Windmolens bewijzen zich in de praktijk

Laten politici zich niet van de wijs brengen door een recent rapport over tegenvallende opbrengsten, betogen Dolf Elsevier van Griethuysen en Hans Timmers in een opinieartikel in NRC Handelsblad.

BNR Nieuwsradio dacht vorige week dinsdag een primeur te hebben: windmolenparken leveren 80 procent minder energie op dan vooraf gedacht, zo interpreteerde de verslaggeverij een Amerikaans-Duits onderzoek van het Max-Planck Instituut. Reden: de achterste windmolens vangen minder wind dan de voorsten. Verwezen werd naar Borssele: voor de kust wordt daar 344 vierkante kilometer aan windparken aangelegd.

Het onderzoek, uitgevoerd door Lee Miller et al. en gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift PNAS, baseert zich echter op een theoretisch model dat ‘de grens van het mogelijke’ berekent: als we de wereld, of in ieder geval een héél groot gebied, vol zetten met heel veel windmolens wat is dan het maximum vermogen dat we uit een vierkante meter kunnen halen. Vergelijk het met onderzoek naar het absolute nulpunt voor temperatuur: die is 273 gaden Celsius onder nul. Kouder bestaat niet. Dat is een temperatuur die alleen in extreme omstandigheden en met veel moeite kan worden bereikt.

Volgens Miller ligt het maximum op ongeveer 1,1 watt per vierkante meter of 1,1 megawatt (MW) per vierkante kilometer. Zijn team rekende dit uit aan de hand van een model dat gebaseerd is op een gebied van 100.000 vierkante kilometer - meer dan twee keer de oppervlakte van Nederland - in Kansas (VS), wat helemaal is volgebouwd met clusters van windmolens.

Het is al lang bekend dat de resterende energie achter een windmolen iets kleiner is dan ervoor. ‘Zog’ wordt dat genoemd. Kan ook niet anders: de energie moet ergens vandaan komen en moet ergens blijven. Maar verder weg achter die windmolen wordt de (wind)energie weer aangevuld vanuit bovenliggende luchtlagen. Als je de volgende windmolen maar ver genoeg weg plaatst achter zijn voorganger zal hij weer voldoende energie opleveren. Dat is de reden dat de onderlinge afstand tussen de windmolens in een windpark altijd minimaal zo’n vijf tot tien maal de diameter van de rotor (wieken) is.

Aan dit onderwerp is al veel gerekend en gemeten. Mede dankzij de vele offshore windparken in de Noordzee. De gemeten opbrengsten blijken meestal juist hoger dan vooraf berekend. Twee factoren zijn van belang: het opgesteld vermogen, uitgedrukt in megawatt per vierkante kilometer (MW/km2) en het aantal uren dat de windturbine effectief draait, uitgedrukt in ‘vollasturen’ (waarbij dan bijvoorbeeld twee uur op ‘halve’ windkracht telt voor één vollastuur). Zo wordt er rekening gehouden met de realiteit dat het soms hard waait, soms minder of niet.

Voor de berekening van subsidie voor windparken op zee rekent de overheid met 4000 vollasturen per jaar, 45 procent van het totaal aantal uren per jaar. Anderen rekenen met 3500 vollasturen per jaar, 40 procent van het totaal aantal uren per jaar. Ieder windpark levert in de praktijk dus effectief altijd 40 à 45 procent van de energie in vergelijking met de omstandigheid waarin er 100 procent van de tijd optimale wind is. In een uitzonderlijk windrijk jaar kan het meer zijn.

Nu het sommetje dat BNR uitlicht: het door de overheid aangewezen ‘windenergiegebied Borssele’ bestaat uit vier kavels van ieder 350 megawatt, samen 1400 megawatt op een totaal oppervlak van 344 vierkante kilometer. Dat is dus 4 megawatt per vierkante kilometer, of 4 watt per vierkante meter opgesteld vermogen, gemiddeld over het volledige gebied. Als we daar de vollasturen factor van 40 à 45 procent op loslaten komen we uit op 1,6 à 1,8 watt per vierkante meter effectief vermogen. In deze berekening beperken we ons tot de 344 vierkante kilometer aangewezen gebied. Maar nu al staat vast dat in een meer dan tien keer zo groot gebied daaromheen nooit windmolens zullen worden geplaatst omdat die gebieden bestemd zijn voor bijvoorbeeld scheepvaartroutes. Als we maar een klein deel van dat gebied meetellen in de berekeningen komen we met gemak ónder de 1,1 watt per vierkante meter die onderzoeker Miller heeft uitgerekend en voldoen we nu al ruimschoots aan de ‘Wet van Miller’ als die hier al geldig zou zijn.

Maar in het geval van de windparken op de Noordzee gaat het over een aanzienlijk kleiner oppervlak dan in het model van Miller. De door hem berekende effecten treden dan nog lang niet op. Dat geeft hij ook duidelijk aan in zijn artikel in het tijdschrift PNAS. Miller stelt in zijn onderzoek dat voor turbinedichtheden die aanzienlijk groter zijn dan wat er nu in Flevoland is opgesteld (0,6 watt per vierkante meter) – en Flevoland is al erg vol - en voor gebieden die veel groter zijn dan Flevoland (50 keer groter) er géén waarneembaar effect is dat de capaciteit zou afnemen: elke extra turbine levert evenveel extra energie op als de vorige.

Het zou goed kunnen dat als we de complete Noordzee en heel Europa volbouwen met heel veel windmolens, dat we dan tegen de grens aanlopen van de 1,1 watt per vierkante meter van het theoretische model van Miller. Maar zoals gezegd, dat is theorie. Onder gewone omstandigheden zal dat net zo min voorkomen als een buitenluchttemperatuur van 273 graden Celsius onder nul. In de praktijk kunnen we dus gewoon de volle 100 procent windenergie op de Noordzee opwekken zoals dat is voorzien in het Energieakkoord.

Dolf Elsevier van Griethuysen en Hans Timmers zijn coördinator offshore en voorzitter van de Nederlandse WindEnergie Associatie, NWEA.