Windturbine

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Zie voor kleine turbines het artikel Mini-windturbine.
Windturbines op de rechter havendam in Zeebrugge
Een van de vier windturbines (2005) uit Lanaken industriepark
Windturbines in opbouw voor het windmolenpark voor de Noord-Hollandse kust
Opbouw windturbine te ArcelorMittal Gent
Onderdelen van een windturbine
Tonmolen met verticale as te Paasloo. Deze molen wordt gebruikt om een waterpomp aan te drijven, maar met hetzelfde principe kan een generator aangedreven worden.

Een windturbine is een turbine die de energie van de wind omzet in elektriciteit door middel van een generator. Moderne windturbines onderscheiden zich hiermee van traditionele windmolens, die direct gebruik maken van de mechanische energie om bijvoorbeeld graan te malen (korenmolen) of water te pompen (poldermolen). Windturbines worden vaak toegepast in windmolenparken.

Indeling en vermogen[bewerken | brontekst bewerken]

Windturbines kunnen naargelang de bouw en het geleverde vermogen ingedeeld worden volgens grootte:[1]

  • kleine windturbines, soms ook mini-windturbines genoemd: maximaal 15m masthoogte (hier gemeten vanaf het maaiveld waarop de windturbine wordt geplaatst), en een vermogen van 0,5 tot 10 kW (kilowatt).
  • middelgrote windturbines: vanaf 15 m masthoogte en een vermogen van 10 tot maximaal 300 kW.[2]
  • grote windturbines: vermogen groter dan 300 kW; moderne windturbines halen vermogens tot 12 MW (megawatt).

Horizontale of verticale as[bewerken | brontekst bewerken]

De twee hoofdtypes windturbine zijn de horizontale-asturbine en de verticale-asturbine. Windturbines met een horizontale as worden wereldwijd het meest toegepast. Verticale-aswindturbines (VAWT) zijn onafhankelijk van de windrichting. Voor toepassing in bebouwde omgeving of op gebouwen zijn verticale-asturbines zeer geschikt.

Onderdelen[bewerken | brontekst bewerken]

Een windturbine bestaat uit een fundering, een mast, een gondel met daarin de elektrische generator en in de oudere types de versnellingsbak. Steeds meer nieuwe windmolens zijn direct drive, met een kortere, dikkere gondel waarin permanente magneten direct met de hoofdas ronddraaien. Dit type heeft veel minder onderhoud nodig. De feitelijke turbine bestaande uit een aantal, meestal 3, wieken die ook bladen of vleugels genoemd worden.

Fundering[bewerken | brontekst bewerken]

Een windturbine moet goed verankerd worden met de grond waarop hij staat. Op land wordt uit kostenoverweging vaak een ondiepe fundering gebruikt. De fundering is gemaakt van beton, en is voorzien van doorvoeren waar de elektriciteitskabel door heen kan.

Bij offshorewindparken zijn er drie gangbare funderingstypen, een driebenige voet (tripod), een bucket fundament of een rechte mast (monopile). Er wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om windturbines met drijflichamen te maken waarbij geen directe verankering meer is met de zeebodem. Hierdoor zou plaatsing van windturbines in dieper water mogelijk worden. Deze zijn echter nog in de testfase.

Omdat moderne windturbines groter zijn dan oudere versies is het (nog) niet mogelijk om de fundering daarvan te gebruiken voor nieuwe windturbines.

Mast[bewerken | brontekst bewerken]

Een mast van een windturbine moet veel belasting kunnen verdragen. Groter nog dan de belasting van de gondel, generator en bladen is de windbelasting die de mast te verduren krijgt. Daarom is de regel: hoe hoger de mast, hoe breder de voet. De ashoogte van windturbine is met de jaren ook sterk gestegen. Waren de windturbines rond 1980 ongeveer 15 meter hoog, midden jaren 1990 hadden ze al een hoogte van 50 meter. Tegenwoordig zijn windturbines gemiddeld 100 meter hoog. De verwachting is dat de windturbines in de toekomst gemiddeld een ashoogte hebben van 150 tot 200 meter hoog.[3]

De mast kan gemaakt zijn van beton of staal. Afhankelijk van de grootte ervan kan deze door middel van lieren opgetakeld worden. Grotere exemplaren moeten met behulp van een kraan in elkaar gezet worden. Binnen in de mast bevinden zich een ladder, eventueel een lift en de stroomkabels.

