Windenergie

Energiebronnen

Tot op heden zijn de fossiele brandstoffen nog altijd de meest gebruikte bron van energie. Denk maar eens aan je huis: de verwarming gaat op olie of gas, de kolenbrander van je grootouders werkt op steenkool, de open haard geeft warmte door het opbranden van hout, de gasbrander warmt het water op, enz.

Fossiele brandstoffen zijn steenkool, olie en gas. Olie en aardgas ontstaan uit overblijfselen van zeedieren en steenkool uit vergane planten van miljoenen jaren geleden. Fossiele brandstoffen haalt men typisch uit de aardkorst.

De fossiele brandstoffen hebben het grote nadeel dat ze niet herbruikbaar zijn. Eénmaal opgebrand, is deze vorm van energie weg. Deze energiebron is dus uitputbaar. Het duurt heel lang voor je natuurlijk deze vorm van brandstof verkrijgt. Als we dus aan dit tempo fossiele brandstoffen blijven consumeren, zullen we in ongeveer 200 jaar alle fossiele brandstoffen hebben opgebruikt. Een ander nadeel is de vervuiling. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen komt koolstofdioxide als afvalstof massaal in de atmosfeer terecht. Koolstofdioxide houdt de zonnewarmte tegen en doet de aarde opwarmen. Het steunt de veelbesproken broeikaseffecttheorie.

Wetenschappers zijn de laatste 50 jaren op zoek naar alternatieve energiebronnen. Deze bronnen zijn hernieuwbaar en niet-vervuilend. De toepassingen zijn windenergie, waterenergie, biologisch afval, warmtepompen, kernenergie en zonne-energie.

Windenergie is, zoals zonne-energie, een van de onuitputbare energiebronnen. Vroeger gebruikte men de energie opgewekt door windmolens om graan te malen, te zagen, enz. De moderne windmolens zijn efficiënter en hebben een hoger rendement. Het vermogen (dus de energie per tijdseenheid) is afhankelijk van de windsnelheid (die voor elke windmolen van deze opstelling dezelfde is) en de diameter van de wieken. (Het aantal wieken heeft normaal gezien geen belang voor het vermogen van de windmolen).

Geschiedenis van windmolens

De mensen maken al eeuwen gebruik van windenergie. Zeilschepen gebruiken wind om rond te varen. De Perziërs ontwikkelden reeds rond 500-900 na Christus windmolens om graan te malen en hun velden te irrigeren. Die eerste windmolens waren erg onefficiënt. De wieken vingen de wind op in zeilen en draaiden rond een verticale as. Ze waren dus horizontaal ten opzichte van het aardoppervlak georiënteerd.

Verticale windmolens werden ook gebruikt in China. China beweert zelfs dat dit de geboorteplaats is geweest van de windmolen meer als 2000 jaar gelden. Helaas is dit niet te achterhalen. De eerste documentatie van een Chinese windmolen werd pas in 1219 gevonden, het zal dus altijd een raadsel blijven waar de windmolen echt vandaan is gekomen.

In de 12de eeuw waren Frankrijk en Engeland de pioniers van Europa om windmolens te ontwikkelen waarvan de wieken ronddraaiden met de richting van de wind. De windmolens kwamen in heel Europa in gebruik en werden alsmaar efficiënter. De windmolens van toen hadden typisch 4 tot 8 wieken met windzeilen, met elk een lengte van 3 tot 9 meter. De wieken stonden nu vertikaal georiënteerd.

Het eerste moderne relatief grootschalig gebruik van de windmolen kwam er tussen de 15de en 19de eeuw in Nederland. Ze hadden ongeveer 9000 windmolens in gebruik. Belangrijke verbeteringen waren het waaiervormige uiteinde (1745) dat de zeilen automatisch liet draaien in de richting van de wind en de speciale openingen ( soort luchtremmen) in de wieken die manueel of automatisch gesloten:geopend konden worden om eenzelfde rotatiesnelheid te hebben bij elke windsnelheid. Ook aërodynamische vormen en materialen van de wieken werden alsmaar efficiënter.

