Energiekroniek
Elektriciteit uit windenergie
DR. A. A. DE BOER
Inleiding
De contouren van de Noordhollandse
duinen ter hoogte van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN)werden
tot voor kort slechts onderbroken door
de koepel van een reactor voor technisch en natuurwetenschappelijk onderzoek en isotopenproduktie. Nu ziet men
enkele kleine windmolens en hoge meetpalen voor windsnelheidsmetingen.
Momenteel worden voorbereidingen getroffen voor de montage van een grote
experimentele windturbine, de HAT
(horizontale as turbine) waarvan de
twee in elkaars verlengde liggende wieken samen 25 meter lang zijn.
De HAT is niet, zoals wel eens wordt
gedacht, een prototype van een grote
windturbine, maar een instrument voor
onderzoek ten behoeve van het gehele
veld van toepassingen van de windenergie. Het dient o.a. voor het bestuderen
van de invloed van de windkracht op
de constructie als geheel en op de wieken.
Trillingsverschijnselen worden gemeten
en geanalyseerd om de bouw van veilige
en bedrijfszekere windturbines mogelijk
te maken. De HAT is uitgerust met een
generator en kan dus stroom leveren
aan het net van de PEN. De generator
kan ook als motor worden gebruikt om
bij geringe windsnelheid te kunnen
werken ten behoeve van het onderzoek.
Ontwerp en bouw van de HAT maakten
deel uit van het eerste Nationaal Onderzoekprogramma Windenergie (NOW),
een door het Ministerie van Economische
Zaken gefinancierd programma waarin
ECN, TNO, de Technische Hogescholen,
het KNMI en enkele ingenieursbureaus
samenwerken met de Industrie. Het
NOW startle begin 1976 en wordt formeel op 1 maart 1981 beeindigd. De
experimenten met de HAT maken deel
uit van het vervolgprogramma dat nu
in voorbereiding is. De kleinere windmolens die men ziet, zijn geplaatst op
het testveld, dat ECN op zijn terrein
heeft ingericht met de bedoeling, kleinere
windturbines van Nederlandse en buitenlandse makelij te testen op veiligheid
en bedrijfszekerheid.
Het is niet mijn bedoeling, uitgebreid
in te gaan op de verschillende vormen
van windenergieproduktie die in het
48
kader van het NOW zijn bestudeerd of
onderwerp zullen uitmaken van het vervolgprogramma. Het algemene onderzoek ten behoeve van de toepassing van
windenergie en de projecten betreffende
speciale toepassingen als omzetting in
warmte voor de kastuinbouw of omzetting in mechanische energie ten behoeve
van de polderbemaling, laat ik hier verder buiten beschouwing. Ik zal mij beperken tot enkele kanttekeningen over
de elektriciteitsproduktie met behulp
van windturbines, zowel met betrekking
tot de technische en economische facetten als tot het beleid.
NOW
Bij de voorbereiding van het NOW
ging men ervan uit, dat men op efficiente
wijze elektriciteit zou kunnen produceren met behulp van grote windturbines,
in parken bijeengebracht. Men moet
daarbij denken aan windmolens met
wieken, ongeveer twee maal zo lang als
die van de HAT. Zo’n molen is goed
voor een vermogen van rond 1 MW.
Een aantal van deze parken zou, zo
meende men, 10 mrd. kWh per jaar
kunnen leveren 1). Een windpark kan
efficient worden opgenomen in de planning van de landelijke elektriciteitsvoorziening. Ook uit landschappelijk oogpunt leek het redelijk aan te nemen, dat
een park van b.v. 200 grote windmolens
door velen wordt verkozen boven het
installeren van een vergelijkbaar vermogen in de vorm van 20.000 kleine
windmolens.
In het eerste NOW is dan ook nogal
wat aandacht besteed aan de windparken. Niet alleen techniek, bouw en onderlinge bei’nvloeding van parksgewijs opgestelde windturbines werd bestudeerd,
maar ook de planologische kant kreeg
uitgebreide aandacht. Als we rekening
houden met bepaalde hindernissen als
wegen, water en bebossing, dan blijkt
het overblijvende oppervlak van de
windrijke gebieden in ons land overeen
te komen met de ruimte die nodig is voor
het parksgewijs opstellen van 30.000
grote windturbines. De werkelijke ruimte
is uiteraard veel kleiner. Ten behoeve
van de tweede schifting, het beoordelen
in verband met gebruik voor landbouw,
recreatie, de aanwezigheid van rustgebieden en trekroutes van vogels enandere
landschappelijke factoren is voor elk der
in aanmerking komende gebieden materiaal verzameld. Daaruit blijkt dat vrijwel overal in ons land van hindernissen
kan worden gesproken. Er zal dus altijd
op grond van een subtiele afweging naar
een compromis moeten worden gezocht.
