Achtergrond beschouwingen van de Website:
Windmolens (windenergie) en wat meestal verzwegen wordt.
Windmolens- Informatie en berekeningen
De basisgegevens en informatie
A. In alle landen van de wereld is het totale verbruik aan "niet-elektrische" energie en waarmee zeer ten dele ook elektriciteit wordt geproduceerd enkele malen groter dan alleen de geproduceerde elektriciteit. Die factor is bijvoorbeeld in Nederland 9, in Amerika 6,4. Windmolens zullen nooit ook maar iets kunnen bijdragen aan die enorme behoefte aan "niet-elektrische" energie juist omdat zij niets anders kunnen produceren dan wat elektriciteit. Overigens geldt dit ook voor elektriciteitsopwekking door gebruik van zonne energie. Bij alle beschouwingen over windenergie maar ook over zonne-energie mag nooit onbesproken blijven dat dit nauwelijks resultaat zal hebben wanneer wij het immense energieprobleem trachten op te lossen met de stootsgewijze productie van minimale hoeveelheden elektriciteit. In wezen gaat het immers helemaal niet om dat relatief beetje elektriciteit dat wij gebruiken.
B. Aandrijvend vermogen van een windmolen kan nooit anders dan zwak en wisselvallig zijn.
Wind is door zijn natuurkundige eigenschappen niet alleen een bijzonder zwak maar bovendien een uitermate onbetrouwbaar aandrijvend medium. En wel om twee redenen. Ten eerste is volgens een nooit te veranderen natuurkundige wet het vermogen dat de propeller aandrijft evenredig met de derde macht van de windsnelheid. Dat heeft tot gevolg dat dit vermogen nog zeer aanzienlijk sterker varieert dan evenredig met de windsnelheid. Varieert de windsnelheid bv. van 100 % naar 40 % dan varieert dat aandrijvende vermogen niet naar 40 % maar naar 0,4 x 0,4 x 0,4 = 0,064 of 6,4 %. En dat is bijna niets meer.. Aan deze wisselvalligheid zal nooit iets te veranderen zijn.
Ten tweede: de soortelijke massa, het soortelijke gewicht, van de ijle lucht is dermate klein dat alleen al daardoor het aandrijvende vermogen nooit anders dan zeer zwak kan zijn. De hier volgende grafiek toont de gedurende een jaar opgetreden variaties van het gezamenlijke vermogen van 7000 over duizenden vierkante kilometers verspreid staande windmolens in Duitsland. Een dergelijk beeld van de variaties van het gezamenlijke vermogen van groepen windmolens tussen maximum en nagenoeg nul zal zich altijd voordoen.. Dit is niet bepaald een fraaie ononderbroken levering van elektriciteit.
Het zal u duidelijk zijn dat aan die onbeheersbare wisselvalligheid van het windvermogen en aan de minimaliteit tengevolge van de ijlheid van de lucht nooit iets te verbeteren zal zijn. Beide verschijnselen worden veroorzaakt door natuurkundige wetten. Sommige promotors van windenergie beweren dat in de toekomst een grotere opbrengst te verwachten is. Pure nonsens natuurlijk. Door het gebruik van nog gigantischer propellers zal de opbrengst per vierkante meter propelleroppervlak nooit vergroot kunnen worden.
Wanneer u de grafiek bekijkt dan ziet u nog en ander nadeel: van een groep windmolens zal nooit meer dan ongeveer 8 tot 10 % van het gezamenlijke vermogen gerekend mogen worden tot betrouwbare vervanging van conventioneel productie vermogen. Dat betekent:
Ondanks het gebruik van vele windmolens is het niet mogelijk is om daardoor conventionele centrales buiten bedrijf te nemen. Deze moeten ter beschikking blijven om de variaties van het windvermogen op te vangen. De waarheid hiervan wordt zowel in Denemarken als in Duitsland, waar vele duizenden windmolens draaien, bewezen door het feit dat in beide landen nog geen enkele conventionele centrale buiten bedrijf genomen kon worden. Wanneer u deze grafiek bekijkt zal u dit niet verwonderen.