In de winter van 1887-88 bouwde Charles F. Brush in Cleveland, Ohio, de eerste windmolen die elektriciteit kon opwekken. Zijn windmolen had een rotor diameter van 17 m. 144 uit hout gemaakte wieken zorgde voor een opbrengst van 12 kW.

Charles F. Brush (1849-1929)	Eerste windturbine van Charles F. Brush 1888	Artikel in Scientific American 20 dec 1890

Het was de Deen Poul la Cour die ontdekte dat snellopende windmolens met weinig wieken efficienter waren voor de produktie van elektriciteit dan traag lopende windmolens. In 1891 bouwde hij zijn eerste windturbine.

Poul la Cour (1846-1908)	Eerste test windturbine van Poul la Cour 1891	Test windturbines van Poul la Cour 1897

Werking van een windmolen

Een windmolen is eigenlijk een machine die windkracht omzet in een bruikbare vorm van energie. De wind werkt in op de schuine bladen, wieken of zeilen (tegenwoordig rotorbladen genoemd), die rond een as draaien. De as is dan weer op haar beurt verbonden met b.v. een graanmolen, een waterpomp of een generator voor elektriciteit.

Een moderne windmolen bestaat uit drie belangrijke onderdelen: de mast, de rotor en de gondel. De mast van een windmolen is tussen de 50 en 120 m hoog. De moderne rotor bestaat uit 3 bladen. De bladen kunnen tot 60 meter lang zijn. Ze zijn gemaakt uit verschillende sterke, maar lichte materialen, zoals glasvezel, polyester, carbonvezels, enz.

Vermogen van een windmolen

Een typische windmolen met 2 of 3 bladen, met een diameter van 40 m en een masthoogte van 50 m, kan bij een optimale windsnelheid 500 - 750 kW leveren. Een windmolen met een rotordiameter van 60 m een masthoogte van 70 m kan een vermogen hebben van 1 tot 1,5 MW (MegaWatt).
De op dit moment grootste windmolen heeft met zijn mast van 120 m en rotordiameter van 126 m een vermogen van 5 MW.

Voor- en nadelen van windenergie

Wind is een bron voor gratis, hernieuwbare energie. Wind is een vorm van 'groene' energie. Er zijn geen uitlaatgassen of CO2 emissies. Als er voldoende energie is, kan je reuzevoorraden aanleggen. De stroom kan echter slechts in beperkte mate worden opgeslagen.

Wind is weinig voorspelbaar. Er is niet altijd (voldoende) wind en niet alle plaatsen zijn geografisch geschikt. In België zijn er maar een aantal plaatsen geschikt voor het plaatsen van windmolens. De korte kuststrook, het Ardeens plateau en de Scheldeoever ten noorden van Antwerpen.

Veel mensen vinden het ook landschapsverstoring als ze een rij windmolens in hun zicht staat en argumenten bestaan dat het een invloed zou kunnen hebben op het vogelbestand. Vogels zouden sterven door de draaiende wieken, maar hun broedgedrag zou niet veranderen.

De rotor en generator geven natuurlijk ook wel wat geluidsoverlast.

Voorlopig zijn de dure installatiekosten ook nog nadelig. De elektriciteit komende van windmolens kost 8 eurocent per kilowattuur. Ter vergelijking: de kosten van electriciteit uit fossiele brandstoffen zoals gas en steenkool bedragen circa 4 eurocent per kilowattuur. Windenergie is dus een stukje duurder. Toch merkt u daar weinig van als u 'groene stroom' inkoopt bij uw energieleverancier. Dit komt doordat gewone energie belast is met een milieuheffing. Groene energie (opgewekt door schone bronnen, zoals windenergie) wordt niet belast.

De hoeveelheid elekticiteit geleverd door windenergie is nog altijd minimaal maar met de snel evoluerende moderne technologie is het maximale vermogen op dit moment reeds 5MW en zal dit ongetwijfeld nog opgevoerd kunnen worden.