Windenergie

Vermogen van windturbines

De opbrengst van een windturbine hangt af van de windsnelheid en de grootte van de turbine. Is de windsnelheid v (m/s) en is de straal van de turbine R (m) dan kan deze turbine maximaal een vermogen leveren van:

P = 16/27 ½ ρ v³ π R²    Watt

Hierin is P het vermogen van de turbine in Watt, ρ = 1,293 is de dichtheid van de lucht in kg/m³, v is de windsnelheid in m/s en R is de straal van de turbine in meter.

De windsnelheid wordt meestal gegeven in de schaal van Beaufort. Deze schaal geeft het verband tussen deze schaal en de snelheid van de wind in meter per seconde

Het maximale vermogen van een windturbine met een wiekstraal R van 20 meter, bij een krachtige wind is ongeveer 800 kW ofwel 660 Watt per m² wiekoppervlak. In praktijk wordt dat vermogen echter niet gehaald en is het werkelijke vermogen een factor 3 tot 4 lager. Het gemiddelde vermogen wat een windturbine over een jaar levert is ongeveer 150 Watt per m² wiekoppervlak. Dit komt omdat de windsterkte sterkt varieert en omdat het vermogen evenredig is met de windsnelheid tot de derde macht, varieert het vermogen ook heel sterk. Daardoor komt het vermogen in de praktijk gemiddeld lager uit. Windturbines draaien ook niet altijd, dat is onder andere afhankelijk van de windkracht. Vanaf windkracht 2 tot 3 beginnen windturbines energie te leveren. De gemiddelde moderne windturbine levert bij windkracht 6 tot en met windkracht 9 Beaufort zijn maximale energie. Vanaf windkracht 10 Beaufort worden de meeste turbines stilgezet om veiligheidsredenen of om beschadiging te voorkomen. Ook worden de windturbines stilgezet als zware windstoten van meer dan 90 km/uur worden verwacht [Weer on Line].

In praktijk lag het vermogen van een enkele windturbine aanvankelijk rond de 5 MW. Inmiddels is dat vermogen gestegen naar 12 MW en in de toekomst mogelijk naar 20 MW [Volkskrant].

Het rendement van een windturbine

Het rendement of de efficiency van een windturbine, het percentage windenergie wat wordt omgezet in mechanische of elektrische energie, hangt af van de rotatiesnelheid van de wieken. Hoe sneller de turbine draait, hoe efficiënter. Hoe minder rotorbladen een turbine heeft, hoe sneller hij kan draaien omdat de bladen dan minder luchtweerstand opleveren. Minder bladen betekent echter ook minder kracht. Het optimum, de draaisnelheid waarbij de efficiency maximaal is, ligt bij elk ontwerp anders. De klassieke Nederlandse molen met vier wieken had bij zijn optimale draaisnelheid een rendement van iets minder dan 30%. De veelbladige poldermolens met 10 tot 20 bladen draaiden langzamer, maar haalden iets meer dan 30% rendement. De moderne windturbines met twee en drie bladen halen rond de 50% rendement bij een hoge draaisnelheid. De drie bladige turbines zijn net iets beter dan twee bladige windturbines [Weer on Line].

Het opgestelde vermogen en de geproduceerde elektriciteit

Onderstaande tabel geeft het opgestelde vermogen van de windturbines in Nederland, zowel op land als op zee. Verder geeft het de totale elektrische energie geproduceerd door de windturbines en de elektriciteitsproductie per rotoroppervlak.

Links voor aanvullende informatie