Windschaduw boven zee
De overheid wil 6000 megawatt windvermogen installeren op de Noordzee, verdeeld over een aantal parken. Staan onze windparken in zee wel goed? "Nog wel," antwoordt Arno Brand van ECN Windenergie. "Maar nieuwe parken zullen elkaars wind afvangen als ze dichter bij elkaar worden gebouwd."
Windturbines halen energie uit de wind. Lang niet alles; de theoretische grens ligt bij 59 procent. En dan hebben we het uiteraard over de kolom lucht binnen de spanwijdte van de rotorbladen. De turbines van een windpark staan ver uit elkaar, dus het lijkt aannemelijk dat de kilometers brede luchtstroom door het park als geheel nauwelijks energie verliest. "Maar zo is het niet," zegt Brand. "Als veilige afstand tussen twee windparken – veilig in de zin dat ze niet al te veel merken van elkaars windschaduw – moet je denken aan tien tot meer dan dertig kilometer." De grens van 'niet al te veel' ligt dan bij een halve meter per seconde minder windsnelheid, uitgaande van een jaargemiddelde van 10 m/s op 90 m hoogte boven zeeniveau, en parken van 5 megawatt per vierkante kilometer aan geïnstalleerd vermogen.
Bestaande windparken in de Nederlandse Noordzee en huidige plannen voor de toekomst (Illustratie: Noordzeeloket).
Een derde macht
Een afname van 0,5 m/s lijkt nogal bescheiden. Maar de energie in de wind is evenredig met de derde macht van de windsnelheid. Als een turbine het moet doen met 9,5 in plaats van 10 m/s, is het verlies dus 14 procent. Natuurlijk gaat het om een specifieke windrichting. Windpark Egmond aan Zee merkt alleen iets van het park Prinses Amalia bij west-zuidwestenwind. Dat is echter een heersende wind, die een aanzienlijk deel van de opbrengst moet leveren. Verspreid over de levensduur van een windpark kan zelfs 0,5 m/s dan heel wat geld schelen.
En kijk eens naar de kaart van lopende aanvragen voor nieuwe windparken in de Noordzee. GWS, EP en BARD (9, 10 en 11 op bovenstaande kaart) komen volgens de huidige plannen bijna tegen elkaar aan te liggen. Verder zien we, onder andere, dat Rijnveld Oost (18) vrijwel omsingeld is door Katwijk, Rotterdam Noord-West, West Rijn en Rijnveld Noord (19, 7, 16 en 17). Waarom worden al die windparken zo dicht bij elkaar gezet?
Gemiddelde windsnelheid boven de Nederlandse exclusieve economische zone (NEEZ) in de periode 1997 - 2002. Hoogte: 90 m. boven gemiddeld zeeniveau.
Vanaf 2014 zullen er volgens de huidige Britse plannen drie extreem grote windparken worden gebouwd langs de westelijke grens. Als gevolg daarvan zou de gemiddelde windsnelheid in ons gebied aanzienlijk afnemen (Illustratie: ECN).
Winstgevende kustzone
De kustzone van de Randstad is de meest winstgevende plek voor een windpark. Een heel groot deel ervan wordt echter in beslag genomen door scheepvaartroutes, zoals de kaart van lopende aanvragen laat zien.
Brand: "Uitgaande van die beperkte ruimte werden locaties voor windparken aangewezen zonder rekening te houden met eventuele onderlinge windhinder. Begrijpelijk, want we hebben pas sinds kort een door ons ontwikkeld wiskundig model dat voldoende rekening houdt met zowel de convectieve (stromings)krachten als de gevolgen van het corioliseffect en turbulentie; een model, trouwens, dat we konden valideren dankzij metingen aan bestaande offshore windparken."
Uitvoering van alle huidige plannen lukt dus niet zonder dat windparken elkaar gaan hinderen, weten we nu. En eenmaal binnen de veilige afstand zoals voorspeld door het rekenmodel neemt het verlies snel toe; direct achter een windpark van 5 MW/km2 is de windsnelheid maar liefst 40 procent lager.
Het probleem laat zich niet oplossen door individuele windparken groter te maken, of door binnen een park per vierkante kilometer meer of grotere turbines te plaatsen. Brands rekenmodel laat zien dat een park in beide gevallen een evenredig langere windschaduw veroorzaakt, zodat buren op grotere afstand worden gezet – of domweg genoegen moeten nemen met minder wind. Windturbines in grotere parken stelen bovendien meer wind van elkaar, tenzij de onderlinge afstanden toenemen.
In diep water
Het Nederlandse energiebeleid vraagt om 6000 megawatt aan geïnstalleerd vermogen op zee. Er is geen twijfel aan dat turbines in diep water, ver uit de kust een groot deel van dat vermogen moeten gaan leveren. Brand: "Onze windatlas toont grote onbenutte gebieden, met als bonus een wat hogere gemiddelde windsnelheid. Maar ze liggen een stuk verder uit de kust, waar de zee veel dieper is. Dat betekent een duurdere fundering, duurdere kabels om de energie aan land te brengen, en duurder onderhoud. Over het exacte verschil in kosten en opbrengst is nog weinig te zeggen, want de ervaring is er pas sinds kort."
Engelse windschaduwen
Samen met TU Delft en industriële partners zoals RWE Offshore Wind, TenneT en Eneco werkt ECN aan project FLOW (Far and Large Offshore Wind) dat in 2013 moet leiden tot een klein demonstratiepark in 35 meter diep water, 75 km. uuit de kust.
De Britten lijken ons een stap voor, want ze hebben al plannen voor drie gigantische operationele windparken langs de westelijke grens van het Nederlandse Noordzeegebied; Doggersbank, Hornsea en Norfolk. Veel verder uit de kust, in water tot 60 m. diep. Samen moeten ze 20 gigawatt gaan leveren en de bouw begint mogelijk al in 2014. Vooral Norfolk (westelijk van de Randstad) en Doggersbank worden zo groot, dat ze aanzienlijke windschaduwen zullen leggen over de belangrijkste Nederlandse zones.
Uitvoering van de Britse plannen lijkt heel aannemelijk. Misschien is het tijd voor een internationale versie van het oude windrecht, dat molenaars in vroeger eeuwen beschermde tegen windbelemmerende nieuwbouw in de buurt van hun molens.
Contact
Arno J. Brand
ECN Windenergie
Tel.: 022 456 4775
E-mail: Arno Brand
Info
Wind farm design - When other wind farms are close
Wind Power Plant North Sea - Wind Farm Interaction: The effect of wind farming on mesoscale flow
Offshore Wind Atlas of the Dutch part of the North Sea
Tekst: Steven Bolt
Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/
