A COMPANY OF HASKONING NEDERLAND BV RUIMTELIJKE ONTWIKKELING. Opwekking van windenergie in de gebouwde omgeving. 18 januari 2002 Eindrapport.

Transcriptie

1 A COMPANY OF HASKONING NEDERLAND BV RUIMTELIJKE ONTWIKKELING Opwekking van windenergie in de gebouwde omgeving 18 januari 2002 Eindrapport Novem

2 A COMPANY OF

3 A COMPANY OF HASKONING NEDERLAND BV RUIMTELIJKE ONTWIKKELING Barbarossastraat 35 Postbus AD Nijmegen +31 (0) Telefoon (024) Fax Internet Arnhem KvK Documenttitel Opwekking van windenergie in de gebouwde omgeving Status Eindrapport Datum 1 februari 2002 Projectnaam Projectnummer Opdrachtgever Referentie L1829.A0 Novem Opgesteld door Gecontroleerd door ir. L.G.J. Lakeman ir. D.J. Peters ir. K.M. Brüssau mr. R. Lichtenberg ir. H. Cleijne (Kema) ir. R.J. Hoeve (Kema) drs. M.I.C.A. de Jong Datum/paraaf controle. Goedgekeurd door drs. M.I.C.A. de Jong Datum/paraaf goedkeuring.

4 A COMPANY OF

5 SAMENVATTING Aanleiding en doel onderzoek Door diverse marktpartijen worden kleinere, voor de gebouwde omgeving geschikte turbines ontwikkeld. Deze ontwikkelingen kunnen leiden tot subsidieaanvragen, die beoordeeld moeten worden in het kader van de Uitvoeringsregeling BSE-duurzame energie. Met het oog op deze beoordelingen heeft Novem aan Royal Haskoning gevraagd een onderzoek uit te voeren dat antwoord moet geven op de volgende vragen: 1. Wat is de stand van zaken van energieopwekking uit wind in de gebouwde omgeving? 2. Wat zijn de technische, planologische, sociologische en economische knelpunten? 3. Wat zijn de perspectieven in het licht van de duurzame energie doelstellingen in Nederland in 2020? Motieven voor ontwikkeling Drijfveer voor de ontwikkeling van deze kleine turbines waren veelal vragen uit de markt: - om de productie van windenergie zichtbaar te maken door de installatie dichter bij de mensen te plaatsen (de beide initiatieven van energiebedrijven: Globuan, Tulipo) - om de opwekking van windenergie in de gebouwde omgeving mogelijk te maken (Neoga, Turby) - verzoeken van architecten om windenergie te integreren in energie-efficiënte bouwontwerpen (WEB) Typen turbines In het onderzoek zijn 2 scenario s onderscheiden: - scenario 1: turbines die op of naast gebouwen geplaatst kunnen worden; hiertoe behoorden de meeste initiatieven. - scenario 2: turbines die in het gebouwontwerp geïntegreerd zijn (één initiatief: WEB). Van de 6 initiatieven voor plaatsing op of naast die de basis hebben gevormd voor dit rapport, zijn 5 turbines voorzien van een verticale as. Alle turbines zijn daarbij lift, c.q. Darrieus turbines: sneller lopend dan de drag/savonius turbines, met een betere aërodynamische prestatie en derhalve een beter rendement. Ook blijkt uit de analyses dat de meeste van deze initiatieven ontworpen zijn voor lagere windsnelheden. Alleen de Globuan vormt hierop (met het geïntegreerde ontwerp van het WEB-project) een uitzondering. Waar en hoe te plaatsen De turbines van scenario 1 lijken in principe zowel op bestaande, als op nieuw te bouwen panden geplaatst te kunnen worden en de meeste zowel op woningen als op utiliteitsbouw. Daarbij moeten wel enkele kanttekenen geplaatst worden: - De meeste turbines voor de gebouwde omgeving zijn ontworpen voor lage windsnelheden. Boven woonhuizen, die zelden hoger zijn dan 10 meter, is het windaanbod inderdaad relatief laag. Bij hogere gebouwen ontstaat echter een versnelling van de windstroom als gevolg van de hoogte van het gebouw zelf, of door het tunneleffect van meerdere gebouwen naast elkaar, wat kan leiden tot een 30% hoger windaanbod. Alleen in het ontwerp van de Turby is met dit gegeven rekening gehouden. - De constructies van sommige platte daken (van bedrijfsgebouwen) zijn mogelijk niet geschikt voor de plaatsing van turbines, in verband met het gewicht en de krachten die de turbine op de constructie uitoefent. Ook de maatverhoudingen van de gebouwen in relatie tot de optimale plaats voor plaatsing van de turbines vormen een knelpunt voor de optimale benutting van het plaatsingspotentieel. Eindrapport 1 februari 2002

6 De installatie (zowel de plaatsing van de turbine, als de elektrische aansluiting) vergt in het algemeen slechts geringe aanpassingen. Veel praktijkervaring is er echter nog niet met deze turbines. De meeste turbines zijn nog in ontwikkeling. Naar verwachting zullen de turbines formeel gezien weinig invloed hebben op de ruimtelijke kwaliteit. Dit lijkt vooral een kwestie van smaak. Gezien de onbekendheid met het fenomeen dat windturbines geplaatst worden in een omgeving met concentraties van mensen kan ook hier het Nimby-effect optreden. Dit Nimby-effect moet dan vooral gezien worden als een vertaling van het afwijzen van veranderingen in de leefomgeving en angst voor het onbekende. Juridische knelpunten Wel zitten aan de plaatsing van windturbines op, aan, of in gebouwen nogal wat juridische haken en ogen. Het kan, gezien de doorlooptijd van de verschillende vergunningprocedures, gemakkelijk meer dan een jaar duren voordat met de bouw begonnen kan worden. Het belangrijkste juridische knelpunt is dat de huidige kaders nog niet zijn voorbereid op dit type turbines. In de beleidskaders waarop de bouwvergunning gebaseerd moet worden (het streek- en bestemmingsplan en ook de gemeentelijke Bouwverordening) wordt nog geen aandacht besteed aan deze nieuwe techniek en in de juridische kaders zijn er nog geen normen voor opgenomen, terwijl in principe alle vergunningen ook voor windturbines in de gebouwde omgeving noodzakelijk lijken. Een uitzondering vormen de turbines die een hoeveelheid energie opleveren die alleen voor eigen gebruik is. In dat geval is een milieuvergunning niet vereist. Ook zijn er nog geen (IEC- of NVN-) normen ontwikkeld waaraan de technische specificaties van de turbines moeten voldoen, teneinde o.a. het gewenste veiligheidsniveau te kunnen toetsen en garanderen. Wel zijn door de geïnterviewde ontwikkelaars enkele aandachtspunten ter bevordering van de veiligheid genoemd: - Dubbel veiligheidsysteem - Beveiliging tegen wegvliegen van afgebroken delen - Beveiliging tegen vandalisme (of gewoon erin klimmen) Kostenaspect Kostentechnisch zijn de kleine turbines nog niet rendabel. Kleine windturbines die gebruik maken van het lift-principe hebben echter de potentie om in de nabije toekomst bij te dragen aan een duurzame energievoorziening in de gebouwde omgeving. De kostprijs van de opgewekte stroom ligt lager dan die van zon-pv. Savonius rotoren zullen nooit kostendekkend stroom kunnen produceren. Ruimtelijke kwaliteit Plaatsingspotentieel Windturbines met een horizontale as kunnen vermoedelijk het eerst kostendekkend in de gebouwde omgeving worden ingezet. Waarschijnlijk zullen verticale as windturbines niet al te lang daarna volgen. Of zij uiteindelijk de overhand krijgen zal in de praktijk ervan afhangen of zij hun vermeende ongevoeligheid voor het grillige windregime kunnen waarmaken. Het verwachte plaatsingspotentieel bedraagt ongeveer MW. Daarmee kan windenergie in de gebouwde omgeving een bijdrage van minder dan 1% leveren aan de overheidsdoelstelling voor duurzame energie. Eindrapport 1 februari 2002

