Alle informatie over de windturbine

Deze pagina staat in het teken van de windturbine. Meer weten over andere vormen van duurzame energie? Zie ook de actuele status van zonnepanelen in België en de bijbehorende berekening. 

De geavanceerde windmolens zoals men die tegenwoordig vaak gebruikt worden dikwijls aangeduid met de term windturbines. Dergelijke windturbines worden ingezet voor het opwekken van zogenaamde schone en ook duurzame (groene) elektriciteit. Hoewel ook steeds meer particulieren een eigen windturbine aan gaan schaffen ziet men ze met name in groepen in het landschap staan. Deze groepen windturbines worden dan ook aangeduid met de term windparken maar staan ook bekend als windmolenparken. Deze parken wekken windenergie op voor commerciële doeleinden en leveren hun opgewekte elektriciteit aan het openbare energienetwerk.

Om een windturbine optimaal te kunnen laten werken en dus het meeste rendement ermee te kunnen behalen is er uiteraard voldoende wind nodig die bovendien ook regelmatig waait. In ons land staat er in de regel wel voldoende wind om een windturbine mee in werking te kunnen zetten. Met name aan de kust en op grote open vlakke stukken land worden daarom op steeds grotere schaal windturbines neergezet om zo grote hoeveelheden stroom te kunnen leveren aan het lichtnet.

Er zijn twee verschillende soorten windturbines te onderscheiden namelijk: de windturbine met een horizontale as en de variant waarbij de as in een verticale stand geplaatst is. Allebei de types hebben zowel voor- als nadelen voor het gebruik op bepaalde locaties en worden dan ook vaak op totaal verschillende plaatsen ingezet voor de productie van windenergie.

Een voordeel van een windturbine die beschikt over een horizontale as is dat er maar een vrij lage windsnelheid hoeft te zijn om de rotorbladen in beweging te kunnen zetten en dus energie op te wekken. De windturbine met de verticale as daarentegen heeft wel wat meer wind nodig om energie op te kunnen wekken maar is weer minder gevoelig voor de verandering van windrichting dan de horizontale windturbine. Verticale windturbines zijn daarom prima geschikt om te gebruiken bovenop een hoog gebouw of op een woontoren. De horizontale windturbines lenen zich daarentegen juist weer beter voor de plaatsing op winderige open locaties. Allebeide de type windturbines werken vrijwel op een gelijk wijze en men kan de werking vergeleken met die van een dynamo zoals bijvoorbeeld op een fiets.

De werking van een windturbine

Een windturbine is een soort werktuig waarmee de kracht van de wind gemakkelijk om kan worden gezet in een bruikbare vorm van energie. Met andere woorden men kan met behulp van een windturbine windenergie omvormen tot duurzame groene elektriciteit. Dit proces gaat als volgt in zijn werk:

De wind wordt door de rotorbladen opgevangen waardoor deze in beweging zullen worden gezet en rond gaan draaien. Er zijn zowel windturbines met een horizontaal als vertikaal geplaatste set rotorbladen. De as waaraan de rotorbladen zijn bevestigd zal ook gaan te roteren op het moment dat de windturbine wind opvangt en zet op zijn beurt weer een hele reeks van tandwielen in beweging. Op die manier wordt de beweging verder versneld en zal het rendement van de windturbine groter worden.

Om echter de beweging om te kunnen zetten in elektriciteit heeft een windturbine een zogenaamde generator nodig. In dit deel van het werktuig wordt er door middel van het opwekken van een magnetisch veld elektriciteit opgewekt en kan deze aan het energienetwerk af worden gegeven. Het principe van een generator is eenvoudig vergelijkbaar met de werking van een dynamo zoals men die op een fiets aantreft om de fietsverlichting van de benodigde stroom te kunnen voorzien. Er wordt immers een stroomkring gevormd waardoor de opgewekte elektriciteit gebruikt kan worden als bron van energie voor allerlei elektrische apparaten.

Niet alle windturbines beschikken vandaag de dag nog over tandwielen maar zijn uitgerust met speciale elektronica die ervoor zorgt dat de beweging in bruikbare energie om kan worden gevormd. Hierdoor bevat de windturbine veel minder bewegende delen en is daardoor de kans op storingen of defecten aan het systeem aanzienlijk kleiner geworden.

De hoeveelheid stroom die een windturbine kan leveren is van een aantal verschillende factoren afhankelijk onder andere de grote van de rotorbladen, de hoeveelheid en de kracht van de wind, de frequentie waarmee de wind waait en natuurlijk het aantal wikkelingen van de gebruikte weerstanden in de generator van de betreffende windturbine. De werking van een windturbine met een reeks tandwielen is overigens nagenoeg gelijk aan een exemplaar die met elektronica uit is gerust.

