Open brief aan Minister Kamp

Open brief aan Minister Kamp

Maandag 6 oktober 2014

Van columnist Hugo Mathijsen ontvingen we onderstaan open brief aan minister Kamp.

Beilen 6 oktober 2014

Excellentie

Ondanks alle onderzoeken waaruit blijkt dat windenergie in de praktijk weinig bijdraagt aan de vermindering van onze co2 uitstoot en ook nog eens veel duurder zal zijn als bij de opstelling van het  energieakkoord werd aangenomen blijft U bij uw standpunt.

Met deze brief wil ik U vragen dit standpunt  te herzien omdat windmolens, of die nu zijn opgesteld op zee of op het land, in onze praktijk geen oplossing zijn om te komen tot reductie van de co2 uitstoot.

Daarvoor moet ik terug naar de basis, de natuurkundige achtergrond van wind energie.
Ir Halkema heeft daar een leesbaar stuk over geschreven en op internet gezet.  Helaas is hij overleden hij zou zeker op dit moment veel kunnen bijdragen.

Een stukje van zijn tekst over de windmolen als Energiebron.

De bron van energie van waaruit een windmolen wordt aangedreven is de zogenaamde “bewegingsenergie” of “kinetische energie” van de wind, dus van bewegende lucht. Dit geldt natuurlijk op gelijke wijze voor windmolens van honderden jaren geleden en voor de hedendaagse allermodernste windmolens.

Deze kinetische energie kan uitgedrukt worden door één enkele natuurkundige formule. Zonder één enkele uitzondering zijn alle eigenschappen, dus ook de opbrengsten, de risico’s en de kosten van windmolens het gevolg van die ene natuurkundige formule. Die formule die bepalend is voor de hoeveelheid van de aandrijvende kinetische energie.

Die formule is Es = f . mspec . v³

In deze formule is:
Es de kinetische energie die per seconde door de bewegende lucht wordt aangevoerd.
f een rekenfactor waarin o.a. de diameter van de propellercirkel is verdisconteerd.
mspec de specifieke massa van de aandrijvende lucht.
v³ de derde macht van de snelheid van die lucht, dus van de wind.

Nu is mspec , de specifieke massa van lucht, ofwel de massa per kubieke meter buitengewoon klein namelijk niet meer dan 1,18 kg/m³.  Zo heeft water een specifieke massa van 1000 kg / m³. Dat is tegen de 900 maal meer dan van lucht.
Ook de snelheid van de wind is naar technische begrippen en vergeleken met de snelheid van de andere aandrijvende media zoals die toegepast worden bij andere krachtwerktuigen bijzonder klein.

Het vermogen van een windmolen varieert dus als gevolg van de variabele windsnelheid en die factor v3 zeer sterk tussen maximum en nul of nagenoeg nul. Die derde macht is de doodsteek voor een betrouwbare productie van elektriciteit door windmolens.
Dat een windmolen zelfs al bij Beaufort 2 of 3 stroom van enige nuttige sterkte opwekt is gezien de dan minimale kinetische energie van de wind onmogelijk. Dit is voor ieder model windmolen, groot of klein, met verticale as of horizontale as, een propagandistisch sprookje. Bij zo weinig wind staan de windmolens dan ook gewoon stil. Zoals u ook vaak zult zien.

Tot zover Ir Halkema.

Wat betekent dat voor de levering van windmolens:
Vanuit deze natuurkunde ( het effect van V tot de 3e) kan ook de karakteristiek van de huidige windmolens worden verklaard. De levering van de kinetische energie uit windkracht neemt toe met de windsnelheid tot de derde macht en dat bepaalt de leveringskarakteristiek van alle windmolens.

Ga meer eens rekenen wat het effect is van wisselende windkracht tussen 4 en 6 beaufort.
Snelheidsverschil windkracht 4 geeft 5 meter per seconden en 6 geeft 10 meter per seconden.

Om het effect van de natuurkundige beperkingen inzichtelijk te maken een voorbeeld.

5 x 5 x5 = 125  en 10 x 10 x 10 = 1000. Dat betekent dat de levering van alle windmolens tussen windkracht 4 en 6 zal toenemen met een factor 8

Wat is het effect daarvan voor de karakteristiek van windmolens
Allereerst is de levering zeer gering tot windkracht 4 komt er vrijwel geen energie beschikbaar.
Vanaf windkracht 4 zal je dan een steeds snellere vermogenstoename zien.
Wat de kinetische energie van de bewegende lucht betreft klopt dat ook echter dit vermogen loopt logaritmisch op ( V tot de 3e macht) en boven windkracht 6 moeten de molens worden terug geregeld. Het moment op de mast en het vermogen op de generator wordt anders te groot.