Het lijkt echter niet uitgesloten in ons
land enkele grote windparken te bouwen.
Ook de mogelijkheid om op zee windparken te installeren werd onderzocht,
zowel met betrekking tot de plaatskeuze,
rekening houdend met de typische hindernissen waarmee men op zee te maken
heeft, als met betrekking tot de techniek
van het construeren op zee van de noodzakelijke installaties. De zee is een zeer
uitgebreide maar dure lokatie.
Een belangrijk facet van de praktische
toepassing van windturbines is het
samenspel met de elektriciteitsproduktie
als geheel. In principe moeten windturbines, of het nu gaat om windparken
of verspreid opgestelde molens, worden
verbonden met het net om te kunnen
functioneren. De individuele gebruiker
zal bij windstilte een beroep doen op het
net; op het moment dat de wind hem
meer elektriciteit levert dan hij nodig
heeft, zal hij zijn surplus te gelde willen
maken door het aan het net te leveren.
Het inpassen van een groot aantal kleine
of grote windturbines in de elektriciteitsproduktie is een complex probleem, dat
zowel in het kader van het NOW als in
internationaal verband wordt bestudeerd. In ons land worden bij de KEMA
en het ECN rekenprogramma’s ontwikkeld om de windenergie zo efficient
mogelijk in te passen in de landelijke
elektriciteitsproduktie. Omdat er over
deze problematiek nogal wat misverstanden bestaan en omdat zij zo belangrijk is voor de beleidsvoorbereiding is
het misschien goed er iets meer over te
zeggen.
1) Ter vergelijking: een moderne elektrische
centrale heeft een vermogen van 500-1.000
MW; het in ons land geinstalleerde vermogen
bedraagt ongeveer 16.000 M W en dejaarlijkse
produktie is rond 58 mrd. kWh.
2) Strikt genomen is het niet juist dat windturbines helemaal geen bijdrage leveren tot
het vermogen. De bepaling van het nodige
vermogen is een stochastisch probleem, waarbij de kans op gevraagd vermogen en de
faalkans van het beschikbaar vermogen tegen
elkaar worden afgewogen. In dit beeld is de
windturbine, net alsdeconventionelecentrale,
een produktiemiddel met een bepaalde faalkans. Het verschil is eerder kwantitatief dan
kwalitatief van aard. De windturbine draagt
dan ook wel bij tot het vermogen, zij het in zeer
beperkte mate. Anderzijds is de besparing aan
brandstof per kWh geleverde windenergie
geringer dan het verbruik per kWh door de
conventionele centrales, omdat de introductie
van windturbines leidt tot een geringe verslechtering van het rendement van de conventionele eenheden, tot brandstofverliesdus.
In grote lijnen echter is de hier gegeven beschrijving een correcte benadenng.
I Inpassing in de elektriciteitsproduktie
De elektriciteitsproducent moet ervan
? uitgaan dat hij ook op de koudste winter; dag moet kunnen voldoen aan de vraag.
Dat betekent dat een bepaald vermogen
aan windturbines niet of nauwelijks
bijdraagt tot het vermogen dat moet
worden gei’nstalleerd om het jaar rond
aan de vraag naar vermogen te voldoen.
Het kan immers midden in de winter
windstil zijn en dan is de skua tie met
windmolens dezelfde als de toestand
zonder windmolens. Daarom vervangt
• een windturbine in principe wel brand; stof, maar geen vermogen 2).
Een tweede punt betreft de planning
van de produktie met behulp van het
opgestelde vermogen. Door een aantal
eenheden op een laag pitje in bedrijf te
houden, kan de elektriciteitsproducent
snel reageren op een al dan niet verwachte
toeneming van de vraag. De toevoeging
van een wisselend en moeilijk te voorspellen windaanbod aan het conventionele patroon bei’nvloedt op ongunstige
wijze de mogelijkheid om de vraag te
volgen. Men zal rekening moeten houden met grotere onregelmatigheden in
de vraag naar conventionele energie en
dus meer reservevermogen draaiende
moeten houden, want het wisselende
patroon van de vraag naar conventionele
elektriciteit wordt grilliger, naarmate
een groter gedeelte door het nog grilliger
windaanbod wordt weggenomen.
Verder is de introductie van windturbines van invloed op de planning van
het toekomstig vermogen. Het feit dat
ook op een zonnige zomerdag mogelijk
windenergie beschikbaar is doet de vraag
naar conventionele energie verminderen.
Het minimaal gevraagde vermogen zal
geringer worden en daardoor zal het
vermogen van de grondlastcentrales in
de optimale situatie waarschijnlijk met
windenergie lager zijn dan zonder. Deze
problemen gelden zowel wanneer de
introductie geschiedt in de vorm van
vele, kleine windturbines voor individueel gebruik, als in het geval van toepassing van windparken.
