<                                                 Inhoud                                                    >

Wind als stroombron?

April 2011

Fred Udo

Kees de Groot

Kees le Pair

Inleiding.

Windmolens groeien als kool in Europa en ook in Nederland doen zij het goed, gezien de doelstelling van de regering om 12 GWatt windvermogen te plaatsen in de volgende 10 jaar. Hiermee zou dan 20 procent van onze elektriciteit “duurzaam” worden opgewekt.
Eind maart 2011 antwoordde minister Verhagen op Kamervragen van dhr. van Bemmel:
Om een stijging van 9% naar 35% hernieuwbare elektriciteit in 2020 te kunnen realiseren, is verdere     groei van windenergie op land als relatief goedkope duurzame elektriciteit, onmisbaar.
Hetzelfde gebeurt nu overal in de wereld. Hoe komt dat?
Wij zien hier drie redenen voor.
A.     Bij kleine windvermogens (<5% van het totaal) zijn de gevolgen voor de klassieke opwekking klein en worden in het algemeen niet opgemerkt. De subsidies zijn nog niet van dien aard, dat er een verstoring van de economie optreedt, dus men kan zonder al te veel discussie molens plaatsen.
B    Windenergie is de enige tak van sport in het duurzame circuit, waar overheden grootschalig geld aan kwijt kunnen. Dit is de makkelijkste manier om het volk laten zien hoe groen je bent. De uitspraak van Verhagen is hier een schoolvoorbeeld van.
CGrote wind vermogens gaan samen met een grote gesubsidieerde industrie, die via een professioneel lobbycircuit zijn financiële belangen verdedigt. Hierbij wordt gretig gebruik gemaakt van de gebruikelijke bangmakerij over het opraken van fossiele brandstoffen en de opwarming van de aarde.

De gevolgen van dit mechanisme zijn nogal ingrijpend. Dit artikel bespreekt er enkele.

1. 1.Het installeren van windstroom.
   De bouw en de plaatsing van windmolens kost evenveel energie als een molen in een jaar produceert. Daarnaast vergen windparken ook een infrastructuur aan bekabeling, transformatoren en omvormers voor net inpassing. Dat het niet om een kleinigheid gaat blijkt uit het feit dat TenneT becijfert voor de aansluiting van de op zee geplande windmolenparken 4,5 miljard euro nodig te hebben. Er gaat daar een kopermijn de zee in. Hoe lang moeten molens draaien om ook die energie terug te verdienen en aan duurzaamheid bij te dragen?
   N.B. De levensduur van een windmolen is 15 tot 20 jaar.
   Op basis van cijfers van het CBS blijkt, dat de Nederlandse molens op jaarbasis 22% van hun capaciteit leveren. Met andere woorden: de gemiddelde molen staat 78% van de tijd stil en loopt de rest van de tijd op vol vermogen. Het is beter voor de lagers als ze draaien, dus bij weinig wind zie je nog wieken wentelen, ook al is dan de stroomproductie nihil.
   

2. 2.Een horrorscenario.
   De oorspronkelijke doelstelling van 8 GWatt op zee en 4 GWatt op land is recentelijk gewijzigd in 8 GW op land en 4 GW op zee vanwege de excessieve kosten van windenergie op zee. Volgens de overheid (Verhagen) is wind op land “relatief goedkoop”.
   Een moderne molen van 2 a 3 GWatt heeft een ashoogte van ruim 120 meter en een wiekdiameter van meer dan 80 meter. Deze molens zijn met hun draaiende wieken beeldbepalend in ons landschap tot een afstand van 10 kilometer.
   Molens moeten minstens 10 wiekdiameters uit elkaar staan, dus een molen bezet een oppervlak van 0,7 km2. De benodigde 3 a 4 duizend molens op land maken ruim 2000 km2 van ons land ongeschikt voor menselijke bewoning.
   Dit is ongeveer 6% van het oppervlak van Nederland, dus anderhalf maal de oppervlakte van de provincie Utrecht, of 90% van de oppervlakte van Limburg.
   Deze molens zullen in de windrijke provincies geplaatst worden, dus in de achtertuinen van de ongelukkigen, die in Flevoland, Noord-Holland, Friesland, Groningen en Zeeland wonen.
   Is het verantwoord om voor hoogstens 10 procent van onze elektriciteit (en dus ongeveer twee procent van onze totale energievraag) een enorme landschappelijke en maatschappelijke schade aan te richten?  Hoeveel miljard trekt minister Verhagen uit om de waardedaling van de huizen in de buurt van deze molens te compenseren? Wij vrezen, dat de burger hier van een koude kermis thuiskomt. Het best bekende voorbeeld is natuurlijk het ijzeren gordijn om Urk, maar met name in Noord-Holland staat hetzelfde te gebeuren.
   