Deze pieken worden teruggeregeld door wiekverstelling.

Als we dan ook de leveringskarakteristiek van een windmolen kijken zien we tot windkracht 4 nauwelijks levering tussen windkracht 4 en 6 een sterke toename van het vermogen met een factor 8 waarna het maximum vermogen vanuit de techniek wordt begrenst tot dit vermogen ook bij toenemende wind.
Het vermogen bij het maximum van windkracht 6 is daarmee ook het opgestelde vermogen van de windmolens.
Dat betekent in de praktijk dat tussen windkracht 4 en 6 de windmolen piekt van bijna niets tot het maximum van het opgestelde vermogen.

Onze windvooruitzichten:
Engeland, Nederland, Denemarken en Noord Duitsland  zitten gezamenlijk in eenzelfde klimaatgebied waar veel sprake is van langskomende storingen die als ze boven de Noordzee liggen de windsnelheid beïnvloeden in de hele omgeving.
Dat betekent dat er situaties kunnen ontstaan dat alle molens in rond de Noordzee en een stukje Oostzee  vrijwel gelijktijdig kunnen pieken.
Regelmatig komt het in onze omgeving door de langskomende storingen ook voor dat we te maken hebben met vlagerige wind een windsnelheid van bijvoorbeeld  15 knopen met uitschieters naar 20 knopen waardoor binnen enkele minuten het vermogen van heel veel windmolens in korte tijd grote pieken en dalen voor kunnen komen.
Je zit dan in het gebied tussen windkracht 4 en 6 zodat in korte tijd het vermogen van wind turbines met de helft van het opgestelde vermogen kan wisselen. Dat valt niet ver vooruit te voorspellen.

De huidige situatie in onze omgeving:

Met name in noord Duitsland is de afgelopen periode een concentratie gebouwd van windvermogen. De bedoeling was om dit wind vermogen naar de industrie en grote steden meer naar het zuiden te transporteren. Dat vereist een transport leiding die grote vermogens snel moet kunnen doorgeven. die leiding is ook 20 jaar terug al gepland echter moet door meerdere autonome regio’s lopen waarvan de helft dit na inspraak heeft afgewezen. Veel mensen denken dat je ziek wordt als je in de buurt van dit soort grote bovengrondse transport leidingen woont.
Het gevolg is dat wij nu de pieken van de molens in Noord Duitsland over de grens krijgen.
Die moeten wij opvangen met onze centrales. Polen bouwt op dit moment al voorzieningen om die pieken te blokkeren. Dat betekent dat in ons gebied de wind energie steeds moeilijker op ons vraaggestuurde netwerk kan worden opgevangen.

Wat dat balanceren inhoudt heeft Tennet al eens goed aangegeven.

Tennet transporteert elektriciteit vanaf de bron (opwekking) naar de distributienetten. Die brengen de stroom bij gebruikers. Elektriciteit kan moeilijk worden opgeslagen en is dus niet op voorraad aanwezig. Om een continue levering van elektriciteit te garanderen, moeten vraag en aanbod dan ook 24 uur per dag en 7 dagen per week in balans worden gebracht. Tennet maakt gebruik van instrumenten als regelvermogen, reservevermogen en noodvermogen om pieken en dalen in vraag en aanbod op te vangen. In samenwerking met Europese netbeheerders vindt ook grensoverschrijdende compensatie van overschotten en tekorten van elektriciteit plaats.
Dat laatste is momenteel precies wat we doen voor de windparken in Noord Duitsland wij vangen de pieken op en daarmee gaat het rendement van onze centrales bij tijden zwaar onderuit.

Gezien de piek in de levering van windmolens tussen windkracht 4 en 6 moeten alle zeilen worden bijgezet om die te volgen met de op en afregeling van onze fossiele centrales. Lukt dit niet dan gaat letterlijk het licht uit.

In de praktijk dient de productie van stroom en de levering perfect op elkaar zijn afgesteld en je kunt niet een beetje meer of minder stroom op het net zetten dan loopt de zaak direct vast en gaat hier het licht uit.
Het net is vraaggestuurd er zijn geen mogelijkheden om grote vermogens te bufferen.

