Windturbine

Een windturbine is een turbine die de energie van de wind omzet in elektriciteit door middel van een generator. Moderne windturbines onderscheiden zich hiermee van traditionele windmolens, die direct gebruik maken van de mechanische energie om bijvoorbeeld graan te malen (korenmolen) of water te pompen (poldermolen). Windturbines worden vaak toegepast in windmolenparken.

Windturbines op de rechter havendam in Zeebrugge
Een van de vier windturbines (2005) uit Lanaken industriepark
Windturbines in opbouw voor het windmolenpark voor de Noord-Hollandse kust
Opbouw windturbine te ArcelorMittal Gent
Windturbines langs het Boudewijnkanaal in Brugge
Windmolen met genummerde onderdelen
Tonmolen met verticale as te Paasloo. Deze molen wordt gebruikt om een waterpomp aan te drijven, maar met hetzelfde principe kan een generator aangedreven worden.
Onderdelen van een windturbine

Indeling en vermogen

Windturbines kunnen naargelang de bouw en het geleverde vermogen ingedeeld worden volgens grootte:[1]

  • kleine windturbines, soms ook mini-windturbines genoemd: maximaal 15m masthoogte (hier gemeten vanaf het maaiveld waarop de windturbine wordt geplaatst), en een vermogen van 0,5 tot 10 kW (kilowatt)
  • middelgrote windturbines: vanaf 15 m masthoogte en een vermogen van 10 tot maximaal 300kW[2]
  • grote windturbines: vermogen groter dan 300 kW; moderne windturbines halen vermogens tot 12 MW (megawatt).

Horizontale of verticale as

De twee hoofdtypes windturbine zijn de horizontale-asturbine en de verticale-asturbine. Windturbines met een horizontale as worden wereldwijd het meest toegepast. Verticale-aswindturbines (VAWT) zijn onafhankelijk van de windrichting. Voor toepassing in bebouwde omgeving of op gebouwen zijn verticale-asturbines zeer geschikt.

Onderdelen van een windturbine

Een windturbine bestaat uit een fundering, een mast, een gondel met daarin de feitelijke turbine en ten slotte wieken.

Fundering

Een windturbine moet goed verankerd worden met de grond waarop hij staat. Op land wordt uit kostenoverweging vaak een ondiepe fundering gebruikt. De fundering is gemaakt van beton, en is voorzien van doorvoeren waar de elektriciteitskabel door heen kan.

Bij offshorewindparken zijn er drie gangbare funderingstypen, een driebenige voet (tripod), een bucket fundament of een rechte mast (monopile). Er wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om windmolens met drijflichamen te maken waarbij geen directe verankering meer is met de zeebodem. Hierdoor zou plaatsing van windmolens in dieper water mogelijk worden. Deze zijn echter nog in de testfase.

Omdat moderne windturbines groter zijn dan oudere versies is het (nog) niet mogelijk om de fundering daarvan te gebruiken voor nieuwe windturbines.

Mast

Een mast van een windmolen moet veel belasting kunnen verdragen. Groter nog dan de belasting van de gondel, generator en bladen is de windbelasting die de mast te verduren krijgt. Daarom is de regel: hoe hoger de mast, hoe breder de voet. De ashoogte van windturbine is met de jaren ook sterk gestegen. Waren de windturbines rond 1980 ongeveer 15 meter hoog, midden jaren 1990 hadden ze al een hoogte van 50 meter. Tegenwoordig zijn windturbines gemiddeld 100 meter hoog. De verwachting is dat de windmolens in de toekomst gemiddeld een ashoogte hebben van 150 tot 200 meter hoog.[3]

De mast kan gemaakt zijn van beton of staal. Afhankelijk van de grootte ervan kan deze door middel van lieren opgetakeld worden. Grotere exemplaren moeten met behulp van een kraan in elkaar gezet worden. Binnen in de mast bevinden zich een ladder, eventueel een lift en de stroomkabels.

Het transport van masten van de productielocatie naar de bouwplaats is een grote logistieke uitdaging. Omdat een mast in een stuk qua gewicht en omvang niet te transporteren valt, wordt de mast in onderdelen getransporteerd en op locatie in elkaar gezet. De verschillende onderdelen zijn zo groot als mogelijk. Een stalen mast bestaat uit twee tot vier secties die met flensverbindingen aan elkaar gemaakt worden. De wanddikte bedraagt 20 tot 60 millimeter.

Gondel

In de gondel bevindt zich een generator en tandwielkast. De generator zet de bewegingsenergie van de as om naar elektriciteit en is te vergelijken met een grote dynamo. De meeste windturbines hebben een tandwielkast. Deze werkt als een versnellingsbak: de rotatiesnelheid wordt ermee vergroot. De tandwielkast is een kwetsbaar onderdeel waardoor sommige fabrikanten kiezen voor een direct aangedreven generator, de zogenaamde direct-drive of gearless windturbine. Windturbines zijn uitgevoerd met een aerodynamisch remsysteem om ze stil te kunnen zetten bij noodsituaties of onderhoud. Een windvaan op de gondel meet de windrichting. Zodra deze verandert, richt een kruimotor de gondel weer recht op de wind.