   

Het plannen van windenergie wordt aan de provincies overgelaten, dus heeft de provincie Noord-Holland het “Uitvoeringsprogramma Wind Op Land” aan Prov. Staten voorgelegd.
Dit programma is een goed voorbeeld van de manier, hoe de overheid bij het plaatsen van windmolens denkt om te gaan met de belangen van burgers.Hiervan geven wij hier twee voorbeelden:
1.    In de tekst van 29 pagina’s komt het woord bewoner drie keer voor, het woord financieel/financieren zestien keer.
2.    Op pagina 7 staat in het gebruikelijke jargon:

Specifiek voor de ontwikkeling van windenergie in bepaalde typen inpassingsgebieden (Nationale Landschappen, Rijksbufferzones en EHS-gebieden), geldt dat de economische betekenis van windenergie wordt betrokken in de afweging om windenergie onder voorwaarden toe te staan. Concreet gaat het hier om een financiële bijdrage aan de instandhoudingsdoelstelling landschap, recreatie of natuur, bijvoorbeeld voor het financieren van compenserende maatregelen.

Het was even doorbijten, maar de vertaling is simpel:
Tegen betaling mogen windmolens gebouwd worden in Nationale Landschappen, Rijksbufferzones en Ecologische Hoofd Structuur gebieden…..
De immateriële kosten van dit “beleid” zijn enorm, maar die worden niet meegeteld in de kosten van windenergie op land.

2. De (on)voorspelbaarheid van windstroom.
De stroomproductie van een windturbine varieert met de derde macht van de windsnelheid. Een groep van ECN [1] concludeert na enige jaren werk, dat de meteorologen in staat zijn om een windverwachting op een termijn van 24 uur met een fout van 10% te leveren en dat verbeteringen voorlopig niet zijn te verwachten.

[1]. A.J. Brand, en J.K. Kok, Aanbodvoorspeller duurzame energie –

    Deel 2: Korte-termijn prognose van windvermogen ECN      publicatienummer:  ECN-C--03-049
Deze fout van 10% leidt tot een onzekerheid van 30% in de verwachting van de windstroomproductie. Deze onzekerheid wordt door de netbeheerder in rekening gebracht door meedraaiende (conventionele) generatoren achter de hand te houden. De onvoorspelbaarheid van windstroom kost dus extra brandstof. Hiervoor wordt een vergoeding betaald van 1 cent per kWh geleverde windstroom.
De regering heeft besloten, dat deze kosten niet meer betaald hoeven te worden door de windenergieproducenten, maar door de consument.
Dit is een verborgen maar zeer reële  subsidie voor de  windindustrie.
Deze meedraaiende reserve verbruikt uitsluitend gas, want kolencentrales zijn niet geschikt om de snelle variaties van de wind op te vangen. De Gas unie heeft laten weten dat ze extra gasleidingen moeten aanleggen "omdat die wind zoveel gas kost".
Dat klinkt anders dan "duurzaam" en "besparen".