7 Voor de korte termijn ziet men de meeste kansen voor scenario op/naast Op langere termijn, na uitvoering van proefprojecten, ziet men zeker ook mogelijkheden voor de beide andere scenario s. Keuze voor een van de scenario s is vooral afhankelijk van de context waarin de turbine geplaatst wordt. Voor een optimaal plaatsingspotentieel zouden echter zowel het architectonische ontwerp, als het stedenbouwkundige ontwerp op voorhand uitgelegd moeten worden op de plaatsing van turbines. Daarvoor moet samengewerkt worden met industriële vormgevers, architecten en stedenbouwkundigen. Goede ontwerpen, die esthetisch aansluiten bij het gebouw en de omgeving kunnen het draagvlak bevorderen en daarmee het plaatsingspotentieel positief beïnvloeden. Gesignaleerde knelpunten Met een goede, geïntegreerde vormgeving zijn we er echter nog niet. Er is daarnaast nog een fors aantal knelpunten dat de realisatie van het plaatsingspotentieel bemoeilijkt. Die knelpunten zijn hieronder opgesomd. 1. Alle typen turbines voor de gebouwde omgeving, met uitzondering van de Virya 5 verkeren nog in een ontwikkelingsstadium. Er zijn daardoor nauwelijks praktijkgegevens bekend. 2. De meeste windturbines voor de gebouwde omgeving zijn vooral ontworpen voor lage windsnelheden, terwijl de windsnelheid boven hoge gebouwen groter kan zijn dan in de vrije ruimte. Alleen de Turby vormt hierop een uitzondering. 3. Er zijn geen turbines die speciaal voor schuine daken zijn ontworpen. 4. plaatsing van turbines 5. Maatverhoudingen van utiliteitsgebouwen vormen een knelpunt voor optimale benutting van het plaatsingspotentieel 6. Op maaiveldniveau kan de vorm van het gebouw van het geïntegreerde concept voor passanten onverwacht groot windhinder hebben 7. Bouwtechnische ontwerpen zijn niet ontwikkeld voor de toepassing van turbines 8. Stedenbouwkundige ontwerpen zijn niet uitgelegd op de integratie van windturbines in de gebouwde omgeving 9. De AMVB Voorzieningen en Installaties is niet van toepassing op dit type turbines 10. Er is nog geen certificering voor dit type turbines 11. De gemeentelijke Bouwverordening geeft geen normen voor dit type turbines 12. De bestemmingsplannen spelen niet in op dit type turbines 13. Procedures voor vergunningaanvragen zijn complex en langdurig 14. Er zijn onvoldoende financiële stimuleringsmaatregelen 15. Het Nimby-effect zal in de gebouwde omgeving mogelijk een nog grotere rol spelen dan in het landelijke gebied Eindrapport 1 februari 2002

8 Eindrapport 1 februari 2002

9 INHOUDSOPGAVE Blz. SAMENVATTING 1 INLEIDING Nieuwe ontwikkelingen Aanleiding en doel van het onderzoek Leeswijzer 2 2 HET ONDERZOEK Inleiding Aanpak Aandachtpunten van het onderzoek Zes aandachtspunten Twee scenario s 5 3 TECHNISCHE ASPECTEN VAN DE TURBINES Huidige aanbod turbines Aanleiding en doel van de ontwikkeling Eigenschappen van de turbines Windaanbod Eisen voor installatie Verwerking van de opgewekte energie Samenvattend overzicht turbine eigenschappen 22 4 BOUWTECHNISCHE EISEN EN CONSEQUENTIES Eisen voor de gebouwconstructie Consequenties voor het architectonische ontwerp Consequenties voor het stedenbouwkundige ontwerp Plaatsingsscenario s 28 5 JURIDISCHE ASPECTEN Milieuhygiënische aspecten Bouwregelgeving Milieuregelgeving Samenhang milieuvergunning en bouwvergunning Relatie met de landelijke doelstelling voor windenergie 42 6 SOCIOLOGISCHE ASPECTEN Te verwachten ervaren hinder Invloed op de ruimtelijke kwaliteit Factoren die het plaatsingspotentieel beïnvloeden Stimulansen voor de implementatie Mogelijkheden voor creëren van draagvlak 52 Eindrapport - i - 1 februari 2002

10 7 ECONOMISCHE ASPECTEN Inleiding Resultaten Conclusies 60 8 PLAATSINGSPOTENTIEEL IN DE GEBOUWDE OMGEVING Inleiding De bepaling van het potentieel Resultaat van de analyse 64 9 CONCLUSIES EN KNELPUNTEN Stand van zaken Stand van zaken technisch Plaatsingspotentieel Gesignaleerde knelpunten Technische knelpunten Juridische knelpunten Sociologische knelpunten Economische knelpunten De knelpunten op een rijtje Tot slot 71 LITERATUURLIJST Overzicht van tabellen en figuren Tabel 2.1 Overzicht initiatieven met betrekking tot wind in de gebouwde omgeving Tabel 4.1 Langere termijn initiatieven Tabel 4.2 Ontwikkeling van nieuwe turbines die geschikt zijn voor de gebouwde omgeving Tabel 4.3 Overzicht van de initiatieven en motieven Figuur 4.1 Schematische weergaven van een Savonius turbine en Darrieus turbine Tabel 4.4 Samenvatting eigenschappen Kader 4.1 Toelichting Project WEB Figuur 4.2 Nominaal vermogen en bestreken oppervlak Figuur 4.3 Nominaal vermogen per rotorvlakte Tabel 4.5 Windregimes in de gebouwde omgeving Tabel 4.6 Overzicht onderlinge afstanden per type turbine Tabel 4.7 Samenvattend overzicht van turbineeigenschappen Figuur 5.1 Turbines geplaatst op het midden van het dak Figuur 5.2 Turbine op hoog gebouw (geplaatst boven turbulente luchtstroming) Tabel 5.1 Samenvattend overzicht van bouwtechnische eisen in relatie tot kleine turbines Tabel 6.1 Samenvattend overzicht van milieuhygiënische aspecten Figuur 8.1 Investeringskosten per m 2 rotoroppervlak voor diverse typen kleine windturbines Figuur 8.2 Investeringskosten per kwe voor diverse typen kleine windturbines Figuur 8.3 Stroomprijs per kwh voor diverse typen kleine windturbines Kader 8.4 KWh prijs Turby Tabel 9.1 Segmentering van de gebouwen en eigenaren, waarvoor een potentieelschatting is gemaakt Tabel 9.2 Gehanteerde aannames voor de verschillende marksegmenten Tabel 9.3 Potentieel van windturbines in de gebouwde omgeving Eindrapport - ii - 1 februari 2002

