Artikel: Energiebalans van een windmolen

Artikel: Energiebalans van een windmolen

Jan-Pieter den Hollander vergelijkt de embodied energy met opgewekte energie bij windmolens.

Windmolens zijn voor het grootste gedeelte van staal. De benodigde energie van het productieproces, transport, montage, sloop en recycling is de embodied energy van de windmolen. Daartegenover staat de energie die door de windmolen wordt opgewekt. Tesamen geeft dit de energiebalans van de windmolen.

Embodied energy
Een onshore windmolen van 0,6MW1 met een hoogte van 50 m en een rotordiameter van 40 m bevat grofweg 57 ton staal. Daarbovenop komt dan nog 3 ton koper, 300 kg aluminium en ongeveer 4,5 ton versterkt epoxyhars voor de rotorbladen. Zie de tabel met de energieverbruik voor de productie. Verder komt er nog energieverbruik bij voor installatie en onderhoud over een periode van twintig jaar van de turbine (zie tabel).

Embodied energy vs opgewekte energie
Hoeveel de windmolen per jaar opwekt is afhankelijk van de ruwheid van het terrein en lokatie. Voor de 0,6MW windmolen is dit 1,393 GWh per jaar. Dat is omgerekend 5015 GJ per jaar. De terugverdientijd van de embodied energy is dan 7-8 maanden. Over de levensduur van twintig  jaar wekt de windmolen ongeveer 32 keer de energie op die nodig is om de windmolen te maken (de embodied energy).

Tabel: Embodied energy versus opgewekte energie voor windmolen (0,6 MW)

Embodied energy
Onshore windmolen: 0,6MW, hoogte = 50 m, rotordiameter = 40 m
Productie                   1900 GJ
Installatie                     495 GJ
Onderhoud (20 jaar) 774 GJ
 Totaal                       3169 GJ

Opgewekte energie
Onshore windmolen: 0,6MW, hoogte = 50 m, rotordiameter = 40 m
Energielevering per jaar  5015 GJ
Terugverdientijd 7-8 maanden

Vergelijking met opwekking van elektriciteit in kolencentrale
Een andere vergelijking is die met de conventionele opwekking van elektriciteit in een (kolen)centrale. De kolencentrale heeft een bepaald rendement en het transport van de grondstoffen naar de centrale kost energie.

Om dezelfde hoeveelheid energie (=elektriciteit) op te wekken per jaar als de windmolen heeft de kolencentrale aan primaire energie ongeveer 2,3 keer zoveel nodig op basis van een netto rendement van 43,5 %. Op jaarbasis is dit 11528 GJ om de 5015 GJ aan elektriciteit op te wekken. Het produceren van de windmolen kost 3169 GJ. Deze energie is dan in 3169/11528 = 3-4 maanden terugverdiend.

Tabel: Opgewekte energie voor windmolen (0,6 MW) versus opgewekte energie in kolencentrale

Opgewekte energie windmolen (0,6MW)
Energielevering per jaar 5015 GJ

Opgewekte energie kolencentrale
Rendement 47%
Transport grondstoffen 8%
Netto rendement 43,5%
(incl. transport)
Primaire energie 11528 GJ
Embodied energy windmolen 3169 GJ
terugverdientijd 3-4 maanden

Toekomst met grotere vermogens (>2 MW) en offshore windmolens
Voor moderne windmolens met hogere vermogens (3MW en meer) is de terugverdientijd korter. Dit komt doordat het gewicht van de molen per opgewekt kWh procentueel lager wordt door nieuwe ontwikkelingen in de techniek terwijl het rotoroppervlakken kwadratisch toeneemt en daarmee ook het vermogen.

Verder is de tendens naar offshore windparken. Op zee volstaat een minder hoge mast dan op land (ongeveer 25%2 lager) zodat de embodied energy van de mast lager wordt. Tegelijkertijd kost de fundering meer energie maar de recycling van de stalen monopile is weer een voordeel3. De totale embodied energie van de offshore windmolen is hoger zijn dan die van de onshore windmolen maar dit wordt goedgemaakt door de duidelijk hogere opbrengst (ongeveer 75% meer).