3. De CO2 besparing door windstroom.

In windmolenland wordt de invloed van het wisselend aanbod van windstroom op het rendement van de klassieke centrales niet besproken, hoewel elke grafiek van het verloop van de windenergieproductie met de tijd er alle aanleiding toe geeft.
Onderstaande grafiek is de windstroom productie per dag van 7000 molens in Duitsland in het verzorgingsgebied van de E.ON [2]. “Windreport 2005”  www.eon.de

Deze 7000 windmolens staan verspreid van Noord tot Zuid Duitsland en hieruit blijkt dat de bewering dat wanneer men windmolens nu maar breed verspreid bouwt, zij gezamenlijk een constant vermogen zullen leveren niet waar is. De dagelijkse productie van 7000 molens varieert tussen 0,2% en 38% van de dagelijks benodigd vermogen. Weersystemen zijn groter dan Duitsland....
Windstroom maakt dus dat centrales met horten en stoten moeten werken. Het rendement zakt en de vergelijking met het brandstofgebruik van een auto in stadsverkeer en op de snelweg dringt zich op.
Soms maken windmolen promotors een vergelijking tussen een windturbine, die 50% van de tijd stilstaat en een auto, die 90% van de tijd stilstaat. Die  vergelijking gaat volkomen mank. De auto rijdt wanneer dat gevraagd wordt, terwijl de windmolen alleen draait wanneer er wind is. De begrippen “vraag gestuurd” en “aanbod gestuurd” zijn nog niet doorgedrongen in windmolenland.
Bovenstaande grafiek laat zien, dat een elektriciteitsvoorziening gebaseerd op veel windenergie een illusie is. Alleen met grootschalige energieopslag kan hier nog iets mee gedaan worden. Deze mogelijkheid is alleen mogelijk met hydro-elektriciteit, maar die is in ons vlakke land niet te realiseren. Dit betekent, dat geen van onze centrales gesloten kan worden, want het is dus duidelijk, dat ook voor grote verzamelingen molens geldt:

Geen wind = geen stroom
Wij bespreken hier vijf benaderingen van dit probleem.

A.  Ummels [3] laat op grond van modelberekeningen zien, dat 20% windstroom in Nederland technisch ingepast kan worden. In de inleiding van zijn proefschrift zegt hij, dat hiermee 19 miljoen ton CO2 bespaard zal worden, maar hij weet wel beter, want op pagina 139 staat:
“These benefits are dependent on fuel prices, the conventional generation mix, electricity consumption, the yearly wind  regime, the international market design, interconnection capacity, etc. but are considerable in any case”.
Rendementsverliezen treden in het model van Ummels vrijwel niet op.
3]. “Wind integration” Proefschrift Delft 2008 door B.C. Ummels.

B. Er zijn studies, die tot heel andere conclusies komen.
.Het proefschrift van Soens [4] concludeert op grond van modelberekeningen analoog aan die
van Ummels, dat windvermogen boven 5% van de pieklast oneconomisch is. Dit betekent, dat
wij in Nederland met onze 2 GWatt al ons quotum aan windenergie op hebben.

[4] Soens, J.
Impact of wind energy in a future power grid. (2005).PhD Thesis. Katholieke Universiteit Leuven. Faculteit Wetenschappen: Leuven (Heverlee), Belgium. ISBN 90-5682-652-2.  257 pp

C. .Berekeningen laten zien, dat al een kleine teruggang van het rendement van klassieke
centrales tot een grote vermindering van de CO2 besparing door windenergie zal leiden.

[5] C. Le Pair en K. De Groot www.clepair.net/windgeheim.html
Het slot van de bijlage probeert een bijdrage aan deze discussie te leveren aan de hand van de powerduurcurves.
Behalve modellen en berekeningen zijn er nu ook praktijkvoorbeelden van de effecten van windenergie op het klassieke systeem.

D. De Bentek studie  concludeert, dat installatie van 1 GWatt windvermogen in Colorado tot meer in plaats van minder emissies heeft geleid.