Zelfbouw

Een windturbine is een prima werktuig om windenergie mee om te kunnen zetten in een bruikbare vorm van elektriciteit. Men kan een dergelijke windturbine gaan kopen of er zelf één in elkaar zetten. Hiervoor heeft men echter wel de nodige technische kennis, inzicht en vaardigheden nodig. Het zelf bouwen van een windturbine is bovendien niet helemaal zonder gevaar te noemen omdat bijvoorbeeld het hoge vermogen zelfs dodelijk kan zijn en een klap van een rotorblad voor vervelende of gevaarlijke verwondingen kan gaan zorgen.

Heeft men eenmaal een goed ontwerp weten te bemachtigen de benodigde kennis, vaardigheden, geschikte gereedschappen en materialen dan kan de bouw van de windturbine eindelijk echt van start gaan. Als voordeel van het zelf bouwen van een windturbine wordt dikwijls gesteld dat men vrij is om juist voor bepaalde materialen te kiezen. Hierbij dient echter wel rekening te worden gehouden met de kracht die uiteindelijk op de gehele windturbine uit zal worden geoefend. Materialen moeten hier uiteraard goed tegen bestand zijn om ongelukken met en defecten aan de windturbine te kunnen voorkomen.

Men kan besluiten om de onderdelen, waarruit een windturbine samen is gesteld, nieuw dan wel gebruikt te kopen of (voor een deel) zelf te vervaardigen. Het zelf maken van de onderdelen is niet in alle gevallen even gemakkelijk maar zal de kosten wel aanzienlijk weten te drukken. Om nog meer kosten te kunnen besparen kan men bovendien geschikte gebruikte materialen hiervoor gaan gebruiken. Op deze manier wordt ook nog eens het milieu ontzien omdat men zo aan recycling van producten doet.

Is een windturbine die men zelf heeft gebouwd voltooid dan kan men deze niet zomaar op elke locatie plaatsen. Eerst dient men immers goed na te gaan of dit toe is gestaan in het bestemmingsplan van de gemeente. In een aantal gevallen is er zelfs een vergunning voor vereist. Elke gemeente is vrij om zelf de regelgeving aangaande de plaatsing van een windturbine te bepalen. Deze kan dan ook van plaats tot plaats verschillend zijn. Na de voltooiing van de zelfgebouwde windturbine kan men schone, duurzame en met name voordelige windenergie op gaan wekken.

De generator

Een windturbine is een werktuig waarmee men de kracht van de wind om kan zetten in een bruikbare vorm van energie (elektriciteit). Een erg belangrijk onderdeel van een windturbine is dan ook de generator. Door deze generator wordt namelijk de beweging van de as (die door de omwentelingen van de rotorbladen in beweging wordt gezet) omgevormd in elektriciteit.

Vervolgens geeft de generator deze opgewekte elektriciteit weer af aan het energienetwerk of aan een accu waarin deze dan op kan worden geslagen. De werking van een generator kan men vergelijken met de werking van een dynamo op bijvoorbeeld een fiets: hierbij draait een magneet in een spoel waardoor er elektriciteit op wordt gewekt. Dit gebeurt doordat er een geleider door het ontstane magnetisch veld heen en weer beweegt het als gevolg dat er een elektrische spanning ontstaat. Op het moment dat deze elektrische spanning in een gesloten systeem terecht komt wordt er een stroom gecreëerd en kan de elektriciteit worden gebruikt om elektrische apparaten mee te voeden.

Een generator is daarom altijd uit twee delen opgebouwd namelijk een elektromagneet om een elektrisch veld mee te kunnen maken en één of meerdere spoelen die van koperdraad gemaakt zijn om de spanning mee te kunnen induceren. Bij een generator kan men in alle gevallen zowel een deel dat stilstaat (de stator) als een bewegend deel (de rotor) onderscheiden. Bij een windturbine zal de rotor dikwijls als een elektromagneet worden gebruikt. De elektrische energie zal in de stator op worden gewekt waar zich dan ook de spoelen van koperdraad bevinden. De reden hiervoor is dat de opgewekte energie erg groot is en op deze wijze door middel van de stilstaande stator rechtstreeks aan het energienet af kan worden gegeven.

In de oudere modellen van de windturbines zitten er tussen de as en de generator nog een bepaald aantal tandwielen die de beweging van de as zullen versnellen en op die manier meer energie op zullen leveren. Tegenwoordig is de generator echter rechtstreeks met de as verbonden waardoor deze betrouwbaarder wordt omdat er nagenoeg geen bewegende delen meer voorkomen die het proces nadelig kunnen beïnvloeden.

