Alles wat beweegt, heeft energie in zich, dus ook de wind. Een windmolen zet de bewegingsenergie van de wind om in elektriciteit. Een windmolen bestaat grofweg uit de wieken, de gondel en de mast.
Windenergie gebruiken we al eeuwen
De moderne windmolens die we inzetten om duurzame stroom mee op te wekken, bestaan sinds de jaren 70. Een directe oorzaak in de ontwikkeling is gelegen in de oliecrisis van 1973.
Deze zorgde voor een stijging van de olieprijs en een noodzaak om minder afhankelijk te worden van olieproducerende landen.
Het gebruik van windenergie gaat echter vele eeuwen terug. Zo werd er circa 1.000 jaren voor Christus in China al gebruik gemaakt van de panemoon; een uitvinding waarmee men graan kon malen of water transporteren. Dit nam belangrijke fysieke arbeid uit handen.
Nog steeds zien we in het Nederlands landschap talloze ouderwetse windmolens die dankzij het overnemen van zware arbeid een grote rol hebben gespeeld in de welvaart van de Gouden Eeuw.
In 1887 werd er voor het eerst een windmolen gebruikt voor het opwekken van elektriciteit door James Blyth, die hiermee zijn schuur van licht voorzag.
Hoe werkt een windturbine: de wieken
Alles wat beweegt, heeft energie in zich, dus ook de wind. Een windmolen zet de bewegingsenergie van de wind om in elektriciteit. Een windmolen bestaat grofweg uit de wieken, de gondel en de mast.
De wieken hebben een speciale vorm – gelijk aan vliegtuigvleugels – die erop is gericht om zoveel mogelijk wind op te kunnen vangen. De oude modellen beschikken over 2 wieken, maar moderne hebben er 3 om de hoeveelheid opgewekte energie te optimaliseren.
Het deel waar de wieken bij elkaar zit, wordt de rotor genoemd. Wanneer het waait, vangen de wieken wind en gaat het geheel draaien.
Hoe meer wieken er aan de windmolen zitten, hoe krachtiger de rotor. Maar bij groei van het aantal wieken, neemt ook de luchtweerstand toe, waardoor het geheel langzamer gaat draaien. Dit is nadelig, omdat de elektriciteit juist een hoge frequentie moet hebben om aan het net te kunnen leveren.
Ook de grootte van de wieken speelt een rol. Zijn de wieken 2 keer zo lang, dan is de stroomopbrengst 4 keer zo groot.
Hoe werkt een windturbine: de gondel
De rotor zit vast aan de gondel. Dit is de ruimte bovenaan, waarin alle stroomopwekkende onderdelen zich bevinden, zoals de generator, de draairichting motoren of de transformator.
De draaiende rotor geeft haar bewegingsenergie af aan de generator – te zien als een heel groot fietsdynamo – die deze vervolgens omzet in stroom.
In Nederland heeft ons elektriciteitsnetwerk een frequentie van 50 Hz. Draait de rotor niet snel genoeg dan heeft de opgewekte stroom niet de juiste frequentie om aan het net te kunnen leveren. In zo’n geval is de generator aangesloten op een transformator die de spanning omzet.
Tot slot bevindt zich in de gondel een computer waarmee de molen op afstand kan worden bediend of gemonitord.
Hoe werkt een windturbine: de mast
De gondel van de turbine bevindt zich bovenop de mast, die bijna altijd gemaakt is van staal. De hoogte van de mast varieert van ongeveer 60 tot 120 meter hoog en de diameter van ongeveer 2 tot 7 meter. Vaak zit er een lift in de mast, zodat werkers gemakkelijk naar de gondel en wieken toe kunnen gaan.
Voor een windmolen geldt; hoe groter, hoe beter. Op een hogere hoogte vangen de wieken namelijk meer wind op, waardoor er meer energie kan worden opgewekt dan op een lager niveau. Daarom worden er in de laatste jaren steeds meer windmolens gebouwd met een hoogte van 135 meter.
Hoe harder de wind, hoe beter?
In het geval van zonnepanelen, zorgt elke hoeveelheid licht ervoor dat er energie wordt opgewekt. Daarom werken zonnepanelen ook bij bewolkt weer en zelfs bij maanlicht, al gaat het hier om een minimale hoeveelheid.
Bij windmolens werkt dit anders. Zo wordt er pas elektriciteit opgewekt vanaf windkracht 2. Tot windkracht 6 produceert de windturbine voor iedere verdubbeling van de windkracht 8 keer zoveel energie.
De hoeveelheid opgewekte energie tussen windkracht 6 en windkracht 10 is gelijk en optimaal. Wanneer er een windkracht harder dan 10 staat, dan wordt de windturbine uitgeschakeld om schade aan de turbine te voorkomen.
Windmolens en het milieu
Tijdens het opwekken van stroom met een windmolen komt er geen CO2, fijnstof of stikstofoxide in de lucht. Er komt wel CO2 vrij bij tijdens de bouw, bij het onderhoud en de afbraak van de windturbines, want daarvoor is energie nodig uit fossiele brandstoffen.
Maar over de hele levensduur is die uitstoot erg laag. In 3 tot 6 maanden draaien wekt een windturbine evenveel energie op als er nodig is voor de bouw, het onderhoud en de afbraak. Windmolens gaan zo’n 20 jaar mee.