Turbines worden steeds groter. Een van de redenen hiervoor is omdat grotere windturbines meer elektriciteit produceren.
De opwek van elektriciteit hangt namelijk af van verschillende factoren. Dit zijn onder andere:
- De lengte van de wieken, ook wel de rotordiameter genoemd
- De windsnelheid
- De generator die in de windturbine zit
De lengte van de wieken
Binnen dit vakgebied wordt wel vaker gezegd: ‘De rotor is de motor’. Dit grijpt terug op het feit dat de rotorbladen van de windturbine de generator aandrijven. Oftewel ‘de motor’ wordt door de rotor (alle rotorbladen tezamen) aan het draaien gebracht en brengt een elektrische stroom op gang. En hoe groter deze rotor is des te meer vermogen er uit de langs vliegende lucht gehaald kan worden en kan worden omgezet in elektriciteit. Dit totale vermogen loopt evenredig met het oppervlak (in m2) wat deze rotor omsluit. Dus elke vierkante meter aan extra oppervlak zorgt voor een vergroting van het totaalvermogen.
En dat aantal stijgt hard wanneer je bij een toch al grote rotor een aantal meter toevoegt aan de lengte van de rotorbladen (voor de liefhebbers – dit effect werkt kwadratisch door). Als voorbeeld: Verandert de rotordiameter van 150 meter naar 165 meter, dus 10% erboven op, dan wordt het rotoroppervlak en het rotorvermogen met 21% vergroot. En een verdubbeling van de rotordiameter zorgt hiermee zelfs voor een verviervoudiging van het vermogen!
De windsnelheid
De wind zorgt ervoor dat de wieken gaan draaien, en dat de generator elektriciteit produceert. Logischerwijs zit er meer kracht in de wind wanneer het harder waait. De lucht beweegt sneller en wanneer het tegen iets aanbotst is het resultaat vaak merkbaar, denk aan de beweging van bomen in de wind. Maar de mate van krachtvermeerdering in de sneller stromende lucht is een bijzondere. Deze is namelijk exponentieel (tot de 3e macht). Dit betekent dat wanneer de windsnelheid bijvoorbeeld slechts 10% toeneemt, de kracht en het vermogen in de wind met maar liefst 33% toeneemt. Een belangrijke reden waarom de windturbine op steeds hogere torens wordt gebouwd is omdat het daar harder waait. Dit komt doordat de wind op grotere hoogtes minder wordt afgeremd door ruwheid en obstakels aan het aardoppervlak. En hier wordt door ontwikkelaars van windparken vaak goed naar gekeken en op aangestuurd. Om de windturbine op een plek te kunnen bouwen met voldoende ongestoorde wind en dus veel stroomproductie, dus de hoogte in.
In de Ondernemingspolder geldt dat de windsnelheid op 100 meter gemiddeld 7,3 meter per seconde is. Op 150 meter hoogte is de windsnelheid al toegenomen naar 8,06 meter per seconde en op 200 meter is de windsnelheid 8,63 meter per seconde. Deze windsnelheden zijn gebaseerd op openbare data welke hier te bekijken zijn. Via deze online tool kan je op alle plekken in Nederland de windsnelheid bekijken op zelf in te stellen hoogtes.
De generator
De generator bepaalt hoeveel van het vermogen in de wind werkelijk kan worden omgezet in elektriciteit. Wanneer het flink waait, vanaf windkracht 6, bereiken veel windturbines hun maximale generatorvermogen en wordt er dus maximaal stroom gegenereerd. Op windrijke locaties in Nederland wordt deze windsnelheid op ashoogte redelijk frequent bereikt en wordt er voor een aanzienlijk deel van de draaitijd van de windturbine zogenaamde ‘vollast’ geproduceerd. Hoe hoger dan het generatorvermogen is, hoe meer nuttig vermogen uit de wind omgezet wordt in elektriciteit. In de windturbinemodellen die momenteel door de fabrikanten worden aangeboden, zie je daarom ook dat met het toenemen van de rotordiameters ook het generatorvermogen steeds groter wordt om de door de rotor afgevangen wind zo efficiënt mogelijk om te zetten in bruikbare stroom.