Het transport van masten van de productielocatie naar de bouwplaats is een grote logistieke uitdaging. Omdat een mast in een stuk qua gewicht en omvang niet te transporteren valt, wordt de mast in onderdelen getransporteerd en op locatie in elkaar gezet. De verschillende onderdelen zijn zo groot mogelijk. Een stalen mast bestaat uit twee tot vier secties die met flensverbindingen aan elkaar bevestigd worden. De wanddikte bedraagt 20 tot 60 millimeter.

Gondel[bewerken | brontekst bewerken]

In de gondel bevindt zich een generator en in oudere types ook de tandwielkast. De generator zet de bewegingsenergie van de as om in elektriciteit en is te vergelijken met een grote dynamo. Sommige windturbines hebben een tandwielkast. Deze werkt als een versnellingsbak: de rotatiesnelheid wordt ermee vergroot. De tandwielkast is een kwetsbaar onderdeel waardoor sommige fabrikanten kiezen voor een direct aangedreven generator, de zogenaamde direct-drive of gearless windturbine. Windturbines zijn uitgevoerd met een aerodynamisch remsysteem om ze stil te kunnen zetten bij noodsituaties of onderhoud. Een windvaan op de gondel meet de windrichting. Zodra deze verandert, richt een kruimotor de gondel weer recht op de wind.

Wieken[bewerken | brontekst bewerken]

De wieken van een windturbine zijn belangrijke onderdelen. Moderne wieken zijn gemaakt van met glasvezel of koolstofvezel versterkte kunststof. De maximale bladlengte van moderne windturbines ligt rond de 65 meter bij landgeplaatste turbines en rond de 85 meter bij offshore turbines. De naaf is het punt waar de wieken bij elkaar komen.

Onderhoud[bewerken | brontekst bewerken]

Bij windturbines wordt er gemiddeld vier keer per jaar gepland onderhoud verricht: visueel, smering, elektrisch en het mechanische onderhoud. Dit probeert men zoveel mogelijk uit te voeren op windluwe dagen, zodat er zo min mogelijk productieverlies is.

Voor- en nadelen[bewerken | brontekst bewerken]

Video: windturbine

De belangrijkste voordelen van windenergie zijn:

  • Vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen als steenkool, aardolie en aardgas
  • Relatief lage exploitatiekosten (wind is gratis)
  • Minder vervuiling (fijnstof) en CO2-uitstoot ten opzichte van andere energiebronnen
  • Verminderde afhankelijkheid van andere energiebronnen en hun leveranciers (olie- en gasproducerende landen)
  • Lokale energieopwekking bij het ontbreken van de aansluiting op een regionaal distributienetwerk;
  • (Lokale) werkgelegenheid vanwege productie, installatie en onderhoud
  • Minder risico op een catastrofe dan kernenergie, al is volgens sommige bronnen[4] een windturbine helemaal niet zo veilig indien men het aantal doden meerekent dat valt bij de winning van de benodigde grondstoffen, bij de installatie, bij het onderhoud en de afbraak.
  • Uit Brits onderzoek blijkt dat de meeste windturbines na 25 jaar nog steeds economisch rendabel zijn.[5]

De belangrijkste nadelen van windenergie zijn:

  • Variabele opbrengsten door fluctuerende windsnelheden waardoor een alternatief, of opslag van elektra nodig is voor windvrije dagen, en voor maanden met minder wind en veel vraag (winter). Accu's zijn hiervoor minder geschikt, maar in toenemende mate blijkt dat met waterstof goed te kunnen, vooral in Nederland waar al diverse gasnetten liggen.
  • Het stroomnet krijgt meer pieken en dalen
  • Hoge investeringskosten, vooral offshore
  • Landschapsvervuiling
  • Invloed op flora en fauna: vogels en vleermuizen vliegen ertegen aan,[6][7] maar ook dieren die geluid gebruiken om te jagen/overleven kunnen hier veel[bron?] last van krijgen.
  • Slagschaduw, geluidshinder en nachtelijke verlichting voor omwonenden, die door steeds groter wordende masten en wieken verder reiken.[8]
  • Het overblijven van niet-afbreekbare onderdelen na het einde van de (economische) levensduur (zoals de met kunststof versterkte wieken en de gewapend betonnen voet).[9]

Onduidelijkheden over windturbines op land:

  • De hoeveelheden geluid (hoorbaar, laagfrequent en infrasoon) die windturbines produceren. Complicerende factoren zijn de doorontwikkeling van en toenemende afmetingen van windturbines.
  • De reikwijdten van deze soorten geluid. Complicerende factoren zijn de doorontwikkeling van en toenemende afmetingen van windturbines.
  • De invloed hoorbaar geluid, laagfrequent geluid[10] en infrasoon geluid op mensen, zowel structureel (omwonenden) als incidenteel (dagjesmensen).
  • De verantwoorde afstand tussen windturbines op land en woningen. In Nederland staan windturbines vaak te dicht bij woningen, terwijl dat niet nodig is.[11] In lijn met de wetgeving over afstanden tussen windturbines en woningen in Denemarken[12], Polen[13] en de Duitse deelstaat Beieren[13] adviseren Nederlandse deskundigen om een minimale afstand aan te houden van 10x de hoogte van de turbine.[11]. Bij een windturbine van 250 meter, waar de turbine ongeveer op 170 meter staat, is de afstand tot woningen dan minimaal 1,7 kilometer.
  • Het mogelijke effect van de 'wake' op de verspreiding van onder andere fijnstof, bij windturbines die in de buurt van snelwegen staan. Aan de achterzijde van de windturbine ontstaat een luchtstroom die lijkt op de luchtstroom aan de voorkant van een ventilator (de 'wake'). Het is onduidelijk wat de invloed is van deze 'wake' op de verspreiding van stikstof en anderen schadelijke stoffen rondom autowegen en over welke afstand de 'wake' deze schadelijke stoffen verspreidt.

Debat[bewerken | brontekst bewerken]

Er is vaak verzet van omwonenden van toekomstige windparken en windturbines vanwege angst voor overlast. Een positieve aanpak is omwonenden laten deelnemen als mede-eigenaar. De deelnemers kunnen zich dan identificeren met "hun" molen, waardoor de weerstand kan verminderen. Zo is in Kerkrade een project met 2 turbines geslaagd. Daar waren 600 participaties van 2625 euro beschikbaar voor omwonenden.

In een debat in De Telegraaf bleek in 2009 een kleine meerderheid tegen overheidsbijdragen aan windenergie.[14] In de verkiezingscampagne voor de Tweede Kamer van 2010 beweerde VVD-lijsttrekker Mark Rutte: "Windmolens draaien op subsidie". Voorstanders kwamen met tegenargumenten: subsidie aan windenergie schept een gelijk speelveld met bijvoorbeeld kolencentrales, die een indirecte subsidie ontvangen.[15]

De laatste jaren is er toenemende weerstand tegen plannen om windturbines te plaatsen. Protesten richten zich tegen gemeenten die windturbines willen plaatsen,[16] maar het gaat ook om particuliere initiatieven.[17]

In mei 2021 waarschuwen ruim 100 artsen voor de gezondheidsrisico's bij het mogelijk plaatsen van windturbines nabij Amsterdam.[18] Huisartsen in Rijssen-Holten nemen deel aan een vergadering van de gemeenteraad om hun zorgen over het initiatief om windturbines te plaatsen in de gemeente te uiten.[19] Artsen en medici hebben een landelijke organisatie opgericht om mensen voor te lichten over de gezondheidsrisico's van windturbines en wetenschappelijke literatuur toegankelijk te maken.[20] Onderzoek van het RIVM geeft geen duidelijk gezondheidsrisico, de uitkomsten van wetenschappelijk onderzoek zijn wisselend. [21]

Ongevalrisico[bewerken | brontekst bewerken]

Ook bij windturbines komt het soms tot ongelukken. Vaak staan windturbines in het vrije veld en niet in dichtbebouwde omgeving waardoor ongelukken niet vaak leiden tot persoonlijk letsel. Als er al letsel is dan is dit vaak gerelateerd aan uitgevoerde werkzaamheden. Doordat windturbines zeer hoog zijn en boven de bestaande bebouwing uitreiken geven branden en afbrekende rotorbladen in windturbines een spectaculair gezicht. Tegenstanders van windenergie gebruiken deze ongelukken om de risico's van windenergie in beeld te brengen.

Elektrocutie[bewerken | brontekst bewerken]

Een windturbine produceert elektriciteit. Bij ondeskundige behandeling kan dit het risico van elektrocutie met zich meebrengen.[bron?]

Valgevaar[bewerken | brontekst bewerken]

Windturbines brengen door hun hoogte gevaren op het gebied van vallen met zich mee. Hierbij kan gedacht worden aan vallende personen, maar ook aan vallend gereedschap dat letsel kan veroorzaken.[bron?]

