Pagina voor groene windenergie, zie ook algemene waarnemingen voor de wind en weetjes over de wind.

Net als voor de zonnenergie trachten we hier de opbrengst uit windenergie te bepalen.

Windenergie is een van de oudste hernieuwbare energiebronnen die door de mensheid geëxploiteerd werden. In het oude Egypte was wind de drijvende kracht voor het goederentransport over de Nijl, en in het Perzië van ca. 200 voor Christus werden voor het eerst windmolens met verticale as gebruikt voor het malen van graan. In Europa werden de graanmolens geïntroduceerd vanuit het huidige Frans-Vlaanderen. De eerste vermeldingen dateren uit het midden van de 12e eeuw; ze stonden er dus wellicht al in de 11e eeuw.

Het 'verkeerslicht' naast de windmolen bovenaan elke pagina geeft de status van de beschikbare windenergie en ernaast van de zonneenergie. Zwart = voldoende startwind voor onze voorbeeldmolen (2200kWh), geel- voldoende rendement (5700kWh) en groen = hoog rendement (11800kWh), rood = er wordt geen vermogen opgewekt door de turbine. 

Bij de huidige windsnelheid van 3.14 m/s is het opgewekt vermogen van de Skystream molen 34Watt

Over windenergie omzetten naar elektrische energie valt heel wat te vertellen. We kunnen starten met een beetje theorie, met het bepalen van de energie van de wind in Moerzeke. We gebruiken meteen de door ons station gemeten waarden ρ en v. Ook de gemiddelde windsnelheid op 10m hoogte over 1 jaar is een belangrijk gegeven zoals verder zal blijken.

Vermogen in Watt van wind op een opp van 1m² vandaag zondag 10 april 15:21

Wind ontstaat door verplaatsing van lucht met een bepaalde snelheid (v = 3.14m/s). Lucht bestaat uit molecules met een zeker massa (m). Elk bewegend object heeft kinetische energie (Ek in joules). Dit alles met de formule (Newton):

  • Ek = 0,5mv²
  • De massa per seconde van de verplaatste lucht met dichtheid ρ = 1.23Kg/m³ is:

  • massa/sec (kg/s) = oppervlakte (m²) x dichtheid (kg/m3) x snelheid (m/s)

  • Het vermogen P krijgen we door de massa m te vervangen door massa/sec

  • vermogen = 0.5 x oppervlakte (m²) x dichtheid (kg/m3) x snelheid³ (m/s)
  • P = 0.5 x opp x ρ x v³
  • P = 0,5 x 1 x 1.23 x 3.14³
  • P = 0 Watt
  •  Dit is de geleverde energie van de wind op dit ogenblik in Moerzeke.

    Een voorbeeld:

    Een windmolen met wieken met diameter van 126m draaien over een opp = PI x (diameter/2)² = 12470 m² en levert volgens de fabrikant een vermogen van 5MW bij 14m/s windsnelheid.

    Uit onze formule:

    • P = 0.5 x 12470 x 1.23 x 14³
    • P = 21MW

    stellen we vast dat het vermogen vier maal groter zou moeten zijn.

    Dit is te wijten aan het rendement dat kleiner is door efficiëntie verlies en de Betz Limiet Tooltip. Volgens deze wet kan een windturbine nooit meer dan 59,3% energie uit het windvermogen onttrekken (vermogencoëfficiënt Cp). Het maximum asvermogen is
    P = P x Cp of P x 0,593 of P = 12.453MW

    Windturbines

    De verklaring is dat mocht al de wind omgezet worden in vermogen, het achter de turbine windstil zou zijn, wat het systeem doet vast lopen. Er moet altijd een zekere windrest blijven. Door complexe berekening komt men aan dit coëfficiënt.

    Uit ons voorbeeld blijkt verder dat de efficiëntie 40% is van het bereikbaar vermogen (normaal tussen 35 & 45%).