11 Eindrapport - iii - 1 februari 2002

12 1 INLEIDING 1.1 Nieuwe ontwikkelingen De ontwikkelingen rond windenergie vinden in hoog tempo plaats. Eén van de aandachtspunten hierbij is het verkennen van de mogelijkheden voor windenergie in de gebouwde omgeving. Vanuit diverse bedrijven en organisaties lopen inmiddels verschillende initiatieven om hieromtrent kennis en producten te ontwikkelen. Deze initiatieven hebben reeds verrassende en vernieuwende concepten en producten voortgebracht. Een aantal marktpartijen heeft al veel tijd en geld geïnvesteerd in de ontwikkeling van kleinere, voor de gebouwde omgeving geschikte, turbines. Deze kleinere turbines kunnen een aantal voordelen hebben: een vereenvoudigde installatie door de kleinere afmetingen (afhankelijk van gebouwtype); plaatsing van turbines nabij de locatie waar de energie benut zal worden en een afname van plaatsingsdruk op het landelijke gebied en/of open ruimten. Door turbines in de gebouwde omgeving te plaatsen kan wind mogelijkerwijs ook dichter bij de burger gebracht worden, iets wat de bewustwording van het energieverbruik en van duurzame energie kan helpen bevorderen. Eveneens wordt door sommige initiatiefnemers gesuggereerd dat de inpassing van turbines in de gebouwde omgeving naar alle waarschijnlijkheid eenvoudiger plaats kan vinden door directe aansluiting van de turbines op het elektriciteitsnetwerk. 1.2 Aanleiding en doel van het onderzoek Deze nieuwe ontwikkelingen in de markt voor windenergie zullen naar verwachting leiden tot aanvragen bij Novem voor het mee subsidieren van projecten die gericht zijn op de implementatie van windenergie in de gebouwde omgeving. Deze aanvragen moeten in het kader van de Uitvoeringsregeling BSE-duurzame energie geanalyseerd en beoordeeld kunnen worden door Novem en de Adviescommissie duurzame energie. Om deze aanvragen adequaat te kunnen behandelen is inzicht nodig in de huidige stand van zaken, toekomstperspectieven, mogelijke knelpunten en het plaatsingspotentieel van deze optie voor opwekking van windenergie. Dit inzicht moet resulteren in een beoordelingskader, dat duidelijk moet maken in welke scenario s voor windenergie in de gebouwde omgeving zinvol geïnvesteerd kan worden. Daarbij is het van belang dat dit beoordelingskader aansluit bij de doelstellingen die in het programma Duurzame Energie in Nederland (DEN) 1 zijn geformuleerd en de daaruit voortvloeiende beoordelingscriteria voor de BSE-subsidieaanvragen. 1 Het DEN-programma wordt door Novem uitgevoerd in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken en is bedoeld om ondersteuning te bieden aan de realisatie van 10% duurzame energie in Nederland in De BSE-subsidie is onderdeel van dit programma. Eindrapport februari 2002

13 Teneinde dit beoordelingskader op te kunnen stellen heeft de Nederlandse Onderneming voor Energie en Milieu (Novem) 2 aan Royal Haskoning opdracht gegeven om een studie te verrichten die antwoord moet geven op de volgende vragen: 1. Wat is de stand van zaken van energieopwekking uit wind in de gebouwde omgeving? 2. Wat zijn de technische, planologische, sociologische en economische knelpunten? 3. Wat zijn de perspectieven in het licht van de duurzame energie doelstellingen in Nederland in 2020? 1.3 Leeswijzer Het rapport bevat tien hoofdstukken. Na de inleiding wordt in hoofdstuk 2 de opzet en aanpak van het onderzoek beschreven. Hoofdstuk 3 tot en met 9 bevatten de kern van de analyse. Deze bespreken achtereenvolgens de technische, juridische, sociologische en economische aspecten van de onderscheiden scenario s. Vervolgens wordt in hoofstuk 4 een beeld gegeven van het plaatsingspotentieel van windenergie in de gebouwde omgeving. Tenslotte worden in hoofdstuk 5 de belangrijkste conclusies getrokken en de knelpunten op een rijtje gezet. De bespreking vindt voor een belangrijk deel plaats op basis van informatie uit interviews, aangevuld met de naar aanleiding daarvan verkregen documentatie. Dat betekent dat een deel van de informatie bestaat uit visies en meningen. Bij sommige onderdelen bleek het relevant te zijn om een onderscheid te maken tussen enerzijds de (soms subjectieve) informatie uit de interviews en anderzijds de gedocumenteerde informatie of onze analyses. Daar waar dat volgens ons aan de orde was, hebben we dit zowel typografisch (ingesprongen en kleiner lettertype), als expliciet aangegeven Omdat er voor de verschillende typen turbines slechts een beperkt aantal bronnen (vaak zelfs maar één) beschikbaar was en omdat er vaak geen of minimale praktijkervaring met de turbines is opgedaan, was het binnen de scope van dit onderzoek niet mogelijk om deze inzichten verder te toetsen. Bij de bespreking ligt de nadruk op een zestal vergevorderde turbineontwerpen. Hoewel deze turbines allemaal ontwikkeld zijn om geplaatst te kunnen worden in de gebouwde omgeving vertonen de ontwerpen aanzienlijke verschillen.. 2 Novem voert in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken het Programma Duurzame Energie uit. De activiteiten binnen dit programma leveren een bijdrage aan het realiseren van de doelstellingen van de Nederlandse overheid om in 2020 met behulp van duurzame energiebronnen in 10% van de Nederlandse energiebehoefte te voorzien. Eindrapport februari 2002

