Zaanse Energie Koöperatie

Inpassing van grootschalige windenergie in het landelijk elektriciteitsnet is geen enkel probleem, zo betoogt Ir. Bart Ummels bij zijn promotie aan de TU Delft in 2010. Zelfs wanneer windenergie in één derde van de totale elektriciteits-behoefte voorziet. Tegenstanders van windenergie betogen altijd dat als je de kolencentrales vervangt door windenergie, de stroomvoorziening in gevaar komt wanneer de wind wegvalt. (Lees het zelf na.)

De heer Ummels heeft met simulatiemodellen aangetoond dat fluctuaties in de opbrengst van grootschalige windenergie in 99% van de tijd binnen de schommelingen in de vraag naar stroom vallen. De vraag naar stroom is namelijk ook heel wisselend. Op grond van KNMI-gegevens op de geplande locaties voor grootschalige windparken valt hooguit een paar keer per jaar een maximaal vermogensverlies van een paar gigaWatt in vijftien minuten te verwachten. Zelfs in situaties met een snel stijgende vraag, zoals op maandagochtend, zorgt dat vermogensverlies niet voor problemen.

Het elektriciteits-systeem heeft nu ook te maken met grote fluctuaties in het aanbod, bijvoorbeeld door het uitvallen van kerncentrales in Frankrijk, waarvandaan Nederland veel stroom importeert. Dan verdwijnt 1,5 tot 2 gigaWatt; binnen een tijdspanne van een halve minuut wordt dat opgevangen. Op dit moment verzorgen kolencentrales, die zich niet eenvoudig laten aan- en afschakelen, vooral de basislast, terwijl gascentrales de midden- en pieklast voor hun rekening nemen. In Nederland hebben we veel warmtekracht-installaties, waarvan het gezamenlijk vermogen méér is dan de elektriciteits-centrales samen. Warmte is eenvoudig op te slaan, zo laten de tuinders ons zien. Dat kan ook bij stadsverwarming; als het niet waait, zijn warmtekracht-installaties prima geschikt om bij te springen.

Windenergie-opslag à la plan Lievense in een stuwmeer is niet nodig, evenals grote accu’s . Zo meteen komt er in Duitsland wel zóveel windenergie, dat het zonde is om veel molens stil te gaan zetten. Daar gaat men windenergie opslaan in de vorm van via electrolyse verkregen waterstof. Vliegtuigen kunnen er op vliegen, auto’s kunnen er op rijden (waterstofcel!) en het aardgas kan er tot 10% mee worden toegevoegd. Met toevoeging van CO2 (broeikasgas) aan waterstof krijg je methaangas, wat hetzelfde is als aardgas.

Kleine windmolentjes zijn op dit moment her en der te koop, maar er hangt toch nog wel een flink prijskaartje aan. Met een haakse slijper en een lasapparaat komt een handige klusser heel ver en er zijn zelfbouwgroepen, die elkaar helpen in het uitvinden, maar ook met de juiste materialen. Uit mijn zelfbouwervaring wil ik hierbij wat tips geven voor het bouwen van een 1500 Watt, 3 meter diameter molentje, die al gauw 1000 kWh per jaar levert op een ashoogte van 10 meter.

Het eerste waar je naar op zoek moet is een 1,5 kW reductormotor met overbrenging 1:20 en  een schijfrem. Liefst 3 fasen, maar éénfase moet ook kunnen. Het kruien kan het beste met een hangend scharnierende windvaan en de wiekenas iets excentrisch van de krui-as, à la Provane. Het kruilager liefst van brons, kogellagers draaien te licht en geeft gezwaai, dus opbrengstverlies. De drie wieken van grenen planken, met zo weinig mogelijk kwasten en behandelen met Ruwa jachtlak. Je kunt hele mooie wieken maken met een tors en naar de as oplopende koorde,  gewoon rechte doen het ook, maar hebben wat hardere wind nodig om aan te lopen. Uitbalanceren doe je horizontaal hangend, precies middenin het asgat aan een touw. En zet de generator(wiekenas) iets schuin omhoog om een speling tussen wieken en mast te houden van minimaal 30 centimeter. Voor de netkoppeling en bediening van de rem zijn goede elektronische toerentalbewakers te krijgen.
De afmetingen van de gondel/vaan en de wiekvorm zijn bij de ZEK te verkrijgen.

Succes!

Omdat voor stroomopwekking hogere rotor (wieken) snelheden nodig zijn voor de 1500 toeren van de generator, noemt men stroomopwekkers vaak windturbines, net als stoomturbines. Maar bij de grote “windturbines” zie je de wieken heel rustig gaan en daarom houden wij het op Windmolens. De snellopendheid λ (lambda) is de verhouding in snelheid van de wiektip tot de windsnelheid haaks daarop. Het profiel van de wiek wordt daarop ook ontworpen.
Bij de oude zaanse molens is de λ=3, voor stroomopwekkers 7 tot 10.
De snellopendheid heeft ook te maken met het aantal wieken omdat de natuurkunde ons voorschrijft dat er maximaal 2/3 van de wind (lucht) van richting verandert, waarmee het zijn kinetische energie overdraagt aan de wiek.
Dus minimaal 1/3 van de wind moet vrij tussen de wieken door kunnen. Met optimale wiekvorm kan maximaal 8/9 van de windenergie omgezet worden in draaiende kracht aan de as. Maximaal kan je door middel van een windmolen 8/9 x 2/3 = 16/27 of 59 % van de windkracht omzetten in energie. Hieronder is uitgebeeld hoe de verschillende krachten werken op een wiek.

V is de windsnelheid en de energie daaruit is V tot de derde macht omdat E=MC². Snelheid C is bij de windmolen V en de massa van de aangevoerde lucht is ook recht evenredig met de snelheid daarvan. Vandaar V³. (V tot de derde macht).