[6] “How less became more: Wind power and unintended consequences in the Colorado energy market.”  Author: Bentek Energy

E. .In Denemarken is de laatste 20 jaar de elektriciteitsvoorziening grondig op de schop gegaan.
Dit is zorgvuldig gedocumenteerd door Energinet in:

[7] “Energistatistik 2009”   www.ens.dk

De Denen hebben in die periode alle centrales omgebouwd tot WKK units en zijn voor 25%
overgegaan van kolen op gas. Verder wordt in beperkte mate biomassa mee gestookt in de
kolencentrales en hebben zij 20% windvermogen geïnstalleerd in de periode 1999 tot 2005.
Het resultaat wordt door Energinet samengevat in de volgende grafiek van de ontwikkeling van de CO2 uitstoot per kWh.

De blauwe lijn laat zien, dat de Denen schonere brandstof zijn gaan gebruiken in hun centrales, maar de oranje lijn volgt vanaf 2000 de daling van de blauwe lijn niet meer. De daling van de emissies per kWh blijven achter bij de verlaging van de brandstof emissies.

Vanaf 1999 hebben de Denen massaal windmolens gebouwd, maar dat blijkt niet uit de het verloop van de oranje curve.Wanneer windstroom zonder bijwerkingen zou zijn, dan zou de oranje lijn na 2000 ongeveer volgens de stippellijn onder de blauwe lijn moeten duiken. Het tegendeel gebeurt.In Denemarken geldt dus:
Wind bespaart geen brandstof en dus geen CO2 uitstoot.

4. 4.De inpasbaarheid van windstroom.
   De doelstelling van de regering is om 12 GWatt windenergie te plaatsen voor 2020, zodat hiermee 20% van onze elektriciteit “duurzaam” kan worden opgewekt.
   

Op volle kracht zullen alle molens samen dus 12 GWatt produceren. Het totale Nederlandse verbruik in de daluren is 10 GWatt, dus zelfs al zetten wij alle klassieke centrales in de daluren stil, dan is er bij windkracht zes nog 2 GWatt aan stroom over.
Het probleem is nog veel groter, want klassieke centrales kunnen niet zo maar  stilgezet worden. Koud opstarten als de wind vermindert en zeker als de vraag stijgt op maandagochtend, duurt te lang, is enorm duur en kost veel extra brandstof.
Daarbij komt nog, dat de levensduur van een grote generator voor een groot gedeelte bepaald wordt door het aantal koude starts.
[8] G. Dijkema, Z. Lukszo, A. Verkooijen, L. de Vries & M. Weijnen: De regelbaarheid van elektriciteitscentrales

Een quickscan in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken, TU Delft, 20 april 2009.

Het “must run” vermogen is het laagste vermogen, dat om verschillende redenen aangehouden moet worden in het klassieke systeem. Volgens windenergieadepten is het “must run” vermogen maar een paar GWatt, terwijl een realistische evaluatie van de Nederlandse situatie in 2020 op minstens 8 GWatt komt.
Dit betekent, dat er in de daluren ook in 2020 vrijwel geen windstroom bij kan op het net.
De inpassingsproblematiek kan het best behandeld worden aan de hand van de powerduurcurves uit het proefschrift van Ummels.
Deze grafieken komen niet uit een model, maar zij zijn een representatie van experimentele gegevens.
Bijlage 1 bespreekt deze curves.
De conclusie uit de bijlage is, dat bij 12 GWatt geïnstalleerd vermogen 40% van de windstroom niet ingepast kan worden in het huidige Nederlandse net.
Export wordt hier nog steeds aangeprezen als de oplossing voor het overschot aan windstroom, ware het niet, dat als het hard waait bij ons, het hard  waait in heel West Europa.
Denemarken is het grote voorbeeld van de toepassing van windenergie.
De CEPOS, een Deens instituut  vergelijkbaar met onze Wetenschappelijke Raad voor het Regeringsbeleid heeft een rapport uitgebracht met de titel:
“Windenergy, the case of Danemark”
In het rapport maken de auteurs zich vooral boos over het gratis leveren van gesubsidieerde stroom aan Noorwegen en Zweden en het terugkopen tegen hoge prijzen op de momenten van schaarste.
Onderstaand citaat staat op pagina 29:

  “The very fact that the wind power system, that has been imposed so expensively upon the consumers, can not and does not achieve the simple objectives for which it was built,should be warning the energy establishment, at all levels, of the considerable gap between aspiration and reality.”
De boosheid keurig geformuleerd.
Er is een harde economische reden voor deze boosheid:
De Denen produceren 18% van hun stroom met wind, maar de helft ervan kan niet in het land zelf gebruikt worden. Deze stroom wordt geëxporteerd naar Noorwegen en Zweden, die hun waterkrachtcentrales naar believen kunnen regelen.
Sinds een jaar hanteert Nord Pool, de Skandinavische stroommarkt, negatieve stroomprijzen tot 200 euro per MWh in het geval van stroomoverschotten.
Negatieve stroomprijzen zijn de enige manier om de molens tot stoppen te dwingen, maar het moge duidelijk zijn, dat dit verschijnsel de exploitatie van klassiek vermogen onmogelijk maakt. Dit brengt de totale stroomvoorziening in gevaar, tenzij de regering met subsidies een aantal klassieke centrales in bedrijf gaat houden….

5. 5.Conclusie.
   Het voorgaande maakt duidelijk, dat 20% windenergie in de huidige stand van onze stroomvoorziening niet ingepast kan worden. De helft van de stroom zal niet gebruikt kunnen worden en met de andere helft wordt het klassieke systeem zo verstoord, dat brandstofbesparingen niet of slechts in kleine mate optreden.
   Wil men toch inzetten op windenergie, dan zal de overheid zijn ongeduld dienen te bedwingen tot het moment, dat de techniek klaar is voor de inpassing van grote hoeveelheden aanbodgestuurde stroom. Dit is waarschijnlijk wel mogelijk, maar dit vereist nog jaren van hard werken aan de technische aanpassing van onze stroomvoorziening.
   
   

Bijlage
De powerduration curves.

Dit is de vraagcurve gemeten over een vol jaar zonder windstroom.
Het maximum ligt bij 20 GW en het minimum bij 10 GW.
Nu berekenen we de productie van windstroom gedurende een jaar uit windgegevens van het KNMI en trekken voor elk van die 35000 periodes de geleverde windstroom af van de vraag. Hiermee worden de lijnen beneden de vraagcurve geconstrueerd.
Ummels heeft dit gedaan voor 2,4,6,8,10 en 12GW windvermogen.
Extra is de horizontale lijn op 10 GW, de constante productie van het “must run” gedeelte van de centrales en de WKK units.
Het gedeelte onder de horizontale lijn kan niet worden ingepast in het net.
Met 12 GW windvermogen kan theoretisch 20% van de totale stroomproductie geleverd worden. De figuur laat zien, dat er bij het huidige windvermogen van 2 GW nog weinig problemen zijn, maar dat 12 GW windvermogen geen optie is, want dan is er gedurende de helft van het jaar stroom te veel.
Het totale overschot is ongeveer 40% van de totale windproductie.

Noot
De powerduurcurves laten ook zien, dat het verlies in rendement door 20% windenergie veel groter is, dan de paar procent die de windmolenlobby wil toegeven.
De capaciteitsfactor van windmolens is gemiddeld niet meer dan 25%, dus twintig procent windenergie wordt opgewekt door een windvermogen van 80% van het klassiek vermogen.  De invloed van 20% wind strekt zich dus uit over vrijwel het hele bereik van het klassieke vermogen. Terugregelen van centrales kan wel, maar als de centrales operationeel moeten blijven, dan is uitzetten geen optie. Beneden een bepaald vermogen worden de generatoren instabiel en lopen schade op. Dit hangt sterk af van het type centrale, maar  een vermogensniveau beneden 30% van het nominaal vermogen is voor de meeste generatoren niet haalbaar.
Volgens de powerduurcurve gaan de centrales dan gedurende de helft van het jaar gedwongen op minimum vermogen draaien .

<                                                 Inhoud                                                    >