    Uit de formule concluderen we wel dat het geleverde vermogen van onze molen recht evenredig is met de grote van de wieken of een ander systeem dat de wind opvangt en tot de derde macht van de windsnelheid, verdubbelen van de windsnelheid geeft acht maar meer vermogen


    Windenergie voor particulieren volgens de website vlaanderen.be

    Windenergie is de elektrische energie die een windturbine uit wind kan maken. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen kleine, middelgrote en grootschalige windturbines.

    Kleine windturbines voor particulieren bestaan, maar voor gezinnen zijn ze pas zinvol als de plaatselijke windkracht groot genoeg is. Zo mogen er in de omgeving weinig tot geen gebouwen, bomen of heuvels staan die de wind belemmeren.

    Kleine windturbines hebben een maximale ashoogte van 15 m, gemeten vanaf de voet van de windturbine. Vandaag zijn er kleine windturbines van het wiektype (een as met draaiende wieken) en verticale asturbines met open of gesloten rotorbladen op de markt.

    De rendabiliteit van kleine windturbines is beperkt, omdat Vlaanderen maar een klein windaanbod heeft op een hoogte van 10 à 15 meter.

    In de meeste gevallen wordt een kleine windturbine aan het elektriciteitsnet gekoppeld. Om de 12 tot 48 volt van een kleine windturbine om te zetten naar 230 Volt met een frequentie van 50 Hertz wordt een zogenaamde omvormer, ook wel invertor toegepast. Een kleine windturbine wordt achter de meter geplaatst, hierdoor wordt eerst aan het pand geleverd. Het overige wordt aan het openbare elektriciteitnet teruggeleverd.

    Middelgrote windturbines hebben een ashoogte groter dan 15 meter en een maximaal vermogen van 300 kW. Is het vermogen groter dan 300 kW, dan spreken we over grootschalige windturbines.

    Middelgrote windturbines zijn qua structuur sterk te vergelijken met de klassieke grootschalige windturbines. Deze turbines kunnen een betekenisvolle bijdrage leveren aan de openbare elektriciteitsproductie en kunnen een oplossing bieden waar grootschalige windenergie niet tot de mogelijkheden behoren.

    Subsidies

    Wie windenergie produceert, krijgt van de Vlaamse overheid subsidies. Per 1.000 kWh opgewekte energie kan u een groenestroomcertificaat aanvragen bij de VREG.

    • Dit certificaat heeft vanaf 1 januari 2010 een minimumwaarde van 90 euro.
    • U kan deze groenestroomcertificaten krijgen gedurende 10 jaar.
    Vergunningen

    Voor elke windturbine is een stedenbouwkundige vergunning nodig. De gemeente zal daarvoor steeds de visuele impact, de geluidsnormen en de voorschriften voor ruimtelijke ordening aftoetsen.

    Van zodra het gezamenlijke vermogen van de windturbines de grens van 300 kW overschrijdt, is naast de stedenbouwkundige vergunning ook een milieuvergunning vereist.


    Kleine windturbines voor particulieren.

    In Nederland is in 2007 een testveld opgezet voor deze 11 van deze turbines. Na een aanloopperiode werden van april 2008 tot april 2009 metingen uitgevoerd, de resultaten staan in twee rapporten, men kan ze hier downloaden: Meetresultaten Meetresultaten (388k) en Meetresultaten Evaluatie meetresultaten (3,2M)

    Windturbines

    Verwachte energieopbrengst van een kleine windturbine

    Kengetal Waarde Power Weibull
    efficiency omzetting windenergie
    -> elektrische energie: n 
     0,3
    Start windsnelheid windturbine: vci   3 m/s
    Windsnelheid bij maximaal vermogen windturbine: vr   12 m/s
    Uit bedrijf windsnelheid windturbine: vco   22 m/s

    We nemen daartoe een standaard vermogen / windsnelheid-curve ofwel PV-curve aan voor een turbine met rotorbladen van 1 m²

    Onze formule kunnen we ook schrijven als volgt:

  • P = 0.5 x n x ρ x v³
  • waarnin n de efficiency van de omzetting van windenergie in elektrische energie, ρ de dichtheid van lucht en v de windsnelheid.