14 2 HET ONDERZOEK 2.1 Inleiding Om inzicht te kunnen bieden in de stand van zaken, knelpunten en perspectief van energieopwekking uit wind in de gebouwde omgeving hebben wij een brede aanpak voorgesteld, waarbij niet alleen gebruik wordt gemaakt van de kennis en expertise van de eigen adviseurs en specialisten, maar tevens de kennis en ervaring wordt benut van partijen en organisaties die reeds actief betrokken zijn bij energieopwekking uit wind (in de gebouwde omgeving). Dit heeft geleid tot een onderzoek waarbij een groot aantal interne en externe partijen betrokken waren. De hoeveelheid informatie die daarbij beschikbaar is gekomen was van verschillend niveau qua abstractie en diepgang: theoretische kennis van wetenschappers, ervaringsgegevens van projectontwikkelaars, visies en meningen van beleidsmakers, specifieke documentatie over de diverse beschikbare turbines en algemene informatie van het internet. De wijze waarop deze informatie is verzameld en verwerkt, wordt in de volgende paragraaf uiteengezet. 2.2 Aanpak Het onderzoek is formeel in vijf projectstappen uitgevoerd: 1. Kick-off meeting met Novem; 2. Literatuurstudie en verkenning actorennetwerk; 3. Structurering en prioritering oplossingsrichtingen; 4. Uitwerking conceptrapportage; 5. Oplevering eindrapportage. Bij aanvang van het onderzoek was bekend dat reeds verschillende onderzoeken en ontwikkelingsprogramma s waren gestart om vorm te geven aan, en discussie te voeren over windenergie in de gebouwde omgeving. Uit een eerste (markt)inventarisatie kwamen al snel de volgende initiatieven aan het licht: Tabel 2.1: Overzicht initiatieven met betrekking tot wind in de gebouwde omgeving Initiatief Betrokken partijen Ontwikkeling turbine Tulipo (en plaatsing daarvan op het Nederlandse Paviljoen tijdens de NUON en Lagerwey Expo te Hanover Ontwikkeling turbine Turby E.E.T. kiemproject (urban windturbine) Project WEB: Wind Energy for the Built Environment C.O.R.E. International Ecofys, Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) en T.U. Delft BDSP Partnership (GB), Universiteit van Stuttgart (DB), Mecal (NL), Imperial College (GB) Relevante literatuur of informatieve websites bleken beperkt voor handen. Eindrapport februari 2002

15 Uit de actorenanalyse zijn 20 personen geselecteerd voor het afnemen van telefonische interviews 3. Deze personen waren als volgt verdeeld over de volgende organisaties: Ontwikkelaars en adviesbureaus 5 Energiebedrijven 3 Provincies 3 Gemeenten 5 Wetenschappelijk instituut 1 Belangenbehartigers 3 Voorafgaand aan de interviews hebben alle respondenten een vragenlijst, toelichting, begeleidende brief en een brief van aanbeveling van Novem ontvangen. De vragenlijst was opgedeeld in 4 categorieën van vragen: een technisch, economisch, planologisch en sociologisch deel (zie bijlage B). Afhankelijk van de respondent zijn alle vragen doorgenomen, of alleen de vragen van specifieke categorieën. Met respondenten uit de overheidssector zijn vooral de planologische en sociologische vragen besproken. Met respondenten van de adviesbureaus zijn echter vooral de meer technische vragen doorlopen. De verslagen van de interviews zijn ter controle voorgelegd aan de respondenten, voordat ze definitief zijn verwerkt in de rapportage. Uit de interviews kwam des te meer informatie beschikbaar: zowel als antwoord op de vragen, als in de vorm van nagestuurde documentatie over de diverse windturbines en de ervaringen die daarmee inmiddels zijn opgedaan. Daarmee bleken de interviews uiteindelijk de hoofdbron voor kennis en gedocumenteerde gegevens te zijn. Deze informatie is naar onderwerp gestructureerd en verstrekt aan de verschillende experts. Deze hebben vervolgens vanuit hun specialismen deze informatie geanalyseerd en aangevuld met eigen kennis. 2.3 Aandachtpunten van het onderzoek Zes aandachtspunten Om een zo volledig mogelijk beeld te geven van de huidige stand van zaken omtrent wind in de gebouwde omgeving is in overleg met Novem en de specialisten een onderscheid gemaakt tussen een zestal aandachtspunten, namelijk: - Technische aspecten turbines (toepasbaarheid op/bij gebouwen, beschikbare turbines, technische ontwikkelingen, energieopbrengst); - Technische aspecten gebouwen (eisen vanuit de gebouwconstructie, trillingen, geluid); - Juridische aspecten (wettelijke kaders, vergunningen); - Sociologische aspecten (veiligheid, hinder, consequenties voor de ruimtelijke kwaliteit, maatschappelijke acceptatie); 3 Een overzicht van de geïnterviewde personen is opgenomen in bijlage A, de vragenlijst in bijlage B. Eindrapport februari 2002

16 - Economische aspecten (kosten en baten per kwh, investeringskosten, levensduur, bedrijfs- en onderhoudskosten, schatting van kosten van eventueel noodzakelijke aanpassingen van regelgeving, vergelijking met andere duurzame energie opties); - Plaatsingspotentieel (inschatting van het aantal turbines c.q. het vermogen aan windenergie dat geplaatst kan worden en de bijdrage die daardoor geleverd kan worden aan de doelstellingen voor windenergie en duurzame energie in het algemeen). De eerste vijf aandachtspunten vormen de ruggengraat van de beschrijving van de huidige stand van zaken. De vragen van de interviews waren ook rond deze aspecten gestructureerd. In hoofdstuk 3 wordt ieder aspect uitvoerig behandeld. Ten behoeve van de inzichtelijkheid is het zesde aandachtspunt, het plaatsingspotentieel, in een apart hoofdstuk beschreven Twee scenario s Op grond van de verkregen informatie en een eerste analyse daarvan, is er voor gekozen om de verschillende opties voor windenergie in de gebouwde omgeving te ordenen rond twee scenario s: 1. Windturbines op en naast gebouwen; 2. Windturbines geïntegreerd in het gebouwontwerp. In het eerste scenario gaat het om kleine turbines die veelal op daken van woningen en kantoren geplaatst worden. Daarbij kan het zowel om nieuwbouw als om bestaande bouw gaan. Het tweede scenario betreft turbines die in het gebouwontwerp zijn opgenomen en die dus alleen toegepast kunnen worden in nieuwbouw. De concepten van dit scenario kunnen uiteenlopen van turbines die opgehangen worden in een speciaal daarvoor vrij gehouden ruimte in de bouwconstructie, of turbines die opgenomen zijn in een samenstelling van gebouwen. In dat laatste geval wordt door de vormgeving van de gebouwen een trechtereffect (diffusor) gecreëerd waar wind doorheen stroomt. Het ontwerp van Project WEB dat in deze rapportage wordt besproken, hoort tot dit scenario. Hoewel dit type turbines volgens de respondenten van de interviews goede kans kan maken op de markt, zullen dergelijke concepten nog enkele jaren van onderzoek en ontwikkeling vergen voordat zij daadwerkelijk geïmplementeerd kunnen worden. De reeds gepresenteerde deelresultaten hebben ondertussen wel laten zien dat het om innovatieve concepten gaat die nadrukkelijke gevolgen voor de architectuur, civiele techniek en stedenbouw zullen hebben. De reden voor deze onderverdeling is dat het merendeel van de onderzochte initiatieven binnen het eerste scenario valt. Uit de analyse blijkt duidelijk dat dit scenario in feite het referentiebeeld is van de huidige stand van zaken. Dat betekent ook dat de mogelijkheden voor grootschalige(re) implementatie zich op de korte termijn vooral zullen concentreren op turbines van dit scenario. Turbines van het tweede scenario bevinden zich in een ander stadium van ontwikkeling, zijn nog weinig toegepast en nog niet echt marktrijp. Hoewel dit scenario verder onder- Eindrapport februari 2002

