Nieuw onderzoek wijst uit dat de “schaduw” van een grote verzameling windturbines veel groter is dan gedacht. Windturbines en windparken “stelen” wind van elkaar. Vlak achter een offshore windpark is de windsnelheid maar liefst 40 procent lager dan vlak ervoor en het vraagt honderden kilometers eer de wind weer op hetzelfde niveau zit. De Nederlandse onderzoeker Arno Brand wijst erop dat windmolenparken te dicht op elkaar worden gebouwd en waarschuwt bovendien voor internationale conflicten. Moet het eeuwenoude “windrecht”, dat molenaars in de Middeleeuwen een garantie bood op wind, opnieuw van stal worden gehaald? (foto)
——————————————————————————————————–
|
// http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js // http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js |
——————————————————————————————————–
Grootschalige offshore windturbineparken worden vaak naar voren geschoven als dè manier om een duurzame energieproductie uit te bouwen. De Nederlandse overheid plant tegen 2020 windturbines in de Noordzee met een gezamenlijke capaciteit van 6.000 megawatt, en het vorig jaar gelanceerde “Masterplan Zeekracht” wil zelfs één derde van de Noordzee vol zetten met windturbines. Het voordeel van “offshore” windparken is dat windturbines in open zee meer wind kunnen oogsten dan op land. Op zee waait het harder en zijn er geen obstakels die de wind tegenhouden of turbulentie veroorzaken. Maar dat laatste klopt niet echt, zo blijkt uit een onderzoek van het Energie Centrum Nederland (persbericht, samenvatting, volledige studie). Het probleem is dat windturbines en windparken wind stelen van elkaar.
In de schaduw van de wind
Onderzoeker Arno Brand ontwikkelde een wiskundig model dat de impact van een windpark op de windsnelheid in de zone erachter gedetailleerd in kaart brengt. Het gaat om een verfijning van eerdere internationaal uitgewerkte modellen – het bestuderen van windschaduw is een jonge wetenschap. Een erg ingewikkelde wetenschap, bovendien (zie bijvoorbeeld de formule hieronder, die slechts een deel vormt van het hele model).
Als uitgangspunt werd een hypothetisch windpark met een vermogen van 5 megawatt (MW) per vierkante kilometer genomen. In totaal gaat het om 22 windturbines met een rotordiameter van 100 meter en een capaciteit van 5 MW – dus één turbine per vierkante kilometer. De resultaten van het model, die konden worden gevalideerd dankzij metingen in bestaande offshore windparken, zijn opmerkelijk.
Muur van windturbines
Vlak na het windpark is de windsnelheid – bij de heersende windrichting – maar liefst 40 procent lager dan vlak ervoor. Het windpark “steelt” dus bijna de helft van de aanwezige energie in de wind. Als de windturbines verder uit elkaar worden geplaatst, bijvoorbeeld op een onderlinge afstand van 1.400 meter (14 rotorlengtes), “steelt” het park uiteraard minder wind: slechts 6 procent in dit geval. Maar dan gaat de energie-opbrengst van het windpark flink omlaag.
(Bron illustratie, pdf)
Worden de turbines dichter bij elkaar geplaatst, bijvoorbeeld op een onderlinge afstand van 500 meter (5 rotorlengtes), dan neemt de windschaduw toe: tot 100 procent in dit geval, wat dus betekent dat er vlak achter het windpark geen wind meer is. In dit geval heeft een windpark dus hetzelfde effect als een muur op zee.
——————————————————————————————————–
Als windturbines dichter bij elkaar worden geplaatst, kan het windpark tot 100 procent van de windkracht stelen – hetzelfde effect als een muur op zee
——————————————————————————————————–
Afhankelijk van de windsnelheid is er een afstand van enkele honderden tot meer dan duizend kilometer nodig alvorens de windsnelheid terug op hetzelfde niveau zit (=99 procent van de oorspronkelijke windsnelheid, de “velocity recovery distance“). Bij een windsnelheid van 6 meter per seconde is die afstand 178 kilometer, bij een windsnelheid van 8 meter per seconde 554 tot 1047 kilometer en bij een windsnelheid van 10 meter per seconde 90 tot 832 kilometer.