Voorstandsters van windenergie geven aan dat pieken van windmolens  en zonnepanelen  goed te voorspellen zijn.
Wat zon betreft regelmatig langskomende wolken geven grote pieken en wisselende wind tussen windkracht 4 en 6 ook. Een half bewolkte hemel in de zomer met toevallig wisselende windsterkte kan vermogenspieken op het net van wel 60% betekenen van het op dat moment gevraagde nestvermogen peiken die ook zo weer kunnen wegvallen. Vandaar dat in dat soort omstandigheden Duitsland deze pieken nu bij ons over de grens gooit en wij met onze centrales alle zeilen bij moeten zetten om die te verwerken.

Duitsers gaan nu zelfs betalen voor de opvang van deze pieken we kregen 120 euro per MWu mee maar of dat nu voldoende is?
Op dit moment wordt het opvangen van snel wegvallende pieken in Duitsland en Engeland echt nijpend door te grote vermogens aan opgesteld wind en zon op het vraaggestuurde netwerk.  Uitvallen van het netwerk dreigde en men heeft nu het fenomeen virtuele centrales in het leven geroepen.

Wat zijn virtuele centrales?

Er staan in iedere stad ook wel een aantal zeer snel startende dieselgeneratoren die ingezet worden in situaties dat het wegvallen van stroom op het net doden of grote schade kan betekenen.
Je kunt denken aan ziekenhuizen, alarmcentrales van politie en brandweer, koelhuizen etc.
Ga je al die noodaggregaten  koppelen met een computersysteem zodat je met een druk op de knop alle  verspreid opgestelde generatoren in een keer kunt starten en regelen dan heb je een noodvoorziening om de wegvallend pieken die niet snel genoeg gevolgd kunnen worden met de bijstaande centrales tijdelijk op te vangen .
Het is een zeer dure nood oplossing als de netbeheerder niet meer in staat is om met de gebruikelijke regeling van centrales het net aan de gang te houden. Zover is het nu gekomen in Engeland en Duitsland.
De generatoren moeten meer onderhouden worden en de eigenaren krijgen een fors bedrag voor de beschikbaarheid en gaat er regelmatig een grote hoeveelheid diesel door heen. Kijk eens wat dat betekent voor de co2 uitstoot
Het is werkelijk de duurste en meest slechte vorm van compenseren maar betere zijn er niet.
Tot nu toe zijn we niet in staat gebleken grote vermogens te bufferen op het net en die dan weer snel vrij te geven. De techniek daarvoor is er nog lang niet.

Onderzoek:

Wetenschappelijk onderzoek in de praktijk geeft ook heel andere cijfers als het modelonderzoek van Ummels en KEMA waar het ministerie nu te veel van uit gaat bij de beleidsontwikkeling.

Er is een 2 jaar durend praktijk onderzoek geweest naar de levering van wind energie van alle windmolens in Engeland en Schotland samen.

Hier kunt u een leesbaar artikel vinden en het rapport downloaden:

http://www.jmt.org/wind-analysis-report.asp

Dit is het resultaat:

“In fact, the report finds that:

On 124 separate occasions from November 2008 to December 2010, the total generation from the windfarms metered by National Grid was less than 20MW (a fraction of the 450MW expected from a capacity in excess of 1600MW+). These periods of low wind lasted an average of 4.5 hours.
Actually, low wind occurred every six days throughout the 26-month study period. The report finds that the average frequency and duration of a low wind event of 20MW or less between November 2008 and December 2010 was once every 6.38 days for a period of 4.93 hours.
At each of the four highest peak demand points of 2010, wind output was extremely low at 4.72%, 5.51%, 2.59% and 2.51% of capacity at peak demand.
In fact, the average output from wind was 27.18% of metered capacity in 2009, 21.14% in 2010, and 24.08% between November 2008 and December 2010 inclusive.
The entire pumped storage hydro capacity in the UK can provide up to 2788MW for only 5 hours then it drops to 1060MW, and finally runs out of water after 22 hours.
The report also found that during the study period, wind generation was:

below 20% of capacity more than half the time
below 10% of capacity over one third of the time
below 2.5% capacity for the equivalent of one day in twelve
below 1.25% capacity for the equivalent of just under one day a month
At the moment, the rapid expansion of wind farms represents the biggest threat to our remaining wild land. Wild land helps to sustain human life as well as plant, bird and animal life. Our wild landscapes provide the foundation for our tourist industry. That’s why we’re concerned about emerging questions regarding the efficiency and environmental impact of large-scale wind power developments, and about the proportion of our energy that they’re intended to supply. If wind is not delivering adequately, it will be a pointless sacrifice of Scotland’s natural assets.”

