie. Door voldoende afstand tot woonbebouwing of andere geluidsgevoelige plaatsen te bewaren wordt geluidshinder voorkomen. Schaduw Als de zon schijnt veroorzaakt een draaiende rotor bewegende schaduwen. Bij een lage winterzon kan dat hinderlijk zijn wanneer die zogeheten slagschaduw bijvoorbeeld door een raam naar binnen in een woonkamer valt. Een juiste oriëntatie van windturbines ten opzichte van woningen is voldoende om dit probleem te voorkomen. Als per jaar slechts een klein aantal uren hinder van de schaduw wordt ondervonden, dan kan de windturbine op die momenten worden stilgezet zonder al te veel opbrengstverlies. Bij de vergunningverlening hanteren gemeenten een door VROM gegeven richtlijn. Hierin staat hoeveel geluid er aan de gevel van woningen maximaal is toegestaan. De locatie voor de windturbines moet dus zo gekozen worden, dat het maximum niet wordt overschreden. Een gemeente kan hogere maxima hanteren, wanneer een woongebied bijvoorbeeld vlak bij een drukke snelweg ligt. Die snelweg moet dan wel het geluid van de windturbines overstemmen. Niet alleen overdag, maar juist ook ‘s nachts. In de praktijk blijkt dat door een goede keuze en inrichting van de locatie en door de stille windturbines er weinig sprake van geluidhinder hoeft te zijn.
De veiligheid van de windturbines: De meeste landen kennen een veiligheidskeuring voor windturbines. In Nederland wordt elk nieuw type windturbines getest volgens de veiligheidsnorm NEN 6096/2. De keuring is gericht op een veilige en betrouwbare werking van een windturbine en wordt verricht door een erkend keuringsinstituut. Het windturbineontwerp wordt gecontroleerd op sterkte en constructie, elektrische veiligheid, bliksemafleiding en beveiliging tegen harde wind. Ook in de praktijk wordt de turbine getest. Onder verschillende omstandigheden worden remproeven uitgevoerd. De elektrische opbrengst wordt gemeten en er worden geluidsmetingen uitgevoerd. Als de turbine deze testprocedure goed doorstaat, geeft het keuringsinstituut een veiligheidscertificaat af. Vrijwel iedere gemeente in Nederland stelt dat certificaat als voorwaarde voor het afgeven van een bouwvergunning en hinderwetvergunning. Windturbines die zo in Nederland geplaatst worden, voldoen dus aan strenge veiligheidsnormen. Landschappelijke inpassing Windturbines zijn markante elementen in het landschap. Voor de inpassing kan bijvoorbeeld worden verkozen turbines in een lijnopstelling langs een dijk of vaart te plaatsen. Er wordt dan rekening gehouden met de lijnen in het landschap. Uit draagvlakmetingen is gebleken dat clusteropstellingen eerder worden geaccepteerd indien omwonenden duidelijk is geworden dat daarmee een grote opbrengst wordt gegenereerd. Of een windturbineopstelling uiteindelijk wel of niet mooi gevonden wordt, blijft een kwestie van smaak. De absolute hoogte van een windturbine in het landschap blijkt overigens moeilijk te schatten. Belangrijker voor de aanblik is de verhouding van ashoogte en rotordiameter en ook het toerental van de rotor; grotere rotoren draaien langzamer en worden daardoor als rustiger ervaren. Kosten Het prijskaartje van windenergie is erg afhankelijk van de locatie van de windturbines. Per locatie zijn het windaanbod en de kosten voor o.a. de aansluiting op het elektriciteitsnet verschillend. De gemiddelde investering voor een windturbineproject bedraagt tussen de ƒ 2000,- en ƒ 2500,- per kilowatt geïnstalleerd vermogen. Behalve voor de windturbine zelf zijn bij de investering kosten gemoeid voor o.a. de planontwikkeling, het bouwrijp maken van de locatie, de fundatie en de netaansluiting. Tijdens de exploitatie zijn o.a. kosten gemoeid met het gebruik van het elektriciteitsnet, onderhoud en verzekeringen. Opbrengst De elektriciteitsopbrengst hangt sterk af van de hoeveelheid wind op een locatie. Langs de kust heerst een hogere windsnelheid dan in het binnenland. En in een vlakke, weide poldergebied waait het harder dan boven een dicht bos. Een klein verschil in de gemiddelde windsnelheid veroorzaakt een groot verschil in de opbrengst. Om te voorkomen dat windturbines elkaars opbrengst beïnvloeden moeten ze dan ook op een bepaalde minimale afstand van elkaar staan: gemiddeld zesmaal de rotordiameter. Toch is het zo dat op een locatie van een gegeven grootte, een klein aantal grote windturbines meer opbrengst geeft dan een groot aantal kleinere