Leveren windmolenparken veel minder energie dan gedacht?

26 augustus 2015 – Windmolenparken zouden veel minder energie kunnen opleveren dan gedacht. Bij grote windparken is dat misschien maar een kwart of een vijfde, zo zou blijken uit een onderzoek van het Max Planckinstituut. Windenergiedeskundigen zetten forse vraagtekens bij het onderzoek.

BNR doet verslag van het onderzoek op basis van een publicatie in het wetenschapsblad PNAS.

Uit het bericht van BNR
‘(…) Onderzoeker Lee Miller zegt dat de opbrengsten allereerst tegenvallen doordat de achterste windmolens minder wind vangen dan de voorsten. “Windmolens halen energie uit de lucht, dat betekent dat er na elke rij windmolens minder energie in de lucht zit. Dat het kortom iets minder hard waait. Na een kilometer of vijf begin je dat echt te merken.”
Na een studie bij een groot windpark in Kansas in Amerika komen Miller en zijn collega’s tot de conclusie dat een watt per vierkante meter het beste is wat je kunt bereiken. Voor elke vierkante meter dat je windpark groot is, kun je maximaal één watt vermogen opwekken. Voor de kust van Borssele moet 344 vierkante kilometer aan windparken worden aangelegd. Dat zijn vier kavels plus eenvijfde voor innovatie. Het is de bedoeling dat die windmolens 350 megawatt opwekken. Afhankelijk van of je de vijfde kavel meetelt, kom je dan aan 4 à 5 watt per vierkante meter. Volgens Miller is dat vier of vijf keer meer dan mogelijk is, als je naar de natuurkunde kijkt.
Het onderzoek waarover Miller schrijft in het wetenschapsblad PNAS gaat over een windpark op land. Op dit moment onderzoekt hij of er iets zou kunnen zijn waardoor een windpark op zee meer zou kunnen opleveren dan een windpark op land, maar op dit moment lijkt het daar niet op. Dat zou betekenen dat de windparken op de Noordzee veel minder elektriciteit gaan opwekken dan iedereen nu denkt. (…)’

Abstract van de studie van Lee Miller
‘(…) Wind turbines generate electricity by removing kinetic energy from the atmosphere. We show that the limited replenishment of kinetic energy from aloft limits wind power generation rates at scales sufficiently large that horizontal fluxes of kinetic energy can be ignored. We evaluate these factors with regional atmospheric model simulations and find that generation limits can be estimated from the ‟preturbine” climatology by comparatively simple means, working best when the atmosphere between the surface and hub height is naturally well-mixed during the day. Our results show that the reduction of wind speeds and limited downward fluxes determine the limits in large-scale wind power generation to less than 1 W⋅m−2. (…) Wind turbines remove kinetic energy from the atmospheric flow, which reduces wind speeds and limits generation rates of large wind farms. These interactions can be approximated using a vertical kinetic energy (VKE) flux method, which predicts that the maximum power generation potential is 26% of the instantaneous downward transport of kinetic energy using the preturbine climatology. We compare the energy flux method to the Weather Research and Forecasting (WRF) regional atmospheric model equipped with a wind turbine parameterization over a 105 km2 region in the central United States. The WRF simulations yield a maximum generation of 1.1 We⋅m−2, whereas the VKE method predicts the time series while underestimating the maximum generation rate by about 50%. Because VKE derives the generation limit from the preturbine climatology, potential changes in the vertical kinetic energy flux from the free atmosphere are not considered. Such changes are important at night when WRF estimates are about twice the VKE value because wind turbines interact with the decoupled nocturnal low-level jet in this region. Daytime estimates agree better to 20% because the wind turbines induce comparatively small changes to the downward kinetic energy flux. This combination of downward transport limits and wind speed reductions explains why large-scale wind power generation in windy regions is limited to about 1 We⋅m−2, with VKE capturing this combination in a comparatively simple way. (…)’

Uit een bericht van de PZC
‘(…) Jasper Vis, manager bij Dong Energy en windenergiedeskundige, zet vraagtekens bij Millers onderzoek. ,,Al jaren worden rendementen van windparken gepubliceerd. Denk je dat het niet opgevallen zou zijn als de windenergieproductie 75 tot 80 procent lager zou zijn geweest?”
Ook bij Eneco fronsen ze de wenkbrauwen. Eneco exploiteert sinds 2008 het windpark Prinses Amalia voor de kust bij IJmuiden (60 windmolens van 2 megawatt per stuk). „Dat levert sinds 2009 om en nabij het berekende rendement van 420 gigawatt-uur per jaar. Alleen in 2010, toen het gemiddeld minder waaide, hadden we een dip. Toen produceerde het park 363 gigawatt-uur”, zegt woordvoerder Cor de Ruijter.
Volgens Tjeu van Mierlo, woordvoerder van het Zeeuwse consortium dat het windpark Borssele wil bouwen, kan Miller niet zonder meer een onderzoek op land van toepassing verklaren op windparken op zee. „Het windaanbod op zee is groter en je hebt er ook minder obstakels die de windstroom afzwakken.” (…)’

Bronnen
BNR, 25 augustus 2015: Hoeveelheid energie opgewekt door windparken teleurstellend
PNAS, 18 augustus 2015, Studie van Lee Miller e.a.: Two methods for estimating limits to large-scale wind power generation (abstract)
Volledige publicatie (pdf, 6 pag)
Persbericht Max Planck Institut, 24 augustus 2015: Large wind farms expected to slow down winds and yield less energy
PZC, 26 augustus 2015: ‘Windpark Borssele levert minder energie’ (via Blendle)
Foto: Windpark Luchterduinen Eneco