Beknelling[bewerken | brontekst bewerken]

Een windturbine bestaat uit verschillende draaiende onderdelen. Zo kan de gondel draaien ten opzichte van de mast, de wieken draaien en geven via een tandwielenkast hun energie door aan de generator. Bij inspectie en reparatie moeten soms veiligheidsmechanismen verwijderd worden waarbij het risico bestaat op beknelling.

Brandgevaar[bewerken | brontekst bewerken]

In de gondel zijn diverse vloeistoffen aanwezig die nodig zijn om de molen draaiende te houden zoals hydraulische olie en vet. Dit brengt het risico van brand met zich mee. Vanwege de hoogte staat de brandweer vaak machteloos. Vanwege de bouwvorm bestaat ook het risico op een schoorsteeneffect. Zo brandde op 29 oktober 2013 een windturbine uit in het windpark Piet de Wit bij Ooltgensplaat waarbij twee monteurs om het leven kwamen.[22] Op 31 oktober 2006 brandde een windturbine bij de Friese plaats Heerenveen volledig af.[23]

Vallende rotorbladen[bewerken | brontekst bewerken]

Rotorbladen zitten met bouten vastgemaakt aan de naaf. Door blikseminslag of metaalmoeheid kan deze verbinding losraken waarbij een blad kan vallen. Ook kan een windturbine "op hol" slaan waarbij de molen door de middelpuntvliedende kracht uit elkaar getrokken wordt. In 2008 brak een wiek af van een windturbine bij Oudkarspel[24], in 2009 was dat het geval bij een windturbine van het windmolenpark Harry van den Kroonenberg bij Lelystad.[25] In beide gevallen leverde dit geen extra schade op aan de turbine zelf. In december 2014 viel er een blad van de windturbine bij Medemblik[26] waarschijnlijk als gevolg van haarscheuren.[27] In 2008 sloeg in Denemarken een windturbine op hol; een wiek brak af door de middelpuntvliedende kracht en door de daaruit resulterende onbalans bezweek de toren.[28]

IJsafzetting[bewerken | brontekst bewerken]

Net als bij vliegtuigen kan er op rotorbladen bij winterse omstandigheden ijsafzetting optreden. Een onbalans in de rotorbladen kan hierbij een gevolg zijn, met het risico op vallende rotorbladen. Ook kunnen kleine stukjes ijs losraken en tot rondvliegende projectielen worden. Om schade te voorkomen zijn moderne turbines uitgerust met een ijsdetectiesysteem, dat de turbine uitschakelt zodra er ijs gedetecteerd wordt. Zodra het ijs weg is, zal de turbine automatisch weer aangezet worden.

Gezondheid[bewerken | brontekst bewerken]

Geluidsoverlast[bewerken | brontekst bewerken]

Bij geluid zijn twee componenten van belang, namelijk de toonhoogte van geluid (Hertz / Hz) en het volume van geluid (Decibel / dB). Mensen kunnen gemiddeld genomen geluiden horen tussen de 20 Hz en 20.000 Hz en deze bovengrens neemt af naarmate men ouder wordt tot ongeveer 15.000 Hz. Qua volume ligt de pijngrens voor mensen rond de 120 dB.

Geluid tussen de 20 Hz en ongeveer 200 Hz wordt aangeduid met laagfrequent geluid en dit geluid wordt omschreven als een bromtoon of zoemtoon. Geluid onder de 20 Hz is niet hoorbaar, maar kan wel voelbaar zijn. Deze trillingen worden infrasoon geluid genoemd.

Windturbines maken geluid dat voornamelijk ontstaat wanneer de wiek de mast passeert (de bekende ‘whoessj’). Naast dit pulserende geluid ontstaan er ook onregelmatig laagfrequent en infrasoon geluid door luchtverplaatsing. Hoe groter de windturbine, en hoe groter de volumes luchtverplaatsing, hoe meer laagfrequent en infrasoon geluid ontstaat.[29]

Geluid van windturbines is geen ‘natuurlijk’ geluid, waardoor de hersenen het geluid moeilijker accepteren en eigenlijk altijd onbewust gealarmeerd worden. Bij natuurlijke geluiden (bijvoorbeeld spelende kinderen op een schoolplein) is het geluid wel hoorbaar, maar schakelen de hersenen de prikkel na verloop van tijd uit. Bij het onnatuurlijke geluid van windturbines is dat niet zo. Een extra complicerende factor is het plaatsen van meerdere windturbines bij elkaar omdat er dan een onvoorspelbare kakofonie van onnatuurlijk geluid ontstaat.[29] Een kenmerkend aspect van de hinder door windturbinegeluid wordt veroorzaakt door de ‘amplitudemodulatie’, het variëren van de geluidssterkte en het ritme van de ‘whoessj’ door afwisselende windsnelheid.