Offshore windmolens gaan langer mee dan onshore windmolens omdat ze minder last hebben van vermoeiing. Dit komt doordat de turbulentie op zee lager is.

Auteur: ir. Jan-Pieter den Hollander
Projectleider bij Bouwen met Staal en adviseur duurzaamheid


Literatuur
1 Krohn, Soren: The Energy balance of modern windturbines, Windpower note 1997.
2 www.windpower.org.
3 LCA’s of offshore and onshore sited wind power plants based on Vestas V90-3.0MW turbines.

Afbeelding
Windmolen Vestas V80-2MW, offshore windpark Horns Reef in Denemarken (waterdiepte 8m).

Gerelateerde artikelen, events & downloads

c21 c125 c225 c243
Technische aanpassingen voor waterstof blijven beperkt

Technische aanpassingen voor waterstof blijven ...

Gisteren om 16:40 uur
timer 2 min

Het leidingennetwerk in Nederland is bij uitstek geschikt om ook waterstof door te loodsen. Waterstof vormt bovendien ...

Lees verder »

c21 c225 c243 c245
Programma Inspiratiedag Groenblauwe Schoolpleinen bekend

Programma Inspiratiedag Groenblauwe Schoolpleinen ...

Gisteren om 07:00 uur

Het programma van de Inspiratiedag Groenblauwe Schoolpleinen is bekend! Onder anderen Dave Ensberg-Kleijkers vertelt ...

Lees verder »

c21 c148 c225 c243
Onderzoek: 'COP minstens zo hoog voor natuurlijke koudemiddelen in warmtepompen'

Onderzoek: 'COP minstens zo hoog voor natuurlijke ...

12 mei om 10:00 uur
timer 5 min

Welke wet- en regelgeving geldt bij het implementeren van natuurlijke koudemiddelen in warmtepompen en wat is ...

Lees verder »

c21 c138 c185 c190 c225
Constructeurs verdiepen zich in maatschappelijk verantwoorde constructies

Constructeurs verdiepen zich in maatschappelijk ...

11 mei om 16:51 uur
timer 2 min

Het vak van de constructeur staat op donderdag 3 juni in de volle spotlights tijdens de online Dag van de Constructeur. ...

Lees verder »

c21 c168 c183 c225 c261
Datadag zoomt in op businesscases gebouwde omgeving

Datadag zoomt in op businesscases gebouwde omgeving

11 mei om 15:01 uur
timer 3 min

Na de eerste succesvolle Datadag Mobiliteit staat op donderdag 20 mei het onderwerp data opnieuw in de schijnwerpers ...

Lees verder »

c21 c225 c243 c265
Uitwisseling warmte en koude op bedrijventerreinen biedt veel kansen

Uitwisseling warmte en koude op bedrijventerreinen ...

11 mei om 11:01 uur
timer 5 min

Welke mogelijkheden zijn er voor jou en je bedrijf om de overtollige warmte of koude van andere bedrijven uit ...

Lees verder »

c21 c225 c268
Nieuw: digitaal magazine Industrialisatie

Nieuw: digitaal magazine Industrialisatie

10 mei om 07:00 uur

Vers van de pers: het digitale magazine Industrialisatie van Duurzaam Gebouwd. Je leest de uitgave gratis in onze ...

Lees verder »

c21 c122 c225 c244
KNB Jaarverslag 2020: meer circulaire keramische geveloplossingen

KNB Jaarverslag 2020: meer circulaire keramische ...

7 mei om 08:00 uur

Coronajaar 2020 stond voor de Nederlandse industrie van gebakken bouwmaterialen overwegend in het teken van energietransitie ...

Lees verder »

c21 c225
Lees gratis het Digitale Magazine van Biind!

Lees gratis het Digitale Magazine van Biind!

7 mei om 06:30 uur

In dit nummer van het Digitale Magazine van Biind krijg je weer volop inspiratie. Vooral door goede voorbeelden ...