17 verdeeld zou kunnen worden 4, is daarvoor niet gekozen in verband met de beperkte informatie die over dit soort turbines voorhanden is. Het scenario van windturbines die gebruikt worden voor gebouwventilatie wordt in deze rapportage niet besproken. Ook daarvoor is de reden dat er voor dit onderzoek geen informatie over dit type beschikbaar was. Dat neemt echter niet weg dat dit volgens de respondenten van de TU Delft een zinvolle toepassing zou kunnen zijn. 4 Naar aanleiding van overleg met medewerkers van de TU Delft, Instituut voor windenergie, was er oorspronkelijk voor gekozen om het tweede scenario onder te verdelen in een scenario in gebouwen en een scenario tussen gebouwen. Om genoemde redenen is daarvan afgezien. Eindrapport februari 2002

18 3 TECHNISCHE ASPECTEN VAN DE TURBINES 3.1 Huidige aanbod turbines Het huidige aanbod van turbines die geschikt zijn voor de gebouwde omgeving is zeer beperkt. De turbines die nu in aanmerking zouden kunnen komen voor plaatsing in deze omgeving onderscheiden zich van de bekende grote(re) turbines in het landelijke gebied met name door hun zeer beperkte afmetingen. Ter vergelijking: de ashoogte en rotordiameter van een turbine van 1,5 MW voor toepassing op het land liggen gemiddeld tussen 60 en 70 meter; die van de kleine turbines liggen tussen de 1 (type AIR 403 Land) en 4 meter (type Bornay Inclin 3000). Het merendeel van de momenteel op de markt verkrijgbare kleinere turbines is echter niet ontwikkeld voor plaatsing in de gebouwde omgeving. De meeste kleine turbines zijn batterijladers die primair zijn ontwikkeld voor de energievoorziening op schepen en (zeil)jachten, caravans, vakantiewoningen, boerderijen, waterpompinstallaties en afgelegen bebouwing. Kortom, toepassingen voor een stand alone en niet voor een netgekoppelde situatie. Met een gemodificeerd elektrisch systeem zijn deze systemen echter ook bruikbaar te maken voor gebruik in de gebouwde omgeving. Een enkele fabrikant biedt optioneel omvormers aan die dit mogelijk maakt. In Nederland zijn enkele van dit soort turbines (type Air ) ook op gebouwen geplaatst. Bij het beoordelen van de economische aspecten (zie hoofdstuk 8) zijn alleen systemen beoordeeld die reeds geschikt zijn voor netkoppeling. In een onderzoek, in opdracht van Novem uitgevoerd in 2000, noemt K+V Organisatie adviesbureau een aantal wezenlijke onaantrekkelijke kenmerken van turbines die geschikt zijn voor de gebouwde omgeving: - Een te lage energieopbrengst om een noemenswaardig bijdrage te leveren in de energievoorziening; - De scheve verhouding tussen prijs en energieopbrengst in relatie tot de verwachte levensduur. Uit het onderzoek bleek overigens wel dat er een expliciete behoefte bestaat aan een kleine turbine voor de gebouwde omgeving. Nieuwe ontwikkelingen Nieuwe inzichten in de technische mogelijkheden en de groeiende behoefte om duurzame vormen van energie te winnen, ook in de gebouwde omgeving, hebben de afgelopen jaren echter tot nieuwe ontwikkelingen geleid. Deze ontwikkelingen hebben zich niet beperkt tot de turbines zelf maar hebben ook geleid tot bouwtechnische concepten waarbij de turbines (volledig) geïntegreerd zijn in het gebouw. Een voorbeeld hiervan is het inmiddels afgeronde project Wind energy for the Built Environment (Project WEB). Bij dit door de Europese Commissie gefinancierde project (JOULE III programma) is door één van de respondenten, Mecal, samen met 3 andere partijen gekeken naar de mogelijkheden om turbines in gebouwen te integreren en de opbrengst van deze turbines te bevorderen door windstromen te concentreren. Bij hun onderzoek hebben de partijen rekening gehouden met de aërodynamische-, architectonische-, en esthetische eigenschappen van de ontwerpen en eventuele nadelige gevolgen voor het milieu en de bouwconstruc- Eindrapport februari 2002

19 tie. Het project heeft ruim 2 jaar in beslag genomen en is in 2000 afgerond. Meer van dergelijke voorbeelden, die overigens gericht zijn op mogelijkheden voor de langere termijn zijn opgenomen in tabel 4.1. Tabel 4.1: Langere termijn initiatieven Project Initiatiefnemer(s) Hoofdpunten van onderzoek Wind Energy for the Built Environment Wind generator systems with significant technical advantages over existing technology and particularly suited for integration into the built environment Urban turbine BDSP Partnership, Universiteit van Stuttgart, Mecal, Imperial College Micro Automation Technology S.A., Pemberton Dear Chatered Designers Ecofys, Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) en T.U. Delft aërodynamische-, architectonische-, en esthetische eigenschappen van de ontwerpen en nadelige gevolgen voor milieu en bouwconstructie voordelen van horizontale en verticale as turbines combineren Factoren in turbineconcepten die energieopbrengst bepalen; inpasbaarheid in zowel bestaande gebouwen als nieuwbouw Deze voorbeelden betreffen innoverende studies, die ofwel gericht zijn op de ontwikkelingen van geïntegreerde concepten (scenario windturbines geïntegreerd in het gebouwontwerp ), ofwel op het analyseren en integreren van bestaande kennis. Het merendeel van de initiatieven in Nederland is echter gericht op de ontwikkeling en uitwerking van concrete, op korte termijn toepasbare concepten (scenario windturbines op en naast gebouwen ). Een aantal hiervan is in tabel 4.2 weergegeven. Tabel 4.2: Ontwikkeling van nieuwe turbines die geschikt zijn voor de gebouwde omgeving Fabrikant Type Land van oorsprong C.O.R.E. International Turby Nederland Lagerwey the Windmaster / NUON Tulipo (LW 5/2.5) Nederland NGUp Holding The WindWall Nederland Remu Globuan Duitsland Ecofys Neoga Nederland Prowin Professional Windmills Virya 5 Nederland Uit de interviews bleek dat deze initiatieven zijn voortgekomen uit verschillende behoeften en filosofieën, echter allemaal met als concreet doel om toegepast te worden in de stedelijke omgeving. Vier van de zes initiatiefnemers zijn in het kader van de interviews benaderd. 5 Hierbij kwamen naast de te verwachten verschillende opvattingen ook diverse overeenkomsten naar voren. Zo bleken alle initiatieven erop gericht te zijn om turbines te ontwikkelen die een hogere opbrengst hebben dan de meeste reeds bestaande kleine turbines. 5 Remu en Prowin Professional Windmills zijn niet benaderd voor een interview in verband met de beschikbaarheid van de respondenten. Er is met deze partijen wel contact geweest voor het opvragen van informatie over hun producten. Eindrapport februari 2002

