Kennisartikelen

Tussen nu en 2050 zullen we overstappen van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen. Samen moeten we zorgen voor een duurzame, maar ook toekomstbestendige leefomgeving. Om deze doelen te behalen hebben we een mix van energiebronnen nodig. Zon, wind, biomassa en waterstof; ze behoren tot de bronnen waarmee je elektriciteit opwekt, bio- of groen gas kunt produceren. 

Kleine windmolens versus een grote windturbine

Vijftig jaar ontwikkeling heeft ervoor gezorgd dat windenergie nu een onmisbare bouwsteen is van de energietransitie. Moderne windturbines zijn niet meer de amateuristische, sympathieke bouwsels van idealisten uit de jaren zeventig, maar grote energie-installaties die gerealiseerd en beheerd worden door investeringsmaatschappijen en energieleveranciers. Door continue innovaties zijn windturbines volwaardige energieproductiesystemen geworden die ook kunnen bijdragen aan de stabilisering en instandhouding van elektrische netten, toegelicht in de figuur hieronder. (*1 en *2)

Een belangrijke drijfveer voor het steeds verder opschalen van windturbines is dat grotere turbines meer en efficiënter energie produceren, waarmee de kosten van de geproduceerde elektriciteit lager worden. Grotere windturbines vangen meer wind en op grotere hoogte waait het gemiddeld ook harder, waardoor de energieopbrengst flink toeneemt.

In Figuur 1 is ook de veranderende focus van technologieontwikkeling in de loop van de tijd in de windturbinesector weergegeven. Recent is daar de aandacht voor circulariteit bijgekomen, een teken van volwassenheid van de windindustrie, maar ook een teken van de steeds groter wordende impact van wind.

Het plaatsen van een moderne en grote windturbine is een grote en duidelijk zichtbare ingreep in de woon- en leefomgeving. Daarmee nemen de bezwaren tegen windenergie ook toe. Vanuit de gedachte dat een aantal kleine windmolens in principe evenveel energie zou kunnen opwekken als een grote windturbine en dat draagvlak voor kleine windmolens eenvoudiger te realiseren lijkt, is er een hernieuwde interesse in kleine windturbines.

Wat is een kleine windturbine?

Met de continue opschaling van turbines verschuift ook de definitie wat een kleine windturbine is. Wat vroeger als een grote turbine werd gezien is tegenwoordig hoogstens nog een middelgrote windmolen. In de onderstaande tabel wordt een indeling gemaakt op basis van de belangrijkste kenmerken. In de tabel wordt voor de definitie van kleine windturbines uitgegaan van (conventionele) windmolens met een horizontale as en 2- of 3-bladen, omdat dit het enige concept is wat zich langdurig in de praktijk en de markt heeft bewezen. Er zijn talloze uitvinders, bedrijven en startups die geprobeerd hebben om op basis van andere concepten of uitvoeringsvormen (o.a. windwokkels, laddermolens, venturi’s, windversnellers, vliegers, trillende palen, etc.) een alternatief windenergieproduct op de markt te zetten. Tot nu toe is geen enkel van deze initiatieven succesvol gebleken, vanwege technische tekortkomingen of omdat de energieproductie niet in verhouding staat tot de kosten. Een uitgebreide beschrijving van alle verschillende historische en recente varianten voor de productie van energie met wind is te vinden in ‘Das Buch der Synergie’. (*3)

Waarvoor zijn kleine windturbines geschikt?

Het is in principe mogelijk om met een groot aantal kleine windmolens evenveel energie op te wekken als met een enkele grote windturbine. Maar laag bij de grond is de wind turbulenter door de invloed van obstakels en waait het gemiddeld minder hard dan op grotere hoogte. In midden Overijssel is de gemiddelde windsnelheid op 20 meter hoogte ongeveer 4 m/s, waarbij deze op 150 meter hoogte ongeveer 7,5 m/s bedraagt.

In de onderstaande tabel is het aantal turbines weergegeven, van groot tot klein, wat nodig is om per jaar evenveel energie te produceren als een enkele “state-of-the-art” turbine zoals de Vestas V162-6.2 MW die in 2021 is geïntroduceerd.

Kleine windturbines zijn relatief duur, zowel in aanschaf als exploitatie. Daarom is niet alleen de benodigde hoeveelheid opgewekte energie een belangrijke factor in de keuze voor een bepaalde turbinegrootte, maar ook eventuele subsidies, de praktische inzetbaarheid en het bijbehorende verdienmodel.

Micro-windgeneratoren worden al decennia met succes gebruikt op zeilboten om scheepsaccu’s op te laden en daarmee de elektronica aan boord van stroom te voorzien. Het doel hierbij is echter om onafhankelijk van de locatie over elektriciteit te kunnen beschikken. Op land verschuift dat doel naar het duurzaam en rendabel energie opwekken. De provincie Zeeland heeft gedurende 4 jaar op een testveld de prestaties van micro windturbines (0,2 – 2,1 kW) gemeten, (*4). De test toonde aan dat micro-windturbines in Nederland in feite niet rendabel zijn. De windsnelheid op lage hoogte (12 en 17 meter in de test) is minimaal en de kosten voor aanschaf zijn te hoog.

