Hoe werkt een windturbine?

Moderne windturbines hebben meestal drie rotorbladen die samenkomen in de rotor. Die rotor is bevestigd aan een behuizing (de gondel) die bovenop een lange mast staat. Hoe hoger de windmolen, hoe meer wind de bladen vangen en hoe meer energie je dus kunt opwekken. Hoe hoger de mast, hoe meer wind de turbine vangt. Windturbines van 150 meter hoog zijn dan ook geen uitzondering meer, terwijl de écht grote turbines bijna even groot zijn als de Eiffeltoren.

Dynamo

Om ervoor te zorgen dat de rotorbladen van de turbine optimaal op de wind staan, kan de gondel worden gedraaid. Tot zover is er nog niet zoveel verschil met de oer-Hollandse windmolen. Die kon ook in de wind worden gekruid, zij het handmatig – door de molenaar zelf – en niet met een speciale kruimotor. In de gondel van de windturbine is een grote dynamo geplaatst die de draaiing van de rotor transformeert in elektriciteit. Deze generator is aangesloten op een transformator die de door de dynamo opgewekte laagspanning omzet in hoogspanning. De windturbine is met moderne communicatiemiddelen verbonden met externe netwerken, zodat de molen op afstand kan worden bediend.

Windsnelheid

Hoeveel energie met een windturbine gegenereerd kan worden hangt natuurlijk op de eerste plaats af van de wind. Maar daarover later meer. De opbrengst hangt namelijk ook af van de ‘hardware’: het type windturbine, het vermogen dat de generator kan opwekken en hoe effectief de windenergie omgezet kan worden in elektriciteit. Maar zonder wind geen windenergie. Belangrijk daarbij is de hoeveelheid beschikbare wind (over de jaren aangeven in de ‘Windex’) en de windsnelheid. Om een windturbine te laten draaien is minimaal windkracht 2–3 nodig. Bij windkracht 10 tot 12 worden windmolens stilgezet omdat ze anders overbelast kunnen raken. De windsnelheid wordt bepaald door:

• De locatie: meestal waait het aan de kust en op open zee harder dan in het binnenland;
• De hoogte van de windturbine: het waait meestal harder op grotere hoogte, als is de windsnelheid landinwaarts overdag bóven 90 meter kleiner dan daaronder;
• Het tijdstip: gemiddeld waait het overdag boven land tot op 90 meter hoogte harder dan in de nacht;
• Het seizoen: ’s winters waait het harder dan ’s zomers;
• De luchttemperatuur: Warme lucht is ijler en heeft minder energie;
• De variatie van de windrichting en de snelheid waarmee de windturbine daarop kan worden aangepast.

Rendement

Ook op het gebied van windturbines staan de technische ontwikkelingen natuurlijk niet stil. Een moderne windmolen levert veel meer windenergie dan een windturbine van dertig jaar geleden. Niet alleen omdat er steeds grotere windturbines gebouwd kunnen worden, maar ook om dat ze steeds efficiënter worden en steeds meer vermogen kunnen opwekken. Zo hadden de windmolens die begin tachtiger jaren her en der in Nederland werden geplaatst een vermogen van 85 kilowatt (kW). Veel moderne onshore windturbines hebben intussen een vermogen van 3-5 megawatt (1 MW = 1.000 kW) en er bestaan zelfs offshore windmolens met een vermogen van 12 MW.

Vollast-uren

Hoeveel energie een windturbine oplevert hangt af van het vermogen van de windmolen en de hoeveelheid wind. Als een windmolen een uur heeft gedraaid op vol vermogen, noemen we dat een vollast-uur. Heeft bijvoorbeeld een turbine met een vermogen van 2 MW in één jaar 4.000 MWh aan energie opgewekt, dan heeft die windmolen 2.000 vollast-uren gedraaid. Het aantal vollast-uren hangt af van de locatie, de hoogte van de windmolen en de lengte van de bladen.