Wieken

De wieken van een windturbine zijn belangrijke onderdelen. Moderne wieken zijn gemaakt van met glasvezel of koolstofvezel versterkte kunststof. De maximale bladlengte van moderne windturbines ligt rond de 65 meter bij landgeplaatste turbines en rond de 85 meter bij offshore turbines. De naaf is het punt waar de wieken bij elkaar komen.

Voor- en nadelen van windturbines

De belangrijkste voordelen van windenergie zijn:

  • vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen (gebruik van wind)
  • relatief lage exploitatiekosten
  • minder vervuiling (fijn stof) en CO2-uitstoot ten opzichte van andere energiebronnen
  • verminderde afhankelijkheid van andere energiebronnen en hun leveranciers (olie- en gasproducerende landen)
  • lokale energieopwekking bij het ontbreken van de aansluiting op een regionaal distributienetwerk;
  • (lokale) werkgelegenheid vanwege productie, installatie en onderhoud
  • minder risico op een catastrofe dan Kernenergie, al is volgens sommige bronnen[4] een windturbine helemaal niet zo veilig indien men het aantal doden meerekent dat valt bij de winning van de benodigde grondstoffen, bij de installatie, bij het onderhoud en de afbraak.

De belangrijkste nadelen van windenergie zijn:

  • variabele opbrengsten door fluctuerende windsnelheden; Er is een back-up nodig voor windvrije dagen.
  • hoge investeringskosten, vooral offshore
  • landschapsvervuiling;
  • invloed op flora en fauna: vogels en vleermuizen vliegen ertegen aan;[5][6] maar ook dieren die geluid gebruiken om te jagen/overleven kunnen hier veel last van krijgen.
  • slagschaduw- en geluidshinder voor omwonenden.
  • verspreiding van fijnstof die in de lucht zit, wanneer de windturbines binnen een reikwijdte van 1 kilometer staan van fabriekspijpen die fijnstof uitstoten - en dan met name als de schoorsteen hoger is dan de as van de windturbine.[7]
  • Onrust/stress bij dieren en omwonende door de laagfrequente geluiden/ trillingen via de lucht of grond. Er zijn al verschillende onderzoeken gedaan naar deze bijwerkingen, maar helaas worden er tegenstrijdige conclusies uit getrokken. [8]
  • Schittering bij een lage zonnestand ('s ochtends of 's avonds)
  • Door een andere berekening van de grondstoffen en productie/vervoer van materialen/eindproducten en uiteindelijk afbraak word het rendement een stuk minder. (positieve geluiden van windmolenbouwers van een terugverdientijd van 1 jaar tot negatieve geluiden van "anders denkenden" van meer dan 15 jaar terugverdientijd.) [9]
  • Meer afhankelijkheid van andere stroomleveranciers door op windstille dagen toch stroom te moeten leveren. Het stroomnet wat meer pieken en dalen zal krijgen waardoor bedrijven of uiteindelijk ook consumenten gedwongen worden om zelf (huis)accu's aan te schaffen.
  • Door de steeds groter wordende masten en wieken draagt het hinderlijke geluid verder. Een druppende kraan op het einde van de gang kan mensen gek maken... Laat staan, een windturbine van 200 m hoog [10]
  • (inductie)Straling van de windturbine zelf en de (ondergrondse) stroomleidingen en blikseminslag-verhoging waardoor omwonende vaker last krijgen van nevenschade.
  • Tot 15% waardedaling van (vakantie)woningen onder de rook van deze megaturbines. [11]
  • Wat te doen met de enorme hoop afval die achterblijft na het economisch einde levensduur(de wieken zijn van kunststof versterkt met koolstof en de gewapend beton voet blijft meestal liggen). [12]
  • Sommige windturbines worden afgevuld met het broeikasgas SF6 om corrosie van binnenuit te voorkomen. [13]
  • De geluidsnorm 41 Lnight worden verkeerd berekend (zogeheten A-weging waarbij de lage tonen minder meetellen: dB(A))

Onderdelen
  • Wieken/rotorblad - dit zit vast aan de neuskegel
  • Neuskegel - is het uiteinde van de windturbine
  • Tandwielkast - voorziet erin dat het aantal omwentelingen wordt vergroot
  • Generator - zet de bewegingen om in energie
  • Transformator - verhoogt de spanning van de opgewekte elektrische energie tot 10.000 Volt
  • Mast - de voet van de windturbine, de mast brengt de windturbine de hoogte in. Hier lopen ook de kabels die naar beneden gaan.

Onderhoud

Bij windmolens wordt er gemiddeld vier keer per jaar gepland onderhoud verricht: visueel, smering, elektrisch en het mechanische onderhoud. Dit probeert men zoveel mogelijk uit te voeren op windluwe dagen, zodat er zo min mogelijk productieverlies is.