20 3.2 Aanleiding en doel van de ontwikkeling Zoals reeds is aangegeven zijn de genoemde initiatieven voort gekomen uit verschillende filosofieën en behoeften. Hieronder zullen de aanleiding en achterliggende doelen per initiatief kort worden beschreven. De initiatieven zijn daarbij verdeeld onder de twee scenario s windturbines op en naast gebouwen en windturbines geïntegreerd in het gebouwontwerp. Afsluitend zijn de motieven van de verschillende initiatiefnemers in een tabel samengevat. Windturbines op en naast gebouwen Ecofys is de Neoga gaan ontwikkelen om het veronderstelde grote potentieel aan windenergie in de gebouwde omgeving (beter) te kunnen benutten. Aanvankelijk waren er immers, ondanks dit potentieel, geen turbines op de markt die geschikt waren voor de gebouwde omgeving. Met name de voor de gebouwde omgeving karakteristieke turbulentie en het windaanbod bleken een probleem te zijn. Anticiperend op een zekere marktvraag is Ecofys zich op dit terrein gaan oriënteren. De achterliggende gedachte bij de ontwikkeling van de Neoga is Bron: Ecofys, 2001 dat de turbine zo breed mogelijk inzetbaar moet zijn. Bij het ontwerp van deze turbine is vooral rekening gehouden met turbulente omstandigheden. Vervolgens is Ecofys betrokken geraakt bij een E.E.T. kiemproject. Het nog lopende project is gestart vanuit de behoefte om inzicht te krijgen in de energieopbrengsten van verschillende windturbine concepten. Hierbij wordt onder andere gekeken naar de mogelijkheden om windturbines op en tussen gebouwen te plaatsen en om turbines te integreren in openbare voorzieningen. Mid jaren 90 is door C.O.R.E. International het project AU- TARK geïnitieerd met als doel om woningen te realiseren die volledig zelfvoorzienend zijn (geen gas, water, elektriciteit en rioolaansluiting) en tegelijkertijd een normaal comfortabel onderkomen kunnen bieden. Een voor de gebouwde omgeving geschikte turbine bleek één van de voorwaarden te zijn voor het realiseren van deze doelstelling. Na een marktstudie heeft C.O.R.E. International twee turbines die leken te voldoen aan de eisen nader onderzocht. Uit dit onderzoek bleek dat beide Bron: C.O.R.E. International., 2001 types meer kwaliteit werd toegekend dan ze bezaten. Het aërodynamisch rendement was een fractie van de opgegeven waarde en de kosten waren hoog. Op een publicatie in het tijdschrift Duurzame Energie dat volgde werd vanuit de markt echter dermate enthousiast gereageerd dat werd besloten om in eigen beheer een windturbine te ontwikkelen (C.O.R.E. International, 2002). De Turby is ontwikkeld om geplaatst te kunnen worden op hoge gebouwen. Een belangrijk uitgangspunt bij dit concept is dat turbines in de stedelijke omgeving alleen goed kunnen functioneren als zij worden geplaatst op gebouwen die minimaal 20 meter hoog zijn. Plaatsing op woonhuizen wordt in dit geval, onder andere om deze reden, pertinent afgeraden. Eindrapport februari 2002

21 Van de Tulipo, die in opdracht van NUON door Lagerwey is ontworpen, is een prototype te zien geweest op het dak van het Nederlandse paviljoen tijdens de Hanover Expo Op het dak van het paviljoen waren destijds 6 turbines van het type Lagerwey LW 5/2.5 gemonteerd. Met dit initiatief richt NUON zich in eerste instantie op de zakelijke natuurstroomklanten met als achterliggende doel om enerzijds de productiecapaciteit van windenergie te vergroten en anderzijds de installatie zichtbaar te maken. Door windenergie dichter bij de burger te brengen Bron: Energie techniek, 2001 hoopt NUON het maatschappelijke draagvlak voor windenergie te bevorderen. Als aanvullend motief voor plaatsing in de gebouwde omgeving noemt Nuon dat diverse van hun grotere klanten te kennen hebben gegeven dat zij in het openbaar met duurzame vormen van energie om willen gaan (image building). Het idee voor The WindWall installatie van NGUp Holding is ontstaan in 1996 en is gebaseerd op de cube-law. Deze wet stelt dat als je een object (in alle richtingen) twee maal zo groot maakt, het acht maal zwaarder wordt en het oppervlak 4 maal groter. Met de toenemende groottes van turbines neemt de massa meer dan evenredig toe. Dit brengt aanzienlijke kosten met zich mee die uitgedrukt kunnen worden in kosten per vierkante meter bladoppervlak. Naar aanleiding van deze trend bij turbinefabrikanten heeft NGUp Holding besloten zich te richten Bron: NGUp Holding B.V., 2001 op de ontwikkeling van een kleine(re) en lichte(re) turbine. Een modulaire opbouw, waarbij meerdere units op elkaar worden aangesloten, heeft als voordeel dat het gewicht minder snel toeneemt. De beperkte omvang van The Windwall heeft als gevolg dat een tandwielkast niet noodzakelijk is voor het functioneren van de turbine. Pas in tweede instantie is NGUp Holding de turbine gaan ontwikkelen om (ook) toegepast te kunnen worden in de gebouwde omgeving. Deze turbine onderscheidt zich van de andere initiatieven door als enig concept specifiek ontwikkelt te zijn om geïntegreerd te worden in gebouwen. Het is een modulair systeem dat qua grootte en naar behoefte kan variëren. Afhankelijk van het soort gebouw en uitgaand van een optimale lengte-breedte verhouding, kunnen een x aantal secties aan elkaar worden gekoppeld (Roelofs in De Vries, 2001). Om tot een esthetische verantwoorde inpassing te kunnen komen streeft de NGUp naar samenwerkingsverbanden met architecten. De Globuan van Remu is van oorsprong een Duits ontwerp. De turbine was aanvankelijk ontworpen voor stand-alone applicaties als berghutten en het laden van accu s maar is ondertussen doorontwikkeld tot een variant die ook geschikt is voor de opwekking van energie in de gebouwde omgeving. De aanleiding voor deze doorontwikkeling was de behoefte van (markt) partijen om hun bijdrage aan de opwekking van duurzame energievormen buiten hun panden ter toon te kunnen stellen. Een eerste door Remu gebouwde turbine is eerder dit jaar in het Duitse Erfurt geïnstalleerd (De Vries, 2001). Bron: Energie techniek, 2001 Eindrapport februari 2002