Hoe en tot welke afstand de geluiden en trillingen verplaatsen is afhankelijk van het terrein rondom de windturbine, het landschap, bebouwing, windkracht, windrichting, temperatuur en kenmerken van de windturbine.[30] 's Nachts is er meer geluidsproductie omdat het dan vaak harder waait en gedurende de nacht is het geluid ook nog eens beter hoorbaar omdat andere omgevingsgeluid (bijvoorbeeld verkeer) minder is. In de nacht mag een windmolen niet meer dan 41 dB geluid produceren, overdag mag dit 47 dB zijn.[31]

Door de lange golflengte komt infrasoon en laagfrequent geluid (ILFG) veel verder dan ander geluid. De afstanden wisselen door het resonantiepatroon van de golven en zijn bovendien ook moeilijk te meten. Vaak ontstaat er ook nog resonantie binnen gebouwen; de muren gaan dan ook trillen waardoor er een klankkast ontstaat voor de hoorbare geluiden en onhoorbare trillingen.[32] Hierdoor kan de geluidssterkte van infrasoon geluid binnen een woning hoger zijn dan buiten de woning. In 2021 kende een Franse rechtbank voor het eerst een schadevergoeding toe wegens het windmolensyndroom, de gezondheidsimpact van de abnormale geluidsoverlast nabij windturbines.[33]

Geluid van windturbines, en dan vooral het laag frequent en infrasoon geluid, laat zich nauwelijks voorspellen door de complexe werking van geluid. Het is niet zo dat een windturbine van 250 meter twee keer zoveel geluid zal maken als een windmolen van 125 meter. Of dat het geluid van een nieuwe turbine van 250 meter twee keer zo ver gaat komen als van een kleine van 125 meter. Wat het effect is van de grote hoeveelheden luchtverplaatsingen bij nieuwe, hoge, windturbines zal pas bekend zijn, en ervaren worden, als ze geplaatst zijn.

Natuurschade[bewerken | brontekst bewerken]

Windturbines kunnen dodelijk zijn voor vogels en vleermuizen, die ertegenaan vliegen, door de wieken meegezogen worden, of op andere manieren in hun leefgebied verstoord worden.[6][7][34]

Om deze natuurschade zoveel mogelijk te beperken, worden een reeks ingrepen overwogen en toegepast:

  • geen windturbines bouwen in ecologisch kwetsbare gebieden
  • de windturbines tijdelijk stilleggen bij detectie van zwermen vogels of vleermuizen, en vooral tijdens de trek;[35] het stilleggen zou daarbij slechts een gering rendementsverlies veroorzaken[36]
  • het verhogen van de masten, waardoor kwetsbare vogelsoorten er onderdoor vliegen
  • een van de wieken zwart schilderen, zodat vogels een visuele waarschuwing krijgen.[37]

Windturbines in Nederland en België[bewerken | brontekst bewerken]

Men vindt deze windturbines soms in grote 'parken' met vele windturbines, bijvoorbeeld in Nederland op de Maasvlakte en in België in de haven van Brugge-Zeebrugge.

Zie Windturbines in Nederland voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Begin 2012 stond er voor 341 MW aan windturbines in Vlaanderen.

Zie Windturbines in Vlaanderen voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Kleur[bewerken | brontekst bewerken]

Windturbines zijn doorgaans geheel wit. In de jaren 1980 werd in Denemarken onderzoek gedaan naar het visueel reduceren van windturbines, waarbij bleek dat wit vanaf de grond het minst opviel, terwijl het boven vanuit de lucht wel goed zichtbaar was. Voor de kleur wit zijn zelfs standaardkleuren in gebruik: RAL 9010 voor witte turbines, of RAL 7035 voor lichtgrijze turbines. Voor omstandigheden in slecht weer worden soms rode strepen of punten op de wieken aangebracht, en Duitse turbines hebben een rode streep als ze binnen vijf kilometer van een vliegveld staan, of twee strepen bij grotere afstand. In gebieden met veel sneeuw wordt de mast soms rood/wit gestreept.[38]

Trivia[bewerken | brontekst bewerken]

Zie ook[bewerken | brontekst bewerken]

Externe links[bewerken | brontekst bewerken]

Zie de categorie Wind turbines van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.