Conclusie:

Windenergie is de meest dure energiebron op een vraaggestuurd netwerk waarvan de pieken in ons land  zonder natuurlijke bronnen als waterkracht heel slecht inpasbaar zijn.

Langdurige perioden met nauwelijks wind maakt dat je alle bestaande centrales regelmatig moet bijzetten en perioden met sterk wisselende wind maakt dat je grote rendementverliezen krijgt bij het inpassen van deze windenergie op ons vraagestuurde stroomnet.

Zet je te veel wind op dit net dan kun je de pieken zelfs niet eens meer opvangen.

Duitsland gooit nu regelmatig hun overtollige, op het eigen netwerk niet inpasbare, wind en zonnestroom bij ons over de grens.

In Engeland wordt momenteel gewerkt met een grote reserve capaciteit die in de praktijk zelfs nog onvoldoende blijkt. (Pumped storage hydro capacity in the UK can provide up to 2788MW for only 5 hours then it drops to 1060MW, and finally runs out of water after 22 hours.)

Ze zijn In Engeland en Duitsland nu zover dat ze een virtuele noodrem hebben ingezet waarbij snel wegvallende windpieken met dieselgeneratoren moeten worden opgevangen.

U kunt je zich afvragen wat het effect zal zijn als wij in de toekomst nog eens 6000 MW piekvermogen laten meelopen terwijl nu al de  Duitse pieken nu al niet opgenomen kunnen worden op hun eigen netwerk.

De enige oplossing is dan de windmolens stilzetten als grote pieken verwacht worden. Het probleem is alleen dat dat ook net de enige momenten zijn dat windmolen echt stroom leveren.

Samenvattend

1e Te veel wind op ons vraaggestuurde stroomnet geeft letterlijk grote problemen, mede doordat onze weerssystemen heel groot zijn pieken we vaak vrijwel gelijktijdig met onze buurlanden waardoor  het te veel aan weersafhankelijke stroom in onze omgeving zodanig groot wordt dat we er geen kant mee op kunnen.

Duitsland kan nu de stroompieken al niet meer kwijt en als wij nog meer weersafhankelijke piekcapaciteit gaan bijbouwen is dat zinloos omdat onze gezamelijke netwerken op dit moment al die bij vlagerige wind geleverde pieken dan niet meer kan opvangen.

2e Door het feit dat alle windmolens samen de helft van de tijd minder dan 20% van het opgestelde vermogen leveren en er ook regelmatig perioden zijn dat er vrijwel geen windproductie is kun je geen centrale missen, je zult altijd voldoende reserve opwekvermogen achter de hand moeten houden met een capaciteit gelijk aan het opgestelde windvermogen.

3e Wat hierboven nog niet is aangegeven is dat die windpieken ook nog eens een forse uitbreiding van ons netwerk gaan vragen. Dat was ook een van de randvoowaarden van Ummels. Hij gaat uit van een voldoende zwaar transportnet om grote vermogens heen en weer te kunnen transporteren zowel binnen Nederland als tussen landen onderling.

Alsgemeen:

in onze omgeving waar weersystemen vaak gelijktijdig of bijna gelijktijdig invloed hebben op de wind in onze regio en er al duidelijk sprake is van overcapaciteit aan wind energie in Engeland en Duitsland is het vrijwel zinloos om nog meer windmolens bij te bouwen.

Opmerking: Denemarken is niet genoemd in deze brief omdat Denemarken hun wind energie nu tegen hoge kosten laat balanceren met waterkracht uit Noorwegen en Zweden. Daarbij betalen zij regelmatig een negatieve prijs bij te veel wind en moeten ze de hoofdprijs op de stroommarkt betalen als er weinig wind is en veel vraag.

Beste Minister Kamp.

Ik ga er van uit dat U op basis van het bovenstaande uw beleid wat windenergie betreft nog zou kunnen  heroverwegen.

Hugo Matthijssen

Columnist Groningerkrant.

2013 © De Groene Rekenkamer - Website gehost door Vertixo