windturbines. Vermogenskarakteristiek De elektriciteitsopbrengst hangt af van de grootte en het type van de turbine. Een grafiek die de opbrengst bepaalt is hierboven afgebeeld. Bij lage windsnelheden levert de turbine nog geen vermogen. Vanaf windkracht 2 (3 meter per seconde) begint de turbine te draaien en ongeveer bij windkracht 6 (12-13 meter per seconde) wordt het maximale vermogen van de turbine geleverd. Bij windsnelheden boven de 25 meter per seconde (windkracht 10) wordt de windturbine om overbelasting te voorkomen stilgezet. Op een goede locatie levert een gemiddelde turbine jaarlijks een elektriciteitsopbrengst van zeker 850 kilowattuur per vierkante meter rotoroppervlak. Om te vergelijken: een gemiddeld huishouden verbruikt jaarlijks 3250 kilowattuur elektriciteit. Als rotoroppervlak en generatorvermogen goed op elkaar zijn afgestemd, dan kun je aannemen als vuistregel: Aantal huishoudens stroom = 0,6 à 0,7 maal het generatorvermogen in kilowatten

Dus een 750 kW windturbine is goed voor het verbruik van zo'n 500 huishoudens. Beleid De overheidsdoelstelling is voorlopig gericht op een opgesteld vermogen van 1.500 megawatt op land. Zeven "windrijke" provincies zijn in 1991 inspanningsverplichtingen aangegaan met de Rijksoverheid om voldoende locaties beschikbaar te krijgen voor 1000 megawatt in 2000. Recenter zijn ook de andere provincies windenergiebeleid gaan ontwikkelen voor toepassing op enige schaal. Met windenergie moet ongeveer éénvijfde deel van de totale doelstelling voor duurzame energie in 2020voor elkaar worden gekregen. Een aanzienlijk vermogen aan windenergie zal op zee komen te staan. Voor het eerste windpark op zee is inmiddels een locatie gekozen. Groencertificaten Sinds 1 juli 2001 kunnen consumenten zelf kiezen bij welke leverancier ze hun groene elektriciteit kopen. Om hen de zekerheid te geven dat de elektriciteit daadwerkelijk duurzaam is opgewekt, is een systeem van groencertificaten geïntroduceerd. Producenten van groene elektriciteit, zoals exploitanten van windenergie, kunnen hun productie aanmelden bij de door de overheid aangewezen uitgifte-instantie, de Groencertificatenbeheer. De GCB geeft groencertificaten uit: elektronische documenten die aangeven dat een bepaalde hoeveelheid elektriciteit duurzaam geproduceerd is. De groenproducenten verkopen de groencertificaten aan stroomleveranciers, zoals energiebedrijven. Vergunningen Voor het plaatsen van windturbines is minimaal een bouwvergunning nodig;; afhankelijk van de omvang en aard van een gepland windenergieproject moet eerst een milieuvergunning worden aangevraagd. Gemeenten kunnen beide aanvragen tegelijk behandelen om tijd te besparen. Voor projecten kleiner dan 15 megawatt is, mits aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan, geen milieuvergunning nodig. Die voorwaarden staan beschreven in het Besluit voorzieningen en installaties milieubeheer. Bij windparken -groter dan 10 megawatt of meer dan tien turbines- geldt dat het bevoegd gezag (de overheid die met een ruimtelijk plan de plaatsing van de windturbines mogelijk maakt: gemeente of provincie) een beoordeling maakt of een milieueffectrapportage noodzakelijk is. In de eventueel uit te voeren m.e.r. worden voor- en nadelen van het windpark afgewogen tegen mogelijke alternatieven. De grens voor de m.e.r.-beoordelingsplicht zal door het ministerie van VROM worden opgetrokken naar 15 megawatt. De gemeenten zijn door de wet en binnen beleidskaders van de provincie bevoegd een eigen beleid te voeren. Het beleid ten aanzien van het afgeven van vergunningen en de criteria die men daarvoor hanteert, verschillen dus per gemeente. Naast de benodigde bouw- en (soms) milieuvergunning kan op veel plaatsen een 'verklaring van geen bezwaar' ontheffing of vergunning van andere (semi-)overheden of instanties nodig zijn. Zo is Rijkswaterstaat de toetsende instantie bij plaatsing langs snel- of waterwegen en het ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij bij plaatsing in of bij natuurgebieden- voorzover provinciaal beleid dat toelaat. Vliegvelden, spoorlijnen en gebieden met gas- en pijpleidingen zijn voorbeelden van andere plaatsen waar mogelijk ontheffingen van de beherende instanties nodig zijn. BRONVERMELDING · Mens en wetenschap (magazine) · Encarta 1999 · www.essent.nl · http://home.tiscali.nl/~dschafer/ · http://www.digischool.nl/anw/index.html · http://www.zon-pv.nl/