Succes stadswindturbines hangt af van kwaliteit windaanbod

Er zijn twee nieuwe windmolens in ontwikkeling, die speciaal ontworpen zijn om binnen de bebouwde omgeving elektriciteit op te wekken. De belangrijkste uitdaging lijkt nog te zijn om een geschikte locatie te vinden, want een voldoende aanbod aan wind lijkt cruciaal voor een succesvolle toepassing.

Rijkert Knoppers
In: Installatie Journaal augustus september 2014

Eind mei vond in het Innovation Dock van de Rotterdamse RDM Campus de presentatie plaats van een nieuw proefmodel windturbine voor de stedelijke omgeving: de Liam f1, ook bekend onder de naam Archimedes Urban Windturbine. De molen bestaat uit drie cirkels die in elkaar zijn gewikkeld, waardoor de turbine nog het meest lijkt op een langwerpige spiraalvormige schelp. Het maximum vermogen van de driebladige turbine ligt op 1,5 kW, de bladen hebben een doorsnee van 1,5 meter en de turbine kan hooguit 450 toeren per minuut draaien. Met een relatief geringe hoogte van 1,50 meter zou de Archimedes erg geschikt zijn om op het dak of aan de gevel te plaatsen. Dankzij de bijzondere vorm, waarbij de ontwerper Rinus Mieremet zich liet inspireren door het ideeëngoed van de Griekse wiskundige Archimedes (287-212 v. Chr.), draait de ongeveer 100 kg wegende testmolen nagenoeg zonder enige geluidsproductie, de website noemt 45 decibel in draaiende toestand en dat zou stiller zijn dan het geluid van regen of het geluid in een bos. Zelfs bij harde wind zou er nauwelijks enig geluid te beluisteren zijn.
Bijzonder is dat de rotor ook blijft draaien als de wind onder een hoek van 60 graden in de rotor terecht komt, door de vorm richt de Liam zich automatisch op de windrichting. ‘Er zijn windturbines die werken met de druk van de lucht, zoals bijvoorbeeld een Savoniusrotor,’ vertelt Mieremet. ‘Daarbij kan het uiteinde van de rotor nooit sneller draaien dan de windsnelheid. Andere windturbines maken gebruik van de lift, net zoals een vliegtuigvleugel. Hierbij kan de tipsnelheid hoger uitpakken dan de luchtsnelheid. De Liam turbines maakt gebruik van beide principes, maar hoe die onderlinge verhouding precies ligt weten we nog niet.’
Dankzij het gecombineerd gebruik van druk en lift zou de turbine met een efficiency met 52 procent uitstekend presteren, het theoretische maximum van windturbines ligt volgens de zogeheten Betz Limiet op 59,3 procent. Volgens Mieremet is de terugverdientijd van de Liam F1, afhankelijk van de gemiddelde windsnelheid op een bepaalde locatie, 8 tot 15 jaar. ‘De specificaties van de Liam F1 zijn getest door het onafhankelijke instantie, de Pusan University in Pusan, Zuid Korea,’ verduidelijkt Mieremet, die 11 jaar op het ontwerp heeft gestudeerd. ‘Ik heb ook ooit samengewerkt met de TU Delft, maar dat bleek zo’n tijdrovende aangelegenheid. Als je van hun windtunnel gebruik wilt maken, moet je zes maanden wachten, in Pusan kan je elk moment terecht.’ De definitieve windmolen krijgt naar verwachting een gewicht van 75 kg, en gaat ongeveer 4.000 euro kosten, exclusief BTW. Volgens de website ligt de opbrengst bij een windsnelheid van 4,5 m/s gemiddeld tussen de 300 en 2.500 kWh per jaar. Dit is gemeten op ongeveer 10 meter hoogte, wat overeenkomt met de gemiddelde hoogte van een dak van een rijtjeshuis in ons land. Ook aan de veiligheidsaspecten is gedacht, bij storingen of bij windsnelheden boven de 35 meter per seconde remt een elektrische noodrem de molen af.
Naast de Liam F1 is er ook tegelijkertijd een 32 kg wegend kleiner model ontwikkeld, de Liam Mini, met een wiekdoorsnee van 0,75 meter en een maximum vermogen van 250 W. Deze is speciaal bedoeld is voor plaatsing op lantaarnpalen, bijvoorbeeld in het buitengebied, waar geen elektriciteitsnet aanwezig is, maar waar toch behoefte aan verlichting bestaat.