Windturbine blades

Een andere benaming voor de blades van een windturbine is rotorbladen of eenvoudigweg de wieken. Deze blades zorgen ervoor dat de windturbine in werking kan worden gesteld zodra deze voldoende wind op kunnen vangen. Met andere woorden: de blades laten de windturbine draaien zodra er een wind waait die een kracht heeft die hiervoor groot genoeg is.

In vergelijking tot vroeger zijn de windturbines en, dus ook de blades ervan, steeds groter geworden. De windturbines worden hierdoor dan ook steeds gevoeliger voor elk zuchtje bruikbare wind. Met andere woorden: er is een steeds minder krachtige wind nodig om een windturbine in gang te zetten en ervoor te zorgen dat er elektriciteit kan worden geproduceerd. Dit is voordelig omdat op deze manier de terugverdientijd van een windturbine aanzienlijk korter zal worden en men dus eerder gratis windenergie op kan gaan wekken.

De vorm die de blades van een windturbine hebben is van erg groot belang voor wat het opvangen van wind betreft. De meeste blades hebben een vorm die te vergelijken is met die van de vorm die een vleugel van een vliegtuig heeft. Een grote groep mensen denken nog altijd dat niet de vorm maar het aantal blades aan een windturbine de opbrengst zal bepalen. Dit is echter een groot misverstand en dus niet correct.

De oudere modellen windturbines hadden blades die in een vaste instelhoek waren geplaatst ten opzichte van de as. Bij erg hoge snelheden van de wind ontstond er bij deze methode echter turbulentie die ervoor zorgde dat de windturbine tot stilstand kwam. Heden ten dage zijn de blades op een zodanige wijze ontworpen dat deze over hun lengteas kunnen draaien. Dit heeft als belangrijk voordeel dat ze bij elke windsnelheid in een ideale stand komen te staan en zo optimaal kunnen blijven presteren. Op het moment dat de windsnelheid hoger is dan windkracht 10 op de schaal van Beaufort dan kunnen de blades op een geleidelijke wijze uit de wind gedraaid worden. Voor het elektriciteitsnet is dat voordeliger dan het abrupt uitschakelen. De opbrengst van, een op een dergelijke wijze uitgeruste windturbine, wordt hiermee aanzienlijk vergroot.

Welke soorten windturbines zijn er?

De kleine windturbine
De fossiele brandstoffen raken steeds verder uitgeput en men is dus steeds vaker op zoek naar alternatieve manieren om energie mee op te kunnen wekken zonder deze, eveneens sterk vervuilende, brandstoffen aan te hoeven spreken. Een van de mogelijkheden is het gebruik van een windturbine om windenergie mee op te wekken en deze om te zetten in een bruikbare vorm van elektriciteit.

Naast de grote windparken, waar aanzienlijke groepen gigantische windturbines ingezet worden, willen eveneens een steeds grotere groep bedrijven en zelfs particulieren zelf in hun eigen energiebehoefte kunnen voorzien op een verantwoorde, milieuvriendelijke en met name ook een betaalbare wijze. Op die manier zijn ze namelijk minder of geheel niet meer afhankelijk van de grote energiebedrijven en draagt dit bij aan het terugdringen van de schadelijke uitstoot van broeikasgassen zoals bijvoorbeeld het gas CO2.

Men kan windturbines onder andere plaatsen op het dak of in een tuin maar ook prima aan een gevel bevestigen. Uiteraard is de plaatsbepaling afhankelijk van de situatie ter plekke en de regels die de lokale overheid hiervoor op heeft gesteld. In de meeste gevallen kan men namelijk niet zomaar een klein exemplaar van een windturbine plaatsen op elke willekeurige locatie. De gemeente zal eerst moeten beoordelen of de plaatsing van een dergelijke kleine windturbine past binnen haar bestemmingsplan. De regels die hiervoor gelden kan elke gemeente voor zich bepalen en kunnen dus onderling afwijken.

Welke kleine windturbine men zal gaan plaatsen is afhankelijk van het vermogen dat deze turbine kan leveren en de behoefte aan energie die hiermee dient te worden bevredigd. Men dient er rekening mee te houden dat de aanschaf van een kleine windturbine een fors bedrag zal gaan kosten. Om het gebruik van duurzame energie echter aan te moedigen heeft de overheid een aantal fiscale voordelen en subsidies in het vooruitzicht gesteld in de hoop dat er toch steeds meer bedrijven en particulieren zullen zijn die over willen stappen naar deze vorm van duurzame, schone en voordelige energieopwekking. Zo heeft men de investering dan ook eerder weer terugverdiend waardoor men uiteindelijk gratis stroom kan gebruiken die opgewekt is door de wind.