Individuele windparken groter maken of meer windturbines in een windpark plaatsen, lost het probleem niet op. In beide gevallen veroorzaakt het windpark een langere windschaduw. Windturbines in grotere parken stelen bovendien meer wind van elkaar, tenzij de onderlinge afstanden toenemen. Uit eerdere onderzoeken bleek al dat de achterste rij windturbines in een windpark 5 tot 40 procent minder vermogen kan opleveren dan de eerste rij (zie bv. hier en hier, pdf).
Windparken staan te dicht op elkaar
Volgens Brand is het echter niet nodig om windparken honderden kilometers uit elkaar te plaatsen. “Als veilige afstand – veilig in de zin dat ze niet al te veel merken van elkaars windschaduw – moet je denken aan tien tot dertig kilometer”. Brand legt de grens op een halve meter per seconde minder windsnelheid (bij een gemiddelde windsnelheid van 10 meter per seconde op 90 meter hoogte).
Een afname van 0,5 meter per seconde lijkt weinig, maar de energie in wind is evenredig met de derde macht van de windsnelheid. Als een turbine het moet doen met 9,5 in plaats van 10 meter per seconde, is het energieverlies dus al 14 procent. Over de gehele levensduur van het park loopt dat aardig op. Een verminderde energie-opbrengst is bovendien niet het enige hinderlijke gevolg van windschaduw: door de veroorzaakte turbulentie neemt ook de mechanische belasting op de rotors toe, waardoor die sneller stuk gaan.
——————————————————————————————————–
Om het energieverlies aanvaardbaar te maken, moeten windparken op een onderlinge afstand van minstens 10 tot 30 kilometer worden geplaatst
——————————————————————————————————–
Brand vergeleek zijn resultaten met de lopende aanvragen voor nieuwe windparken in de Noordzee en kwam tot de conclusie dat die te dicht bij elkaar worden gezet. De reden daarvoor is dat de meest winstgevende plek voor een windpark – de kustzone van de Randstad – grotendeels in beslag wordt genomen door scheepvaartroutes (zie tekening hieronder). “Uitgaande van die beperkte ruimte werden locaties voor windparken aangewezen zonder rekening te houden met eventuele onderlinge windhinder”, stelt Brand vast. “Begrijpelijk, want goede wiskundige modellen bestonden tot voor kort niet”.
Ook bestaande windparken liggen al erg dicht bij elkaar. In Nederland liggen het Offshore Windpark Egmond aan Zee (OWEZ) en het Prinses Amalia windpark op 15 kilometer van elkaar, in Denemarken zijn Horns Rev I en Horns Rev II slechts 23 kilometer van elkaar verwijderd.
Oorlog om windenergie?
De Noordzee is groot genoeg, en dus lijkt het probleem makkelijk oplosbaar door windparken verder uit de kust te bouwen, op een grotere onderlinge afstand. Zo werkt het Energie Centrum Nederland (samen met TU Delft, RWE Offshore Wind, TenneT en Eneco) aan project FLOW (Far and Large Offshore Wind), dat in 2013 moet uitmonden in een klein demonstratiepark in 35 meter diep water, 75 kilometer uit de kust. Die aanpak roept echter nieuwe problemen op. Ten eerste is de bouw van windparken in dieper water een stuk duurder, en ten tweede gaat er meer energie verloren tijdens het transport van de elektriciteit (zie het artikel “Honderd procent groene stroom?“).
——————————————————————————————————–
De geplande windparken voor de Engelse kust zullen aanzienlijke windschaduwen leggen over de geplande offshore windparken voor de Nederlandse kust
——————————————————————————————————–
Bovendien lijken Nederlandse windparken ver uit de kust niet compatibel met, bijvoorbeeld, Engelse windparken ver uit de kust. De Britten hebben al plannen voor drie gigantische windparken in water van 60 meter diep, langs de westelijke grens van het Nederlandse Noordzeegebied: Doggersbank, Hornsea en Norfolk. Samen moeten ze 20 gigawatt gaan leveren en de bouw is gepland voor 2014.