De mini windturbines met een capaciteit minder dan 100 kW zoals de EAZ 13,2 zijn vooral geschikt voor gebruikers die een groot deel van het opgewekte vermogen voor eigen verbruik kunnen benutten. Voor een rendabele businesscase moet de opgewekte energie grotendeels (circa 90%) zelf gebruikt kunnen worden. De huidige salderingsregeling helpt flink mee om een hoog percentage eigenverbruik te realiseren. Als de windturbine namelijk stroom levert op momenten dat die niet benut kan worden en dus aan het elektriciteitsnet wordt geleverd, mag de teruggeleverde stroom weggestreept (gesaldeerd) worden tegen de stroom die op een ander moment afgenomen wordt van het energiebedrijf. De salderingsregeling wordt echter naar verwachting vanaf 2023 afgebouwd. In dat geval is de businesscase van mini windturbines alleen positief in situaties waar een grote gelijktijdigheid is tussen opwek en energievraag. Als de elektriciteitsprijzen blijven toenemen gaat dit verschuiven en wordt de business case in meer gevallen positief.

Middelgrote windturbines (vanaf 100 kW tot 1000 kW) kunnen met een Subsidie Coöperatieve Opwek (SCE) worden geëxploiteerd, (*5). De SCE is de opvolger van de postcoderoos-regeling en is sinds 2021 het instrument voor de stimulering van de opwekking van hernieuwbare energie voor coöperatieve energieprojecten in Nederland. Energiecoöperaties of VvE’s ontvangen gedurende de looptijd (15 jaar) subsidie per geproduceerde kWh, waarbij het uitbetaalde subsidiebedrag meebeweegt met de marktwaarde van de geproduceerde energie in dat jaar. Uit analyse van het PBL, (*5), blijkt in het bereik van 15-1000 kW de meest rendabele businesscases juist te gelden voor de turbines met een grootverbruiker aansluiting die zich aan de bovengrens bevinden. Dit komt voornamelijk door de hogere elektriciteitsproductie in relatie tot de investeringskosten. Voor kleinere turbines zijn de investeringskosten en exploitatiekosten relatief hoger en wordt het verdienmodel minder aantrekkelijk. Bij lagere gemiddelde windsnelheden (<6,75 m/s op 100m hoogte) geldt dat ook voor de grotere turbines (1000 kW).
In de figuur hieronder zijn de passende financieringsvormen grafisch weergegeven voor de diverse groottes windturbines.

Overzicht voor- en nadelen kleine windturbines

Volgens de gedachte dat een kleine windturbine beter is dan geen windturbine, kunnen kleine windturbines mogelijk de realisatie en acceptatie van windenergie vergroten, waar grote windturbines te veel weerstand oproepen. De realiteit is echter dat kleine windturbines slechts een kleine bijdrage leveren aan de energietransitie.

Kleinschalige wind is veelal alleen rendabel in situaties met voldoende wind (zoals in de kustprovincies), waarbij ook een groot deel van het opgewekte vermogen voor eigen verbruik direct kan worden benut of door te kunnen salderen. Een voordeel is dat in situaties waarin netaansluitingen moeilijk te verkrijgen zijn t.g.v. netcongestie (kleinschalige) opwek van windenergie toch mogelijk wordt.

Door innovatie van de vermogenselektronica kunnen grote windturbines waardevolle net-ondersteunende diensten leveren, zoals netbescherming of vermogenskwaliteit, ook als het niet waait. Kleine windturbines kunnen dit niet en kunnen dus minder meehelpen met de decentrale systeemtransitie die nodig is.

Webinar ‘Wat is er mogelijk met kleine en middelgrote windmolens?’ terugkijken

Natuur en Milieu Overijssel organiseerde op 8 december 2021 een webinar met het onderwerp ‘Wat is er mogelijk met kleine en middelgrote windmolens?’. LEI-Coach Guido Bakema en Leander Broere van Natuur en Milieu Overijssel namen de deelnemers mee in de mogelijkheden en beantwoorden de vragen die gesteld werden tijdens de sessie. Hieronder is het webinar terug te kijken.

Bronnen

*1 WindEurope, „Future System Needs and the Role of Grid-forming Converters,” WindEurope, Brussels, Belgium, July 2019.
*2 National Renewable Energy Laboratory (NREL), „Landmark Demonstration Shows How Common Wind Turbines Can Provide Fundamental Grid Stability,” NREL.gov, 2 December 2021. [Online]. Available: https://www.nrel.gov/news/program/2021/landmark-demonstration-shows-wind-turbine-can-provide-fundamental-grid-stability.html.
*3 A. A. W. Khammas, „Teil C – Andere Windenergiesysteme – Vortec-Systeme,” http://www.buch-der-synergie.de, 2017. [Online]. Available: http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_08_09_windenergie_andere_systeme.htm.
*4 S. Mertens, „Resultaten testveld kleine windturbines Schoondijke,” Ingreenious BV, Delft, december 2012.
*5 Planbureau voor de Leefomgeving, „Subsidieregeling Coöperatieve Energieopwekking – Conceptadvies 2022,” PBL, Den Haag, 22 april 2021.

Veel gestelde vragen over de energietransitie

De energietransitie is uitdagend. Het gaat om keuzes maken voor een duurzame toekomst. En hoe maak je de juiste keuzes? Het Supportteam helpt het MKB én overheden met vragen over de energietransitie. Deze kennis delen we graag met iedereen. Naast het artikel hierboven, nemen we je ook graag mee in veel de gestelde vragen en antwoorden van andere onderwerpen binnen de energietransitie.

• Waterstof
• Duurzaamheid van windturbines