22 De Virya 5 van Prowin Professional Windmills, tenslotte, is een turbine met een langere ontwikkelingsgeschiedenis die zich in het buitenland reeds bewezen heeft. De vroegere modellen van deze turbine waren ontwikkeld voor toepassing buiten de gebouwde omgeving. Pas in tweede instantie heeft een ontwikkeling plaats gevonden waardoor de Virya nu ook in de gebouwde omgeving kan worden toegepast. Bij deze turbine kan een onderscheid gemaakt worden tussen een tweetal varianten: een turbine die geschikt is voor plaatsing op gebouwen en een turbine die op het maaiveld geplaatst kan worden. De Virya onder- Bron: Prowin, 2001 scheidt zich van de andere turbines door de mogelijkheid om de windenergie op verschillende manieren te benutten. Naast het opwekken van elektriciteit met gebruik van een generator kan de Virya ook als bron voor warmteenergie fungeren en gereedschappen aandrijven zonder tussenkomst van elektriciteit. Rond maart 2002 verwacht Prowin een verder geëvolueerde versie (Virya 7) van dit model op de markt te brengen waarbij de potentiële opbrengst nagenoeg verdubbeld zal worden (4 kw). Omdat tijdens het onderzoek de specificaties van de Virya 7 nog niet beschikbaar waren is uitgegaan van de gegevens van de Virya 5. Windturbines geïntegreerd in het gebouwontwerp Het Nederlandse bureau Mecal is samen met een drietal andere partijen betrokken geweest bij een door de Europese Unie gesubsidieerd windenergie project; Wind Energy for the Built Environment (Project WEB). Het idee voor het project is ontstaan in de periode dat de aandacht voor offshore windturbines aan het toenemen was. Naar aanleiding van de maatschappelijke weerstand en discussies hieromtrent is het idee ontstaan om windenergie in de gebouwde omgeving te gaan benutten. Naast het feit dat het potentieel in de gebouwde omgeving (beter) benut Bron: Campbell et al., 2001 zou kunnen worden bestond er het vermoeden dat dit tot minder maatschappelijke weerstand zou leiden dan bijvoorbeeld ten aanzien van de offshore initiatieven. Project WEB is in tweede instantie opgezet vanuit een architectonische behoefte om tot energetisch efficiëntere en meer duurzame ontwerpen te kunnen komen. Het ultieme doel hierbij was om (op de langere termijn) tot een ontwerp te kunnen komen waarbij het gebouw qua energievoorziening 100% zelfstandig zou zijn. De voornaamste doelgroepen van dit initiatief waren bouwondernemers, projectontwikkelaars en architecten. Binnen dit project heeft Mecal ook een bijdrage geleverd aan de studie Economical assessment of urban wind energy conversion systems (UWECS). Tijdens deze studie zijn parameters ontwikkeld op basis waarvan het functioneren van een windturbine onder verschillende windrichtingen kan worden beoordeeld. Eindrapport februari 2002

23 In tabel 4.3 zijn de motieven van de verschillende ontwikkelaars samengevat. Tabel 4.3: Overzicht van de initiatieven en motieven Type Motief voor ontwikkeling E.E.T. kiemproject - Inzicht in de opbrengsten van verschillende windturbine concepten Neoga (Ecofys) - Een zo breed mogelijk inzetbare turbine voor turbulente omstandigheden - Anticiperend op een marktvraag Turby (C.O.R.E. International) Tulipo (Lagerwey en NUON) The WindWall (NGUp Holding) Globuan (Remu) Virya 5 (Prowin Professional Windmills) Project WEB - Bijdrage aan de realisering van Autarkische woningen - Marktvraag die aanwezig bleek te zijn na een publicatie over het concept - Vergroten van de productiecapaciteit van windenergie - Zichtbaar maken van de installatie voor marktpartijen - Mogelijkheden voor integratie in gebouwconstructie - In eerste instantie als energievoorziening voor standalone applicaties - Vervolgens ook als middel om duurzaamheid bij marktpartijen zichtbaar te maken - De productie van een veilige en betaalbare windturbine met een hoog rendement en beperkte onderhoudskosten - Pas in tweede instantie ontwikkeld als stads turbine - Marktvraag naar architectonische oplossingen voor energetisch efficiëntere/zelfstandige bouwontwerpen - Veronderstelling van betere maatschappelijke acceptatie (dan b.v. offshore) 3.3 Eigenschappen van de turbines De eigenschappen van kleine turbines kunnen beschreven worden aan de hand van uiteenlopende criteria. In de eerste plaats is er een onderscheid te maken op grond van de technische constructie. Daarnaast zijn de eigenschappen te beschrijven op grond van de afmetingen van de turbine en de potentiële opbrengst, die samenhangt met het rotoroppervlak en het nominale vermogen van de turbine. In de grafieken zijn naast de gegevens van de kleine turbines, ter vergelijking, tevens de gegevens van een 1,5 MW offshore turbine (type Enron 1.5 S) verwerkt alsmede de beschikbare gegevens van het ontwerp van Project WEB. De gegevens van Project WEB dienen als indicatief te worden beschouwd. Gezien de beperkte hoeveelheid beschikbare gegevens van het ontwerp van Project WEB is de beschrijving van het project apart behandeld en in een kader opgenomen. Technische constructie Het belangrijkste optische onderscheid dat op dit punt gemaakt kan worden is het verschil tussen de turbines met een horizontale as (HAT) en turbines met een verticale as (VAT). Beide typen turbines kunnen vervolgens nog onderverdeeld worden in weerstandturbines (dragturbines) en liftturbines (voor de VAT aangeduid als respectievelijk Savonius of Darrieus). Qua uiterlijk verschillen de VAT turbines relatief weinig van elkaar. Eindrapport februari 2002