Windrecht
Volgens het ECN worden vooral Norfolk (westelijk van de Randstad) en Doggersbank zo groot dat ze aanzienlijke windschaduwen zullen leggen over de belangrijkste Nederlandse zones. Misschien, zo stelt ECN, is het tijd voor een internationele versie van het oude windrecht, dat molenaars in vroeger eeuwen beschermde tegen windbelemmerende nieuwbouw (waaronder andere windmolens) in de buurt van hun molens.
Onze afhankelijkheid van olie, gas en uranium is een belangrijke oorzaak van internationale spanningen en conflicten. Maar het lijkt erop dat windenergie op dat vlak niet meteen veel beter zal scoren. Windenergie maakt momenteel nog maar een erg klein deel uit van de energieproductie, maar de ambities zijn groot en dus zullen er op termijn zonder twijfel internationale conflicten ontstaan, zowel op zee als op land.
Burenruzie’s
Soortgelijke confllicten stellen zich overigens ook op veel kleinere schaal, net zoals in de Middeleeuwen, en niet alleen met windturbines maar ook met zonnepanelen. Als de bomen van de buurman zodanig gegroeid zijn dat ze een schaduw werpen over je zonnepanelen, wat moet er dan aan geloven? De boom of het zonnepaneel?
——————————————————————————————————–
Hoeveel wind kunnen we “stelen” zonder het klimaat te beïnvloeden?
——————————————————————————————————–
Ook doet het onderzoek de vraag rijzen hoeveel wind we kunnen “stelen” zonder het klimaat te beïnvloeden. Een voorbarige vraag wellicht, maar wel een erg belangrijke: winden spelen net als oceaanstromingen een essentiële rol in de regeling van het klimaat op aarde.
Een onderzoek uit 2004 kwam tot de conclusie dat een grootschalige inzet van windturbines een aanzienlijke invloed kan hebben op lokale weersomstandigheden en zelfs op het globale klimaat. De onderzoekers (die waarschuwen dat hun model verre van perfect is) stellen dat die effecten veel kleiner zijn dan die van de verbranding van fossiele brandstoffen, en dat windenergie dus hoe dan ook een betere optie is. Maar dan moeten windturbines natuurlijk wel fossiele brandstoffen vervangen, terwijl we nu bezig zijn beide energiebronnen te combineren.
Theorie en praktijk
Dit zijn allemaal geen redenen om windenergie af te schrijven – we moeten een overstap maken naar duurzame energie, want er is geen alternatief. Wel tonen deze onderzoeken aan dat duurzame energiebronnen niet de ideale oplossing zijn waar ze vaak voor worden gehouden. Er wordt nogal vlug beweerd dat het potentieel van duurzame energie zo groot is dat het makkelijk de bestaande energieconsumptie kan opvangen (iets waar ook Lowtech Magazine zich in het verleden aan heeft bezondigd). Dat klopt in theorie, maar niet in praktijk. Overschakelen naar duurzame energie zonder tegelijk de energieconsumptie drastisch terug te schroeven, is wellicht een illusie.
© Kris De Decker
|
// http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js |
Verwante artikels:
- Windenergie kan slechts fractie van wereldwijde energieverbruik leveren – nieuw onderzoek toont dat een grootschalige inzet van windenergie een ingrijpende invloed zou hebben op het klimaat
- Honderd procent groene stroom: een wereldwijd netwerk van duurzame energie
- Hernieuwbare energie op grote schaal is illusie: we zijn te laat begonnen
- Zo lossen we de energiecrisis (nooit) op: belangrijker dan wat we doen, is wat we niet doen
- Europeanen vervuilen vooral in het buitenland
- Hoeveel olie kost de productie van olie? netto energie analyse
- Moeten we het energieverbruik rantsoeneren?
- Microwindturbines: 40 machines getest
- Zwevende windturbines: energie uit de wolken?
- De geschiedenis (en toekomst?) van de industriële windmolen
- De Energy Ball: veel geld voor weinig energie
- Onderwaterturbines: energie uit de golfstroom
- Bouw je eigen windmolen: de Windbelt en andere bouwplannen
- Alle artikels over energie
www.lowtechmagazine.be 
Geef een reactie op Renaat Reactie annuleren