De Mini windturbine
De Belgische regering is de laatste tijd bezig met het aanmoedigen van bedrijven en particulieren om hen over te laten stappen van de conventionele- naar schone en duurzame energie. De grijze energievorm wordt door de hoge belastingen die erop geheven worden samen met de prijsstijgingen ten gevolge van de steeds duurder wordende ruwe aardolie steeds minder aanlokkelijk voor een alsmaar groeiende groep consumenten. Door daarnaast nog een aantal financiële voordelen in het vooruitzicht te stellen wil de regering trachten om nog meer personen over te halen om bijvoorbeeld voor het gebruik van zonne- of windenergie te kiezen. Zie ook info over zonnepanelen. 

Naast windmolens die door commerciële energiebedrijven in worden gezet voor het opwekken van energie zijn er eveneens verschillende varianten in de handel gebracht voor gebruik door particulieren of kleine bedrijven. Op deze wijze kan men aan de eigen energievraag voorzien of voor tenminste een bepaald deel daarvan. Deze windmolens zijn doorgaans vrij klein en worden dan ook wel als mini windmolens aangeduid.

Theoretisch gezien zou men op nagenoeg iedere gewenste locatie een windmolen kunnen neerzetten maar een tuin van minimaal 500 m2 is hier zeker voor nodig.. De mini windmolens nemen weinig plaats in en zorgen bovendien voor een gering geluidsniveau waardoor er van geluidshinder vaak geen sprake is. Een dergelijke mini windmolen kan voor een gemiddeld huishouden van vier personen een energiebesparing van ongeveer 50 tot zelfs wel 100 procent betekenen. Natuurlijk hangt dit af van de vraag naar energie en de capaciteit van de mini windmolen. Een ander aspect dat bepaalt of een mini windmolen rendabel zal zijn voor een bepaalde situatie is onder andere de mate waarin een bepaald huis is geïsoleerd.

Mini windmolens zijn met verschillende capaciteiten te koop waardoor men er tussen de 5.000 en de 30.000 kWh aan elektriciteit jaarlijks mee op kan wekken. Men dient dan wel rekening te houden met een flink aankoopbedrag dat schommelt (afhankelijk van het vermogen van de turbine) tussen de 12.500 en 50.000 euro. In dit bedrag is dan het installeren en het in werking stellen van de mini windmolen vaak wel inbegrepen. Desondanks blijft de aanschaf toch een gigantische investering.

De verticale windturbine
Een andere naam voor een verticale windturbine is een VAWT. VAWT is de afkorting van de Engelse term Vertical Axis Wind Turbines. Een verticale windturbine is een soort windturbine die gebruik maakt van een verticaal roterende as waaraan de rotorbladen (wieken) bevestigd zijn. De werking van een verticale windturbine is, ondanks de andere stand van de as, nagenoeg gelijk aan die van een windturbine die uit is gerust met een horizontale as.

Doordat de stand van de rotorbladen bij een verticale windturbine verschillend is van de stand van de as bij een horizontale variant, is deze windturbine in mindere mate gevoelig voor veranderingen van de richting waaruit de wind waait. Een horizontale windturbine moet namelijk steeds weer met de rotorbladen naar de wind toe worden gekeerd. Dit wordt dan ook dikwijls als een voordeel van het gebruik van een verticale windturbine beschouwd.

Een ander belangrijk voordeel dat een verticale windturbine heeft is het feit dat de dynamo aan de voet van de windturbine op de grond geplaatst kan worden. Het onderhoud kan op die manier dus eenvoudiger en vaak ook veiliger uit worden gevoerd. In vergelijking met een horizontale windturbine kan er bij een verticale variant met aanzienlijk lichtere materialen worden gewerkt voor de bouw van het dragende gedeelte van het werktuig. De grootste kracht wordt immers naar de basis gebracht die zich op de grond bevindt.

Ondanks alle voordelen die een verticale windmolen heeft kan men het pulseren van de koppel als een vervelend nadeel beschouwen. Met name bij de wat oudere modellen turbines kwam het met enige regelmaat voor dat tijdens iedere draaiing van de koppel deze begon te pulseren. Deze oude modellen hadden bovendien een vrij hoge windsnelheid nodig om in beweging te worden gebracht. De moderne uitvoeringen hebben daarom dikwijls zogeheten helicale (dus gedraaide) rotorbladen die de wind nog veel beter op kunnen vangen en sneller in beweging zullen komen.

Verticale windturbines worden vaker op plaatsen waar minder wind staat geplaatst of op locatie waar de windrichting regelmatig zal veranderen. Het grondoppervlak van een verticale windturbine is echter vaak wat groter dan van een horizontaal exemplaar.