24 Het belangrijkste verschil wordt bepaald door de wijze waarop de turbine energie uit de wind haalt. Het rendement van een turbine die gebruik maakt van lift is in theorie (en ook in de praktijk) hoger dan een turbine die gebruik maakt van weerstand als drijvende kracht. De dragturbine en de Savonius draaien relatief langzaam (λ 1) 6, terwijl de liftturbine en het Darrieus type over het algemeen sneller draaien (een λ van gemiddeld 5 à 6). Tenslotte kan bij zowel de HAT als de VAT turbine nog een onderscheid gemaakt worden in turbines met een tandwielkast en direct drive turbines (zonder tandwielkast). Figuur 4.1: Schematische weergaven van een Savonius turbine (links) en Darrieus turbine (rechts) Tuidraad Roterende mast Rotorblad Bron: Gasch, Versnellingsbak Fundering Generator met startmechanisme 6 λ is de snellopendheid van een turbine. De snellopendheid geeft de verhouding aan tussen de tipsnelheid van een turbine en de windsnelheid. λ is 1 wil zeggen dat de tipsnelheid even hoog is als de windsnelheid. Een grote HAT kent een gemiddelde λ van 7,5, dat wil zeggen dat deze turbine een grotere tipsnelheid heeft. Een grotere λ betekent in principe dat de turbine aërodynamisch beter presteert; het impliceert echter tevens een hogere geluidsproductie. Eindrapport februari 2002

25 In onderstaande tabel zijn de eigenschappen van de turbines samengevat. Een nadere toelichting op deze typeringen en een verklaring van de begrippen is opgenomen in bijlage C bij dit rapport. Tabel 4.4: Samenvatting eigenschappen HAT - Gondel - Kruisysteem - Functioneert slecht onder turbulente omstandigheden - Mast verplicht - Visuele hinder - Afhankelijk van windrichting - Gevoelig voor schuine aanstroming VAT - Geen gondel - Geen kruisysteem - Geen anti-kabel-twist voorziening - Heeft minder last van turbulentie - Mast optioneel - Visuele hinder beperk door minder flikkering - Onafhankelijk van windrichting - Minder gevoelig voor schuine aanstroming Savonius (Verticale as weerstandturbine) - Produceert nauwelijks geluid - Lage snellopendheid - Belasting op gebouw beperkt in vergelijking met Darrieus turbines - Beperkt rendement (19%) Darrieus (verticale as liftturbine) - Hinderlijke aërodynamische trillingen - Hoge snellopendheid - Hoger rendement (59%) Drag (weerstandturbine) - Snellopendheid 1 - Laag theoretisch rendement (19%) Lift - Snellopendheid 1 - Hoog theoretisch rendement (59%) Tandwielkast - Meerdere assen en tandwielen - Maakt gebruik van normale generator - Geluid - Trilling - Regelmatig onderhoud nodig (oliën) Direct drive - Minder bewegende onderdelen - Maakt gebruik van ringgenerator - Minder trilling - Minder geluid - Minder onderhoud Eindrapport februari 2002

26 Kader 4.1: Toelichting Project WEB Project WEB In Project WEB is de kennis en ervaring van een viertal verschillende partijen uit de wind- en bouwsector gecombineerd. Het project is in september 2000 afgerond. Het project was met name gericht op de ontwikkeling van integratietechnieken en het onderzoeken van mogelijkheden om windsnelheden te verhogen. Door deze twee aspecten te onderzoeken hoopte het consortium oplossingen te vinden voor de diverse problemen die het integreren van turbines in gebouwen met zich meebrengt, zonder dat dit de directe omgeving nadelig zou beïnvloeden. Het kunnen versnellen van de luchtstroming over een brede hoek van windrichtingen is de belangrijkste voorwaarde voor volledig geïntegreerde turbines. Bij dergelijke turbines ontbreekt immers de mogelijkheid om met de wind mee te draaien. Om de kansen en mogelijkheden voor deze integratie te onderzoeken zijn de aërodynamische eigenschappen van een groot aantal gebouwvormen onderzocht met gebruik van windtunnels, visualisatie technieken voor luchtstroming en CFD-simulaties (Computational Fluid Dynamics). De belangrijkste conclusies van dit onderzoek zijn: - Optimale prestaties worden bereikt met gebruik van gladde gebouwen met rondingen; - Kidney - en Boomerang -vormige torens zorgen voor de meeste windversnelling (figuur I); - Aërodynamische vleugels of inlaten tussen torens waardoor een trechtereffect ten opzichte van de turbine optreed, zijn zeer effectief in het richten en versnellen van de luchtstroom; - Goede windversnelling kan worden bereikt tot en met een hoek van 40 á 50 graden ten opzichte van de heersende windrichting. Figuur I: CFD resultaten van twee opstellingen Boomerangs Kidneys Gedurende de studie zijn diverse conceptuele ontwerpen gemaakt van verschillende gebouwen waarin één of meerdere turbines waren geïntegreerd. Aërodynamisch optimale ontwerpen kunnen qua ruimtegebruik echter minder aantrekkelijk zijn. Bovendien garandeert een dergelijk ontwerp niet dat een gebouw energie-efficiënt is. Bovendien zullen de aan de turbines aangrenzende ruimtes onaantrekkelijk zijn door potentiële geluidshinder, geflikker van de draaiende rotorbladen en elektromagnetische storing van de apparatuur. Vanuit deze optiek wordt aangeraden om ruimten die minder frequent gebruikt worden of serviceruimten (liften, trappen, opslag) nabij de turbines te plaatsen. Voor deze ruimten gelden niet stringente gebruikseisen en mogelijkerwijs kunnen zij als buffer fungeren voor omringende kamers. Rekening houdend met de technologische-, economische- en milieu beperkingen zou het ontwerp met de 3 turbines grofweg 20 procent van de jaarlijks benodigde hoeveelheid energie van het gebouw op kunnen wekken. Eindrapport februari 2002

27 Van het meest belovende ontwerp is een prototype gebouwd en getest. Dit ontwerp heeft zich gedurende de verschillende architectonische-, aërodynamische- en structuurstudies verder geëvolueerd. Mecal heeft het definitieve ontwerp ten uitvoering gebracht. Het prototype is in Nederland door Xkwadraat (X 2 ) gebouwd, vervolgens naar Engeland vervoerd en bij het Energy Research Institute van het Rutherford Appleton Laboratory (RAL) neergezet. Figuur II: Prototype In en buiten het prototype zijn zowel voor HAT s als voor VAT de energieopbrengsten onderzocht door RAL. In vergelijking met plaatsing in de open ruimte leverde het plaatsen van de turbines in het prototype een aanzienlijk grotere hoeveelheid energie op. De belangrijkste conclusies waren: - Door de concentrator neemt de windsnelheid met 1m/s toe; - De geïntegreerde turbine produceert een grotere hoeveelheid energie tot en met een hoek van 75 ten opzichte van de heersende windrichting; - De toevoeging van inlaten bevordert het functioneren van de opstelling. Bron: BDSP Partnership Ltd. et al., Vermogen en rotoroppervlak De tweede typering van eigenschappen van de turbines hangt samen met het rotoroppervlak (in m 2 ) waarmee de turbine energie uit de wind kan halen en het nominale generatorvermogen (nominaal vermogen in kw). De onderstaande figuur geeft een overzicht van deze twee grootheden per turbine (bron: interviews en ontvangen documentatie). Het betreft hier een eerste indicatie: omdat de turbines ten dele nog in ontwikkeling zijn, kunnen de gegevens nog veranderen. Eindrapport februari 2002