Dat is dan ook de reden dat voorstanders van windenergie zo'n grafiek liever niet tonen.
C. Nog enige basisgetallen en begrippen waarop de navolgende berekeningen gebaseerd zijn.
Productiefactor of capaciteitsfactor : dat is de in een jaar opgewekte hoeveelheid elektriciteit als deel van de totale hoeveelheid die er in een jaar bij ononderbroken maximaal vermogen opgewekt zou zijn.
De getoonde grafiek maakt het wel heel duidelijk dat de productiefactor nooit anders dan laag kan zijn, immers het maximale vermogen wordt alleen met vele horten en stoten gedurende korte perioden bereikt. In de navolgende berekeningen ga ik er van uit dat voor grote moderne windmolens op het land als gemiddelde een productiefactor van 0,27 wordt bereikt en op zee 0,37. Dit zijn overigens zeer hoog geschatte getallen die, zoals de praktijk uitwijst, als gemiddelde op geen stukken na gehaald worden. Vergeet verder nooit: Dat nooit te veranderen derde machtsgedrag van het aandrijvende vermogen is alles bepalend voor alle eigenschappen van windmolens.
De hierna volgende berekeningen zijn verder gebaseerd op:
= de jaarlijkse toename van het totale Nederlandse verbruik aan "niet- elektrische" energie en van het totale verbruik aan elektriciteit is nu nog maar circa 2 %. Dat betekent een toename van 22 % na tien jaar, van 35 % na 15 jaar en van 49 % na twintig jaar.
= het totale "niet- elektrische" energieverbruik dat geproduceerd werd met gebruikmaking van alle ons ter beschikking staande energiebronnen was in Nederland in 2007 : 106.290 MWjaar (volgens opgave van CBS)
= met gebruikmaking van maar een betrekkelijk klein deel van dit totale "niet-elektrische" energieverbruik werd in Nederland aan elektriciteit geproduceerd: 11.570 MWjaar (ook volgens het CBS)
= aan elektriciteit werd in totaliteit circa 13.000 MWjaar verbruikt Hiervan werd tussen 10 en 15 % uit buurlanden geïmporteerd. Veel daarvan in kerncentrales opgewekt.
= de totale uitstoot van CO2 als gevolg van de energieproductie uit de door ons gebruikte energiebronnen zal ongeveer evenredig zijn met de daarmee geproduceerde 106.290 MWjaar niet-elektrische energie. We beschouwen daarom deze totale hoeveelheid verbruikte "niet elektrische" energie als bron van en maat voor de CO2 uitstoot. Hierbij wordt dus de kleine hoeveelheid volledig "schoon" opgewekte energie van onze kleine kerncentrale Borssele verwaarloosd. De in Nederland gebruikte energiebronnen waren en zijn : gas, steenkool, olie, kerosine, benzine, dieselolie, hout, afval, een klein beetje nucleaire energie , wind, zonne-energie etc. etc. Alleen het gebruik van de drie onderstreepte energiebronnen veroorzaakt geen CO2 uitstoot.
Nu de prestaties van moderne 2 MW windmolens op het land en van 3 MW windmolens op zee
Eerst e.e.a. over 2 MW windmolens op het land:
Met de veronderstelde hoge productiefactor van 0,27 is hun elektriciteits-productie 0,27 x 2 = 0,54 MWjaar .Gerekend met een gemiddeld brandstofrendement van 45 % van onze conventionele elektriciteitscentrales zal er voor de productie van 0,54 MWjaar elektriciteit
door windmolen aan "vervuilende" energie uit de gebruikte brandstoffen in een centrale bespaard worden 2,22 x 0,54 = 1,2 MWjaar. Anders gezegd; iedere 2 MW windmolen op het land bespaart jaarlijks 1,2 MWjaar aan gebruik van CO2 uitstotende energiebronnen.
