Wat is windenergie eigenlijk echt?

Dat is een vraag die we eigenlijk nooit stellen, terwijl we wel vinden dat het één van de bronnen van de toekomst is. Maar wat is het nou eigenlijk?

We hebben het vaak over “duurzame energie” en het belang ervan. Het is dé toekomst en je ziet overal steeds meer windturbines die het landschap vullen. Maar er worden nog vaak vraagtekens geplaatst bij duurzame energie. Windturbines geven geluidsoverlast, ze zijn horizonvervuilend, het productieproces is onduurzaam. Daarom ga ik de komende tijd in gesprek met specialisten, die alles vertellen over de verschillende soorten goeie energie en probeer ik alle tegenargumenten te weerleggen.

De kracht van windenergie

Deze keer ben ik afgereisd naar Enschede om te praten met Kees Venner. Hij is hoogleraar op het gebied van de stromingsleer (aerodynamica, vloeistofmechanica) aan de Universiteit Twente. Met zijn onderzoeksteam doet hij onder andere onderzoek naar de oplossingen voor de verschillende problemen die windenergie met zich meebrengt. Ook heeft hij voor de Universiteit van Nederland al uitgebreid verteld over hoe je als sporter het beste de wind kunt trotseren. Hieronder vertelt hij alles over windenergie en heeft hij me in het lab laten voelen wat de kracht is van windenergie. Want volgens Kees is het niet meer een kwestie óf we duurzame energie moeten opwekken, maar dát we het doen.

 Ook goeie energie van de wind? Klik hier!

Laten we beginnen met de vraag waarvoor ik hier eigenlijk ben: wat is windenergie?

‘Tja, wat is energie? Als iets massa en snelheid heeft, dan heeft het kinetische energie: als iets beweegt zit er energie in die ik eruit kan proberen te halen. Gooi je bijvoorbeeld een bal weg, dan moet je die energie erin stoppen. Dat zorgt ervoor hij daarna snelheid heeft. Lucht heeft ook massa. Het is wel heel weinig, maar het is er zeker. En als ik lucht tegen wil houden, dan kost dat ook kracht. Met een windturbine haal je de energie die in de bewegende lucht zit en zet je die om in een andere vorm. Met de windmolens van vroeger werd windenergie omgezet in het zagen en malen. Maar de omzetting die we nu gebruiken is die van de kinetische energie van lucht, in elektrische energie.’

Oké en wat gebeurt er precies in zo’n turbine als windenergie wordt opgewekt?

‘Nou, als ik een blaadje recht in de wind houd, dan waait het er aan twee kanten langs en er gebeurt niks mee. Als ik het een beetje draai en schuin houd, dan ontstaat er aan de ene kant van het blad een hogere druk dan aan de andere kant. Het wordt dus weggeduwd. Het werkt eigenlijk hetzelfde als een vliegtuigvleugel. Zet hem in het midden vast en hij draait een rondje. Je kunt een windturbine dus zien als een paar vliegtuigvleugels aan een stokje.’

Kees stelt de snelheid in kilometers per uur in. 

Hoeveel energie kun je vangen met een windturbine?

‘Hoe groter ik de cirkel van de wieken maak, hoe meer lucht er doorheen kan gaan, hoe meer energie ik kan proberen te vangen. Dan moet je die energie nog uit de lucht halen. Als achter die windturbine de lucht stilstaat, dan doet hij het niet meer. Je moet er dus wel voor zorgen dat de lucht die aan komt stromen aan de achterkant ook nog stroomt. Omdat een gesloten schijf natuurlijk ook niet werkt, heb je altijd een aantal wieken (bladen). Zo kan én de lucht door de schijf heen, én beïnvloeden de bladen elkaar ook niet teveel.’ 

En hoeveel energie zou je uit de lucht kunnen halen?

‘Dat is maximaal rond 60% van de energie. Dat noemen ze de Betz-limiet, vernoemd naar Albert Betz [red. Duitse wetenschapper en pionier in de technologie van windturbines]. En hoe dichtbij je bij die 60% komt is afhankelijk van het ontwerp dat je maakt.’

Wat is de optimale manier dan?

‘De energie die in de wind zit die is natuurlijk altijd gratis. Of je dat optimaal doet, dat maakt voor het feit dat jij die energie gratis krijgt niet uit. Maar als je zegt, ik wil zoveel mogelijk van de energie eruit halen op een zo efficiënt mogelijke manier, dan moet je een windturbine met een horizontale as gebruiken.

Bij verticale constructies heb je meer verstoringen in de luchtstroom achter de windturbine, waardoor hij minder efficiënt wordt. Je ziet eigenlijk dat de wind aan komt waaien, door de turbine gaat en daarachter allerlei wervelingen heeft. Dat is energie die ik zelf in de stroming heb gestopt met de draaiende beweging van de turbine, maar er niet uit heb gehaald. Met een horizontale as heb je veel minder. Daar stroomt de wind achter de turbine veel rustiger door.’

Leandro, deel van het onderzoeksteam van Kees, zorgt ervoor dat niets beschadigd raakt.

Hangt het er vanaf hoe groot de windturbine is?

‘Hoe groter je windturbine, hoe meer energie je eruit kunt halen. De efficiëntie komt niet hoger dan die 60%, want daar kun je niet overheen.’

Hoe werkt de omzetting van elektrische energie?

‘Dat is hetzelfde als een dynamo. De turbine-as maakt een ronddraaiende beweging, die je via een versnellingsbak (of niet) naar een generator voert die elektriciteit opwekt.’

Er wordt vaak geclaimd dat het productieproces van windturbines niet duurzaam is...

‘Het is hetzelfde als je vegetariër bent en je komt iemand tegen die zegt: “ja, maar je hebt wel leren schoenen.” Dat is een verkeerd argument. Want al die andere dieren die eet ik niet op, bij wijze van spreken. Dus hier kun je zeggen: ik wek energie op een schone manier op, die ik anders op een vervuilende manier opgewekt zou hebben. Dat is een eerste stap. Het apparaat zelf dan ook nog zo duurzaam mogelijk produceren, is een volgende stap waaraan je kunt blijven werken.’

Daar sta ik: in de windkracht van een flinke Nederlandse storm!

Is windenergie duurzamer dan fossiele energie, als je het hebt over de ontwikkeling van materialen?

‘Dat denk ik zeker, ja. Sowieso als je het hebt over de gevolgen van de vervuiling, dan is windenergie zeker ver te prefereren.

Je kunt proberen om vanuit behoud en vanuit efficiency in geld te redeneren, maar het feit dat je je aarde en je lucht schoon houdt is gewoon onbetaalbaar. Ik kies ervoor om studenten die bij me afstuderen te inspireren met bepaalde onderwerpen. Binnen onze opleidingen Werktuigbouwkunde en Sustainable Energy Technology geven we een vak Windenergie. Studenten zijn drie maanden bezig met opdrachten en leren omgaan met de concepten die nu leven. Hoe eerder je ze erover leert, hoe groter de kans is dat ze later automatisch de keuze maken om duurzame energie verder te ontwikkelen.’

Tags