    De stippellijn is de Weibull verdeling met vormparameter k=1.6 bij een gemiddelde windsnelheid van 3,8 m/s. Horizontaal is de windsnelheid uitgezet en vertikaal is de frequentie van die windsnelheid (in andere woorden: het aantal keren dat een windsnelheid is voorgekomen) uitgezet.

    Opmerking: dat de uurgemiddelde windsnelheid tijdens het testjaar gedurende ongeveer 50% van de tijd lager was dan 3 m/s (10,8 km/h), of in andere woorden 50% van de tijd was de uurgemiddelde windsnelheid lager dan de startsnelheid van de meeste windturbines. Zo'n 50% van de tijd leveren de meeste kleine windturbines dus geen energie!

    Rekening houdend mat al deze parameters is de Energieopbrengst [kWh/jaar.m2] = 212

    Dit zijn de parameters voor het (gunstig gelegen) testveld in Nederland, blijft dus eerst om dezelfde parameters naar de situatie in Moerzeke om te zetten.

    Uit de metingen kwamen twee modellen naar voor met vergelijkbare baten/kosten tov zonnecellen.

    Skystream

    Skystream

    Fortis Montana

    Montana

    Leverancier: Aquasolar (Belgie)
    Website: www.aquasolar.be
    Fabrikant: Southwest Windpower
    Website: www.skystreamenergy.com
    Rotordiameter: 3,7 meter
    Vermogen bij 13 m/s: 2,4 kW
    (P = 0,5 x 3,7 x 1.23 x 13³ = 5 kW)
    Productie bij 3,7 m/s: 2100 kWh

    Prijs: 11 000€

    Leverancier: Fortis Wind Energy
    Fabrikant: Fortis Wind Energy
    Website: www.fortiswindenergy.com
    Rotordiameter: 3,12 meter
    Vermogen bij 16 m/s: 1,4 kW
    Productie bij 3,7 m/s: 600 kWh

    Prijs: 18 500

     

    Energieproductie van de Skystream 

    Er is voldoende startwind vanaf 4m/s (2200 kWh / jaar - zwart licht), voldoende rendement vanaf 5,5m/s (5700 kWh / jaar - geel licht) en geeft een hoog rendement vanaf 7m/s (11800 kWh / jaar - groen licht).

    Bij rood licht is er geen opbrengst.

    Dit zijn indicatieve waarden, we doen de komende maanden metingen om ze eventeueel te corrigeren.

    skystream Energie

    Conclusie:

    Er moeten nog heel wat metingen gedaan worden om bovenstande theorie te bevestigen.
    Het gekozen voorbeeld, de Skystream zou enzelfde rendement kunnen hebben als zonnepanelen, of toch dicht in de buurt komen.
    Men praat al snel van 12 tot 15 jaar terugverdientijd op de investering, het lijkt ook zinnig om de onderhouds- herstellingskosten te onderzoeken. Het kan dat na deze periode de windturbinne aan vervanging toe is. De technologie zal in die mate vorderen dat dit misschien reeds na 10 jaar opportuun zal zijn. De mast en andere infrastructuur zullen het wellicht langer houden, daarin kan men dan ook niet bezuinigen.

    Uit de afbeelding kunnen we afleiden dat de windsnelheid toeneemt met de hoogte. Bij 5.35m/s op 10m hebben we 5.7m/s op 15m en 6.1m/s op 20m

    Windsnelheid versus hoogte

    Testen ivm de beschikbare wind kunnen aantonen dat slechts 50% van de tijd voldoende wind beschikbaar is. Omgekeerd kan men ook zeggen dat gedurende 50% van de tijd wel voldoende wind is wat van zonneenergie zeker niet kan gezegd worden.

    Rechts de gemiddelde windsnelheid in Ukkel, gemeten over dertig jaar, de rode lijn geeft 3.7m/s wind, in Ukkel zouden de kondities dus nog slechter zijn, het moet gezegd dat deze metingen op 10m hoogte gebeuren, een toren van 15m hoort tot de mogelijkheden (+6.5% meer wind), we meten daar de donkergroene grafiek.

    Januari 2012 start in elk geval erg winderig...