Hoeveel wordt er dan bespaard in verhouding met ons totale jaarlijkse CO2 uitstotende energieverbruik van 106.290 MWjaar? Dat is dan
1,2 / 106.290 = 0,000.011 of 1,1 honderdduizendste deel van onze totale CO2 uitstoot door gebruikmaking van al onze energiebronnen.
Maar dat betekent ook: duizend 2 MW windmolens verminderen onze totale jaarlijkse CO2 uitstoot met een povere 1,1 % Nauwelijks exact meetbaar.
Dit miserabele resultaat zal van jaar tot jaar nog slechter worden omdat ons energieverbruik van jaar tot jaar toeneemt terwijl de opbrengst aan schone duurzame elektrische energie per windmolen gelijk blijft.
Nu de 3 MW windmolerns op zee nagerekend:
Hun jaarlijkse opbrengst zal met de zeer hoog veronderstelde productiefactor 0,37 zijn: 1,11 MWjaar. Daarmee wordt er aan CO2 uitstotende brandstofenergie in centrales uitgespaard
2, 22 x 1,11 = 2,46 MWjaar
Dus iedere 3 MW windmolen op zee zal jaarlijks 2,46 MWjaar aan CO2 uitstotend gebruik van onze energiebronnen besparen. Hoeveel is dat als aan deel van ons totale verbruik aan "vervuilende" energiebronnen? Dat is dan
2,46 / 106.290 = 0,000.023 of 2,3 honderdduizendste deel per windmolen.
Dus er zijn duizend van deze 3 MW windmolens op zee nodig om onze totale CO2 uitstoot te verminderen met 2,3 %. Ook nauwelijks meetbaar.
Vergeet niet dat dit voor zowel de windmolens op het land als op zee zeer geflatteerde getallen zijn door de hier gebruikte maar in de praktijk nooit te behalen productiefactoren.
Ter vergelijking: een 1200 MW kerncentrale met een zeer laag veronderstelde productiefactor van 0,8 :
Die produceert zonder enige uitstoot van CO2 jaarlijks 0,8 x 1200 = 960 MWjaar aan elektriciteit. Evenveel maar met nagenoeg honderd procent betrouwbaarheid en zonder vermogens variaties als 1777 2 MW windmolens op het land of 873 3 MW windmolens op zee De besparing aan onze totale CO2 uitstoot die wij evenredig met 106,290 hadden aangenomen zou met één zo'n centrale zijn 960 / 106.290 = 0,009 of 0,9 %
Men dient te kennen:
A .Het essentiële verschil tussen Energie en Vermogen
Energie wordt opgewekt of verbruikt wanneer een zeker Vermogen gedurende een zekere Tijd werkzaam was.
Men kan dus zeggen; Energie = Vermogen x Tijd.
Zo laat de energiemaat kilowattuur of kWh zien dat 1 kWh aan energie opgewekt of verbruikt kan worden wanneer 1 kW vermogen gedurende 1 uur werkzaam was Daarom hebben alle meeteenheden voor energie ook altijd en achtervoegsel die een zekere tijd aangeven
B Waarom is rekenen met MWjaren (MWJ) zo handig?
Grote hoeveelheden in een jaar opgewekte energie worden vaak uitgedrukt in Joules of in PJ. ( Petajoule) Dit geeft geen enkele inzicht in het gemiddelde vermogen waarmee die hoeveelheid energie in dat jaar werd opgewekt of verbruikt. Omzetten in de energiemaat MWjaar geeft daarentegen een getal dat meteen zichtbaar maakt met welk gemiddeld vermogen gedurende dat jaar die energie werd opgewekt dan wel verbruikt. Natuurlijk kan voor kleinere hoeveelheden energie ook de maat kWjaar gebruikt worden.