Hoe sterk vereenvoudigd deze beschrijving van de problematiek ook is,
duidelijk is wel dat windenergie in principe slechts brandstof bespaart en zo
goed als geen vermogen;. verder, dat de
introductie de elektriciteitsproducent
voor bepaalde regeltechnische problemen
stelt. Een enkel windmolentje of een gering aantal windmolens zal voor de elektriciteitsproducent geen problemen opleveren. De aanpassing wordt pas van
betekenis naarmate meer windturbines
worden ingezet. De invoering van windenergie is dan ook een kwestie van overleg en planning, van een weloverwogen
beleid.
Kostenaspect
Uiteraard is ook het kostenaspect van
ESB 14-1-1981
betekenis. Er kan niet genoeg op worden
gewezen dat het onderzoek niet dient
om door toepassing van windenergie
kostenvoordelen te realiseren, ook al is
dat misschien wel mogelijk bij voortdurende stijging van de kosten voor fossiele brandstoffen. Het is nog te vroeg
voor gedetailleerde kostenberekeningen.
De hemel behoede ons voor beleidsmakers, die zich bij het doorhakken
van knopen verschuilen achter onrealistische kostenvergelijkingen en actualiseringsberekeningen die zijn gebaseerd op
wilde fantasieen over kostenverhoudin-
gen en andere factoren anno het jaar
tweeduizend-en-zoveel. We zijn, ook in
de energiesector, al te vaak geplaagd
door zulke afleidingsmanoeuvres.
Voor het beleid is wel een tendens
belangrijk die zich aftekent met betrekking tot de vergelijking van de kosten
voor windparken en kleine windturbines.
Van verschillende zijden wordt betoogd,
dat kleine windturbines thans kunnen
concurreren met het elektriciteitstarief,
tenminste in windrijke gebieden. Verder
is het redelijk op grond van de thans beschikbare gegevens aan te nemen, dat
de kosten van windenergie door grote
windturbines per kWh aanmerkelijk
lager zullen liggen dan voor kleine turbines voor individueel gebruik. Een
elektriciteitsproducent zal niet werken
met de kWh-kosten van de windenergie;
hij zal structuren met en zonder windturbines integraal metelkaar vergelijken.
Toch kan men in eerste benadering wel
zeggen, dat de baten en lasten voor de
elektriciteitsproducent tegen elkaar wegvallen, als de kosten van windenergie
per kWh ongeveer overeenkomen met
zijn brandstofkosten per kWh. De individuele producent echter speelt quitte
als zijn windenergie per kWh evenveel
kost als het veel hogere bedrag van het
tarief dat hij per kWh betaalt. In deze
gevallen spelen beide quitte, maar op
grond van verschillende criteria. In beide
gevallen is er echter slechts brandstof
bespaard. Bedrijfseconomisch zijn beide
tevreden, maar nationaal-economisch is
er in het geval van de kleine windturbine
voor individueel gebruik helemaal geen
break-even point bereikt: een deel van de
kosten is afgewenteld op de gemeenschap.
Slot
Het kostenvoordeel ten gunste van de
parksgewijze produktie en het zeer betrekkelijke karakter van de winst die
gemaakt wordt met kleine windturbines,
zijn gegevens die bij het uitstippelen
van een beleid van betekenis zijn. Ook
de andere factoren, die hier zijn besproken, wijzen in de richting van een
beleid waarbij de windparken een belangrijke rol spelen.
Het uitstippelen van zo’n beleid is geen
sinecure; het eist veel van zowel de elektriciteitsproducenten als van de politici.
De eersten hebben een soort gewenningsperiode moeten doormaken om met het
nodige enthousiasme de windenergie in
hun planning op te nemen; thans lijkt
de kennis en bereidheid aanwezig om
die planning voor te bereiden. Wat er
van politieke zijde tot nu toe op dit gebied te berde is gebracht, stelt niet veel
voor. Het lijkt er wel eens op dat sommige politieke strategen wel wat zien in
een polariserende propaganda ten gunste
van kleinschalige windenergie. Politick
ongeduld en succes bij het publiek zijn
echter geen goede uitgangspunten voor
een beleid ten aanzien van een zo belangrijke en gecompliceerde materie.
De inspanningen van de onderzoekers
en de aan het onderzoek bestede middelen zijn alleen goed besteed, als politici
die betrokken zijn of zich betrokken
voelen bij de energiepolitiek zich grondig verdiepen in de problematiek van
de windenergie en op basis van de feiten
hun bijdrage leveren tot het vormen van
een beleid.
A. A. de Boer