Ongevalrisico

Ook bij windturbines komt het soms tot ongelukken. Vaak staan windturbines in het vrije veld en niet in dichtbebouwde omgeving waardoor ongelukken niet vaak leiden tot persoonlijk letsel. Als er al letsel is dan is dit vaak gerelateerd aan uitgevoerde werkzaamheden. Doordat windmolens zeer hoog zijn en boven de bestaande bebouwing uitreiken geven branden en afbrekende rotorbladen in windmolens een spectaculair gezicht. Tegenstanders van windenergie gebruiken deze ongelukken om de risico's van windenergie in beeld te brengen.

Elektrocutie

Een windmolen produceert elektriciteit. Bij ondeskundige behandeling kan dit het risico van elektrocutie met zich meebrengen.

Valgevaar

Windmolens brengen door hun hoogte gevaren op het gebied van vallen met zich mee. Hierbij kan gedacht worden aan vallende personen, maar ook aan vallend gereedschap dat letsel kan veroorzaken.

Beknelling

Een windturbine bestaat uit verschillende draaiende onderdelen. Zo kan de gondel draaien ten opzichte van de mast, de wieken draaien en geven via een tandwielenkast hun energie door aan de generator. Bij inspectie en reparatie moeten soms veiligheidsmechanismen verwijderd worden waarbij het risico bestaat op beknelling.

Brandgevaar

In de gondel zijn diverse vloeistoffen aanwezig die nodig zijn om de molen draaiende te houden zoals hydraulische olie en vet. Dit brengt het risico van brand met zich mee. Vanwege de hoogte staat de brandweer vaak machteloos. Vanwege de bouwvorm bestaat ook het risico op een schoorsteeneffect. Zo brandde op 29 oktober 2013 een windmolen uit in het windpark Piet de Wit bij Ooltgensplaat waarbij twee monteurs om het leven kwamen[14]. Op 31 oktober 2006 brandde een windmolen bij de Friese plaats Heerenveen volledig af[15].

Vallende rotorbladen

Rotorbladen zitten met bouten vastgemaakt aan de naaf. Door blikseminslag of metaalmoeheid kan deze verbinding losraken waarbij een blad kan vallen. Ook kan een windmolen "op hol" slaan waarbij de molen door de middelpuntvliedende kracht uit elkaar getrokken wordt. In 2008 brak een wiek af van een windmolen bij Oudkarspel[16], in 2009 was dat het geval bij een windturbine van het windmolenpark Harry van den Kroonenberg bij Lelystad[17]. In beide gevallen leverde dit geen extra schade op aan de turbine zelf. In december 2014 viel er een blad van de windmolen bij Medemblik,[18] waarschijnlijk als gevolg van haarscheuren.[19] In 2008 sloeg in Denemarken een windmolen op hol; een wiek brak af door de middelpuntvliedende kracht en door de daaruit resulterende onbalans bezweek de toren.[20]

IJsafzetting

Net als bij vliegtuigen kan er op rotorbladen bij winterse omstandigheden ijsafzetting optreden. Een onbalans in de rotorbladen kan hierbij een gevolg zijn, met het risico op vallende rotorbladen. Ook kunnen kleine stukjes ijs losraken en tot rondvliegende projectielen worden. Om schade te voorkomen zijn moderne turbines uitgerust met een ijsdetectiesysteem, dat de turbine uitschakelt zodra er ijs gedetecteerd wordt. Zodra het ijs weg is, zal de turbine automatisch weer aangezet worden.

Windturbines in Nederland en België

Men vindt deze windturbines soms in grote 'parken' met vele windturbines, bijvoorbeeld in Nederland op de Maasvlakte en in België in de haven van Brugge-Zeebrugge.

Begin 2012 stond er voor 341 MW aan windturbines in Vlaanderen.

Duurzaamheid

Uit recent Brits onderzoek blijkt echter dat de meeste windturbines na 25 jaar nog steeds economisch rendabel zijn.[21] Het lijkt erop dat de levensduur tussen de 20 en 25 jaar voor oude windturbines ligt en nieuwe turbines na 25 jaar nog steeds mee moeten kunnen. De energie die het kost om een windturbine te produceren is binnen 3 tot 6 maanden terugverdiend, afhankelijk van het soort turbine.

Kritiek

Uit een onderzoek dat Stichting Onderzoek Multinationale Ondernemingen (SOMO) uitvoerde namens ActionAid Nederland blijkt dat de winning van grondstoffen voor de bouw van de windturbines, zoals koper en ijzer, vaak samengaat met milieuschade en mensenrechtenschendingen. Het betreft onder meer de lageloonlanden en middeninkomenslanden Zambia, Congo, China en Zuid-Afrika. Er is sprake van kinderarbeid en watervervuiling. De producenten Vestas, Siemens Gamesa Renewable Energy en Nordex kijken niet waar hun mineralen vandaan komen.[22]

Trivia

Zie ook
Zie de categorie Wind turbines van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.