Maar waarom moeten we de energieopbrengst per windturbine verhogen?
Hierboven is uitgelegd hoe het komt dat grotere windturbines meer elektriciteit produceren en dat de toename in elektriciteitsproductie groter is dan de toename in hoogte. Hiermee kan er geconcludeerd worden dat een grotere windturbine efficiënter is dan een kleinere windturbine.
Omdat grotere windturbines efficiënter zijn, en technologische ontwikkelingen het mogelijk maken om steeds grotere windturbines te realiseren met hogere torens en langere wieken, is het er een trend dat windturbine producenten steeds grotere windturbines produceren, en juist de kleinere varianten niet meer maken. Het aantal beschikbare windturbinetypes binnen de lagere tiphoogtecategorieën is daarmee de afgelopen jaren sterk afgenomen.
Deze ‘trend’ wordt niet alleen bepaald door de windturbineproducenten, maar komt voort uit een wisselwerking tussen het beleid van de overheid, rendementen die ontwikkelaars minimaal willen behalen en reactie van de windturbine producenten hierop die steeds meer technische mogelijkheden hebben om windturbines efficiënter te maken.
Vanuit de bevolking van Nederland komt al jaren de roep dat er te veel subsidie naar windprojecten gaat. De politiek reageert op dit geluid door elk jaar de subsidie die windturbines ontvangen verder terug te schroeven. Ontwikkelaars van windturbine projecten móeten dan uitwijken naar efficiëntere (en dus grotere) windturbines omdat ze anders geen rendabel project hebben. Turbinefabrikanten zien deze ontwikkeling en reageren hierop door steeds minder te ontwikkelen en investeren in windturbines met kleinere afmetingen en vermogens. Vaak gaan deze “kleinere” windturbines (met een tiphoogte tot 150 meter) helemaal uit het aanbod terwijl ondertussen er nieuwere en grotere windturbines ontwikkeld worden. Met de alsmaar dalende subsidie, zullen ontwikkelaars voor windturbines kiezen die ondanks de steeds lagere subsidiebedragen nog steeds tot een haalbaar project leiden.
De efficiëntieslag van de windturbines is niet alleen negatief. Met efficiëntere windturbines zijn er in totaal minder windturbines nodig om toch nog de voldoen aan de klimaatdoelen.
Verschillen tussen grote en kleinere turbines
- Hoe groter de windturbine, hoe groter de afstand is waarop windturbines zichtbaar zijn.
- Vanaf dichtbij is de hoogte echter niet meer goed in te schatten.
- Grotere windturbines draaien trager dan kleinere windturbines. Hierdoor zorgen grotere windturbines voor een rustiger beeld. Het draaien van grote en kleine windturbines kan vergeleken worden en een kinderfiets die naast een volwassenfiets fietst; hierbij maakt een kinderfiets ook veel meer omwentelingen.
- De slagschaduw van grotere windturbines reikt verder. Hierdoor zal er over een grotere afstand slagschaduw ervaren worden. Echter zijn er technische mogelijkheden om de slagschaduw te beperken tot de afgesproken hoeveelheid. Hierover staat meer op de pagina slagschaduw.
- Grotere windturbines produceren niet per se meer geluid dan kleinere windturbines. De afgelopen jaren is er veel geïnvesteerd in de ontwikkeling van moderne, stillere windturbines. Bovendien moet er ten alle tijden aan de geluidnormen worden voldaan, ongeacht het aantal en de hoogte van de windturbines.
- Met grotere windturbines zijn er in totaal minder windturbines nodig om aan dezelfde duurzame ambities te voldoen.
- Grotere windturbines hebben een hogere energieopbrengst. Vanuit het perspectief van financiële participatie betekend dit dat er meer voordelen zijn voor de omgeving. Voor dit project is het ook mogelijk om financieel te participeren. Hierover kan je meer lezen op de pagina Participatie.