Lees verder »

c21 c225 c243
Gebruik van methaan uit biogas voor de energietransitie 

Gebruik van methaan uit biogas voor de energietransitie 

6 mei om 15:00 uur

Wat is de betekenis van methaangas en de omzetting daarvan in waterstof bij het koolstofvrij maken van de energievoorziening? ...

Lees verder »

c21 c190 c225 c244 c277 c278
‘Zoekend, tastend en innoverend vinden we onze weg’

‘Zoekend, tastend en innoverend vinden ...

6 mei om 13:00 uur
timer 8 min

Fred Schoorl, directeur van de Branchevereniging Nederlandse Architectenbureaus (BNA), is toegetreden tot de jury ...

Lees verder »

c21 c225 c243
Betaalbare starterswoning wel degelijk mogelijk

Betaalbare starterswoning wel degelijk mogelijk

6 mei om 09:41 uur

Een energieneutrale starterswoning voor 150.000 tot 200.000 euro is wel degelijk haalbaar. Dit concludeert Develop ...

Lees verder »

Reacties

Uw berekende energiebalans van windturbines is erg grof. Het belangrijkste waar geen rekening mee is gehouden is het windaanbod. Zou dat wel gebeuren dan is de uitkomst een terugverdientijd van de gebruikte energie van 3-6 maanden. Zie voor meer gedetailleerd onderzoek bij http://home.kpn.nl/windsh/basics.html#balans .

Interessante en goed inhoudelijke site. ALs ik het goed zie is dit met een betonnen mast; is er ook een vergelijkbare realistische windaanbod berekening voor een stalen mast ?

http://google.com [url=http://google.com] http://google.com [/url]

Tja, als je geen rendement verliezen meeneemt en ervan uitgaat dat een windmolen altijd volle kracht draaid, dan kan de berekening kloppen. Natuurlijk wel even vergeten dat er een enorme (betonne) fundering nodig is voor die mast. Jammer genoeg waait het ook niet altijd (hard genoeg). Bij de gemiddelde windsnelheden zakt het vermogen van een moderne windmolen al snel naar onder 50%. En een windmolen alleen is nooit voldoende. Wil je die 0,6MW garanderen is er altijd een backup centrale nodig. Deze is meestal minder efficient dan eentje die gebouwd is om het hele jaar door in die energie te voldoen. factoren die hier niet in mee genomen worden. En sowieso altijd verzwegen worden door de windmakers. Alles even doorrekenen en men snapt dat ondanks de vele windmolens de energie toch duurder wordt.

tadd heeft het niet goed nagerekend. 1,393 GWh per jaar is inderdaad 5015 GJ per jaar (vermenigvuldig met 3600), maar ook gelijk aan 158,9 kJ/s ofwel kW. (Deel door 365,25 en door 24 en door 3600. Ik ga even uit van kW, niet kVA, dat kan nog schelen, maar het is moeilijk te beoordelen.) Dan is de gemiddelde productie van de molen dus zo'n 26% van de nominale 600 kW. Lijkt me realistisch. Jan-Pieter den Hollander heeft het dus goed.

Jaap Langenbach: "Het belangrijkste waar geen rekening mee is gehouden is het windaanbod." Ten eerste is daar kennelijk wel rekening mee gehouden, en ten tweede wordt het daar ongunstiger door, niet gunstiger, lijkt mij.

tadd schreef: "En een windmolen alleen is nooit voldoende. Wil je die 0,6MW garanderen is er altijd een backup centrale nodig. " Dat is waar, windenergie werkt alleen goed in combinatie met andere bronnen, zoals zon, fossiel of kernenergie. Ook opslag kan helpen. En bij goede geografische spreiding over grote gebieden, zodat het altijd ergens wel flink waait, zou windenergie misschien toch ook alleen alle elektriciteit (maar niet alle energie!) kunnen leveren. Ik schreef er hier al eens over: http://rudhar.com/technica/enrslvnt/nl.htm Hoe je het ook aanpakt, er is veel research en veel investering nodig. De politiek lijkt hier totaal niet mee bezig te zijn. Maar het moet.

Reactie plaatsen

keyboard_arrow_up