C. De meeteenheden.
Een kleine eenheid voor Vermogen is Watt en een kleine eenheid van Energie is Wattseconde. Meestal Joule genoemd. Dus omgekeerd: 1Watt is 1 Joule per seconde. Ook geschreven 1J/sec
Voor grotere tot zeer grote meeteenheden worden decimale voorvoegsels gebruikt:
| Voorvoegsel | Symbool | Vermenigvuldigingsfactor |
|---|---|---|
| kilo | k | 103 |
| mega | M | 106 |
| giga | G | 109 |
| tera | T | 1012 |
| peta | P | 1015 |
| exa | E | 1018 |
De meest gebruikte achtervoegsels voor tijdsaanduidingen zijn:
| seconde | met symbool s of sec. |
|---|---|
| uur | met symbool u of h ( 1uur = 60 sec) |
| jaar | met symbool j of y of a (annum) ( 1 jaar = 8760 uur) |
Omdat grote hoeveelheden energie vaak in grote getallen Joules worden weergegeven is het makkelijk om te weten: 1 PJ = 31, 7 MWjaar
D. Windsnelheden in Beaufort getallen
| Kracht | Benaming KNMI | Windsnelheid km/uur |
|---|---|---|
| 0 | windstil | 0 - 1 |
| 1 | zwak | 1 - 5 |
| 2 | zwak | 6 - 11 |
| 3 | matig | 12 - 19 |
| 4 | matig | 20 - 28 |
| 5 | vrij krachtig | 29 - 38 |
| 6 | krachtig | 39 - 49 |
| 7 | hard | 50 - 61 |
| 8 | stormachtig | 62 - 74 |
| 9 | storm | 75 - 89 |
| 10 | zware storm | 90 - 102 |
| 11 | zeer zware storm (orkaanachtig) |
103 - 117 |
| 12 | orkaan | > 117 |
U ziet: de Beaufort getallen zijn niet evenredig met de windsnelheden!
Een windmolen produceert met maximaal vermogen vanaf B .6
Bij B 3 en minder produceert de windmolen nagenoeg tot helemaal niets meer..
Bekijkt u de Beaufort getallen eens bij het dagelijkse TV weerbericht.
Enige opmerkingen in verband. met het plan '6000 MW windpark in Noordzee'
Zomaar een paar vragen die er gesteld zouden moeten worden. Te hooi en te gras. Maar waar nooit een volledig en dus eerlijk antwoord op gegeven zal worden.
- Hoeveel elektriciteit denkt men op te wekken? Het gaat toch niet om het totale vermogen van dit mega-park maar om wat het aan elektriciteit, dus elektrische energie, opbrengt !
- Omdat het windpatroon ter plaatse natuurlijk al onderzocht is zou het interessant zijn wanneer wij een grafiek zouden kunnen krijgen van de variaties van het gezamenlijke vermogen. Aan de hand daarvan kunt waarschijnlijk vertellen hoe de stroomfluctuaties door onze centrales gecompenseerd moeten worden, Het zal bij een dergelijk 6000 MW windpark ruw geschat om fluctuaties gaan van nagenoeg tussen 6000 MW en vijf á zeshonderd MW. Dus fluctuaties ter grootte van ongeveer 5000 MW. Het lijkt zeer optimistisch dat dergelijke enorme variaties door onze centrales zonder miljarden kostende aanpassingen gecompenseerd kunnen worden. Hoogst waarschijnlijk zullen er zelfs een flink aantal snel reagerende gasturbine centrales bijgebouwd moeten worden.
- Kunt u ons een berekening geven van de reductie aan CO2 uitstoot van het totale Nederlande energieverbruik als gevolg van dit 6000 MW windpark ( Gerekend met een totale bouwtijd van 15 jaar en een jaarlijkse toename met 2 % voor zowel ons elektriciteitsverbruik als van ons totale Nederlandse energieverbruik is de toename na deze 15 jaar circa 35 % )
- Vindt u het moreel en technisch verantwoord om een dergelijk gigantisch vele miljarden kostend project waar geen enkele zekerheid over bestaat aan het Nederlandse volk als toekomstbeeld voor te spiegelen en daar nu al ontelbare miljoenen aan "onderzoekkosten" aan te verspillen?