Raamventilator

Over enkele maanden zal ook de 2Dutch Windmill verkrijgbaar zijn, een stadswindmolen die met steun van het Europese innovatiefonds in ontwikkeling is bij het in Dedemsvaart gevestigde Insidiamini in samenwerking met diverse technische universiteiten, waaronder van Düsseldorf en Leuven. De windturbine laat zich op het eerste gezicht nog het beste beschrijven als een raamventilator: een ronde behuizing van enkele tientallen centimeters doorsnee waarbinnen een schoepenrad en een daaraan gekoppelde generator zijn gemonteerd. De behuizing loopt aan een kant enigszins taps naar buiten om zoveel mogelijk wind te kunnen vangen. De turbine zou volgens de website zowel bij zeer lage als ook bij relatief hoge windsnelheden nog steeds elektriciteit kunnen produceren. Opvallend is de zeer korte energetische terugverdientijd, die op nog geen vijf jaar zou liggen, ten opzichte van de terugverdientijd van zonnepanelen zou deze termijn twee keer zo kort zijn. ‘Een van de eerste toepassingen zal hopelijk zijn bij de zeer energiezuinige Ewoning waarmee we in het Drentse Pesse bezig zijn,’ vertelt Leo Hoksbergen van Ewoning BV, die samenwerkt met de initiatiefnemers van de 2Dutch Windmill. ‘Als Ewoning BV ontwikkelen we volledig energieneutrale, optimaal geïsoleerde woningen volgens het zogeheten Passief Wonen concept. We zijn niet alleen in Drenthe actief maar proberen het concept ook in andere plaatsen in Nederland te realiseren. De Ewoningen krijgen geen aansluiting op het gasnet, voor de elektrische energieopwekking kan deze windturbine als alternatief voor zonnepanelen een nuttige rol spelen. Het is zelfs denkbaar dat de turbine meer stroom gaat produceren dan voor het eigen gebruik. In dat geval kunnen er meerdere woningen elektriciteit van de betreffende 2Dutch Windmill afnemen.’
Volgens de beschikbare informatie hoeft de nieuwe windturbine niet eens op het hoogste punt op het dak te staan om toch een acceptabele hoeveelheid stroom te produceren. Ook zou de turbine trillingsvrij en geluidloos kunnen draaien, waardoor deze toepassing met name binnen de gebouwde omgeving aantrekkelijk zou zijn. Een prototype van de Windmill is momenteel in ontwikkeling en de verwachting is dat de productie van de betreffende windmolen vanaf volgend jaar in een nieuwe fabriek in Hasselt van start zal gaan.

Windaanbod

Ondanks de enthousiaste pogingen om stadswindturbines in de markt te zetten, klinken er ook pessimistische berichten, waaruit zou blijken dat windenergie in de bebouwde omgeving een lastig concept blijkt te zijn. Dit ligt hoogstwaarschijnlijk niet zozeer aan de kwaliteit van de windturbines, maar eerder aan de kwaliteit van het windaanbod. Zo plaatste het Belgische distributienetbeheerder Sibelga een jaar geleden een 12 meter hoge windturbine aan de Werkhuizenkaai in Brussel. De horizontale as windturbine met wieken van 3,7 meter doorsnee en een vermogen van 2,4 kW zou jaarlijks zo’n 3600 kWh elektriciteit kunnen produceren. De resultaten zijn sterk tegengevallen, zo bleek afgelopen juli uit een bericht in Brussel Nieuws, er bleek wel wind te zijn, maar die was nutteloos omdat deze voortdurend uit verschillende windrichtingen stroomde. ‘In zijn algemeen zie je dat uitvinders van stedelijke windturbines heel veel op hun intuïtie afgaan en zich niet baseren op wetenschappelijk onderzoek,’ vertelt hoogleraar stedenbouwfysica Bert Blocken van de Technische Universiteit in Eindhoven. ‘We hebben bijvoorbeeld hier ook een verticale as windturbine onderzocht. Het blijkt, dat zelfs als deze turbine een ideale rotor zou hebben, deze vaak slechts 20 tot 30 procent van de elektriciteit levert, die theoretisch haalbaar zou zijn. Dit komt vooral door een verkeerde afstelling tussen de rotor en de elektromechanica.’ Binnen de stedelijk omgeving komt daar bij, dat het windregime niet eenvoudig in kaart te brengen is. ‘Ook in dit opzicht zie je dat er vaak te weinig onderzoek gebeurt naar de juiste locatie,’ stelt Blocken, die al ruim 15 jaar windturbines onderzoekt. ‘Bij elk nieuw project zien we zaken die we niet verwacht hadden, zowel in positieve als in negatieve zin. Het gaat dan om windstromingen binnen de stad en bijvoorbeeld om windbewegingen rondom gebouwen. Vandaar dat ik liever geen uitspraken doen over nieuwe modellen windturbines voordat we testen hebben gedaan. Een windtunnelproef of ander onderzoek is echt noodzakelijk voordat je windturbines binnen de stedelijke omgeving gaat toepassen.’

 

Geef een antwoord